嵌入式系統(tǒng)在航天、軍事、工控以及家電等方面得到了廣泛應(yīng)用。大量的嵌入式系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性的要求，但是由于體積、能耗、價(jià)格等方面的約束，其處理器速度往往比較慢，存儲(chǔ)器容量也有限。而傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)難以簡單地移植到嵌入式系統(tǒng)中，所以需要重新開發(fā)針對(duì)嵌入式系統(tǒng)特性的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。任務(wù)調(diào)度策略是實(shí)時(shí)系統(tǒng)內(nèi)核的關(guān)鍵部分，如何進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，使得各個(gè)任務(wù)能在其期限之內(nèi)得以完成，是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的重要研究領(lǐng)域。而不同的操作系統(tǒng)對(duì)任務(wù)調(diào)度的機(jī)制也有所不同，本文對(duì)目前比較流行的操作系統(tǒng)——VxWorks、μClinux、μC／OS-II、Windows CE的任務(wù)切換機(jī)制進(jìn)行分析和比較。
　　1 操作系統(tǒng)介紹
　　1．1 VxWorks
　　VxWorks是美國WindRiver公司的產(chǎn)品，是目前嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中應(yīng)用很廣泛、市場占有率比較高的嵌入式操作系統(tǒng)。VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)由400多個(gè)相對(duì)獨(dú)立、短小精悍的目標(biāo)模塊組成，用戶可根據(jù)需要選擇適當(dāng)?shù)哪K來裁剪和配置系統(tǒng)；提供基于優(yōu)先級(jí)的任務(wù)調(diào)度、任務(wù)間同步與通信、中斷處理、定時(shí)器和內(nèi)存管理等功能，內(nèi)建符合POSIX（可移植操作系統(tǒng)接口）規(guī)范的內(nèi)存管理，以及多處理器控制程序；具有簡明易懂的用戶接口，在核心方面甚至可以微縮到8KB。
　　1．2 μC／OS-lI
　　μC／OS-II是在μC／OS的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是美國嵌入式系統(tǒng)專家Jean J．Lal3rosse用C語言編寫的一個(gè)結(jié)構(gòu)小巧、搶占式的多任務(wù)實(shí)時(shí)內(nèi)核。μC／OS-II能管理64個(gè)任務(wù)，并提供任務(wù)調(diào)度與管理、內(nèi)存管理、任務(wù)間同步與通信、時(shí)間管理和中斷服務(wù)等功能，具有執(zhí)行效率高、占用空間小、實(shí)時(shí)性能優(yōu)良和可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)。
　　1．3 Linux
　　Linux是一種自由的Unix類多用戶、多任務(wù)操作系統(tǒng)，可運(yùn)行在Intel 80386及更高檔次的PC、ARM、DECAlpha等多種計(jì)算機(jī)平臺(tái)上，已經(jīng)成為應(yīng)用廣泛、可靠性高、功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)。
　　1．4 WindOWS CE
　　微軟Windows CE是一個(gè)開放且多樣化的32位嵌入式操作系統(tǒng)。其設(shè)計(jì)目的是為符合廣泛的智能設(shè)備的需求，例如從企業(yè)工具（如工業(yè)控制器、通信集線器和收款機(jī)系統(tǒng)）到電子消費(fèi)性產(chǎn)品（如攝影機(jī)、電話和家庭娛樂設(shè)備等），提供自動(dòng)控制、視聽娛樂、行動(dòng)計(jì)算、終端機(jī)等各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域一個(gè)穩(wěn)定、實(shí)時(shí)及多任務(wù)的操作系統(tǒng)。
　　2 任 務(wù)
　　2．1 任務(wù)切換概述
　　上下文切換（context switch），其實(shí)際含義是任務(wù)切換，或者CPU寄存器切換。當(dāng)多任務(wù)內(nèi)核決定運(yùn)行另外的任務(wù)時(shí)，它保存正在運(yùn)行任務(wù)的當(dāng)前狀態(tài)，也就是CPU寄存器中的全部內(nèi)容。這些內(nèi)容被保存在任務(wù)自己的堆棧中，入棧工作完成后就把下一個(gè)將要運(yùn)行的任務(wù)的當(dāng)前狀況從該任務(wù)的棧中重新裝入CPU寄存器，并開始下一個(gè)任務(wù)的運(yùn)行，這一過程就是context switch。
　　
　　每個(gè)任務(wù)都是整個(gè)應(yīng)用的一部分，都被賦予一定的優(yōu)先級(jí)，有自己的一套CPU寄存器和棧空間，如圖1所示。
　　2．2 任務(wù)的切換與調(diào)度
　　μC／OS-II是可搶占實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核，它總是運(yùn)行優(yōu)先級(jí)最高的就緒任務(wù)，不支持時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度法，每個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)要求不一樣，且是唯一的。它有5種狀態(tài)，如圖2所示。
　　
　　當(dāng)一個(gè)任務(wù)在運(yùn)行狀態(tài)中時(shí)，如果沒有關(guān)閉中斷，就有可能被中斷打斷，去執(zhí)行中斷服務(wù)子程序ISR。執(zhí)行完后內(nèi)核要判斷此時(shí)是否有更高優(yōu)先級(jí)，新的任務(wù)就緒，如果有則原有的任務(wù)被搶占，實(shí)現(xiàn)了任務(wù)的切換。
　　當(dāng)一個(gè)任務(wù)在運(yùn)行狀態(tài)中時(shí)，調(diào)用OSTimeDly（）或OSTimeDlyHMSM（）函數(shù)，該任務(wù)進(jìn)入等待狀態(tài)，一直到延時(shí)時(shí)間到，這2個(gè)函數(shù)立即強(qiáng)制執(zhí)行任務(wù)切換，讓下一個(gè)優(yōu)先級(jí)最高的就緒任務(wù)運(yùn)行。當(dāng)然，如果運(yùn)行的任務(wù)需要等待某一事件的發(fā)生，可以調(diào)用一些函數(shù)（如OSFlag Pend（）、OSSemPend（）、OSMutexPend（）、OSMboxPend（）、OSQPrnd（）等）掛起該任務(wù)，來實(shí)現(xiàn)任務(wù)的切換。
　　實(shí)際的任務(wù)切換是調(diào)用OS_TASK_SW（）函數(shù)。OS_TASK_SW（）是一個(gè)宏，是在μC／OS-II從低優(yōu)先級(jí)切換到高優(yōu)先級(jí)任務(wù)時(shí)須用到的。OS_TA-SK_SW（）總是在任務(wù)級(jí)代碼中被調(diào)用。另一個(gè)函數(shù)OSIntExit（）用在中斷服務(wù)子程序ISR中。當(dāng)中斷任務(wù)子程序使更高優(yōu)先級(jí)任務(wù)進(jìn)入就緒態(tài)時(shí)，OSintExit（）完成任務(wù)切換功能，任務(wù)切換只是簡單地將處理器的寄存器保存到將被掛起的任務(wù)的堆棧中，并且從堆棧中恢復(fù)要運(yùn)行的更高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)。