(4)定時(shí)器管理。主要實(shí)現(xiàn)任務(wù)的延時(shí)，當(dāng)設(shè)置的延時(shí)時(shí)間到且任務(wù)沒有等待別的資源時(shí)，將任務(wù)的狀態(tài)置為就緒。

由圖1可知，硬件RTOS的工作過程如下：

(1)在應(yīng)用程序中調(diào)用系統(tǒng)服務(wù)。

(2)系統(tǒng)調(diào)用的接口函數(shù)將功能代碼和參數(shù)傳給硬件部分的輸入寄存器。

(3)硬件部分執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用。

(4)在硬件邏輯執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用的過程中，可以接收外部事件的異步請求，因此，硬件部分執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用過程中可能轉(zhuǎn)向以下不同的處理過程：

①若外部事件請求使中斷任務(wù)就緒，則向處理器發(fā)出要求任務(wù)切換的硬件中斷請求。

②若系統(tǒng)調(diào)用使高優(yōu)先級的任務(wù)就緒，則硬件部分向處理器發(fā)出要求任務(wù)切換的硬件中斷請求。

③硬件部分完成系統(tǒng)調(diào)用功能，則采用中斷形式通知處理器并回送處理結(jié)果。

(5)中斷處理函數(shù)完成任務(wù)切換。

(6)處理器執(zhí)行新任務(wù)。

2 μC/OS-II任務(wù)管理硬件設(shè)計(jì)

任務(wù)管理是RTOS的核心，本文首先對μC/OS-II任務(wù)管理模塊進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)，其他的模塊可以依托任務(wù)管理展開。μC/OS-II任務(wù)管理主要包括建立任務(wù)、刪除任務(wù)、掛起任務(wù)、恢復(fù)任務(wù)、查詢?nèi)蝿?wù)和任務(wù)調(diào)度等。其中建立任務(wù)、刪除任務(wù)、掛起任務(wù)、恢復(fù)任務(wù)和查詢?nèi)蝿?wù)是通過系統(tǒng)調(diào)用形式交給用戶調(diào)用的；而任務(wù)調(diào)度是交給系統(tǒng)函數(shù)調(diào)用的，用戶不能直接調(diào)用它。因此，本文將任務(wù)管理分成系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)的硬件實(shí)現(xiàn)和任務(wù)調(diào)度器硬件實(shí)現(xiàn)2部分。

2.1 任務(wù)管理系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)的硬件設(shè)計(jì)

μC/OS-II的任務(wù)由3部分組成：即任務(wù)程序代碼、任務(wù)堆棧、任務(wù)控制塊TCB(Task Control Block)。TCB把任務(wù)代碼和任務(wù)堆棧進(jìn)行關(guān)聯(lián)而使三者成為一個(gè)整體。
??? 任務(wù)管理系統(tǒng)調(diào)用的硬件實(shí)現(xiàn)電路如圖2所示。參數(shù)1是建立任務(wù)時(shí)，寫入TCB的任務(wù)代碼段地址、任務(wù)優(yōu)先級、任務(wù)的參數(shù)指針和分配給任務(wù)的堆棧棧頂指針等任務(wù)運(yùn)行和管理的信息；參數(shù)2是分配給任務(wù)的ID號。每個(gè)任務(wù)依據(jù)任務(wù)的ID號對應(yīng)一個(gè)TCB。

在圖2中，任務(wù)管理系統(tǒng)調(diào)用的硬件實(shí)現(xiàn)電路主要由分配器、選擇器和TCB寄存器組成。

(1)分配器。建立任務(wù)和刪除任務(wù)時(shí)，分配器根據(jù)任務(wù)的ID號選擇建立任務(wù)的信息送到對應(yīng)的輸出通道上，分配器的輸出端與多路選擇器的一路輸入端直連，即參數(shù)1被送到了選擇器的輸入端，作為一路輸入。掛起任務(wù)和恢復(fù)任務(wù)時(shí)，分配器根據(jù)任務(wù)的ID號，將任務(wù)的狀態(tài)送到對應(yīng)TCB的狀態(tài)寄存器中。

(2)選擇器。選擇器的輸入端分別是建立任務(wù)時(shí)要送給 TCB的數(shù)據(jù)（參數(shù)1）和刪除任務(wù)時(shí)要送給TCB的數(shù)據(jù)（系統(tǒng)初始值），數(shù)據(jù)輸出端與一個(gè)TCB塊直連。建立信號有效時(shí)，選擇參數(shù)1寫入TCB，建立任務(wù)完成；否則，寫入系統(tǒng)的初始值覆蓋TCB信息，即任務(wù)被刪除。掛起和恢復(fù)任務(wù)只需根據(jù)任務(wù)的ID號找到相應(yīng)的TCB并修改其狀態(tài)寄存器的值。二值選擇器的輸入端是0和1，可以分別表示任務(wù)的等待和就緒狀態(tài)。

(3)TCB寄存器。在軟件實(shí)現(xiàn)的RTOS中，空閑TCB塊和已占用的TCB塊分別以空閑任務(wù)鏈表和任務(wù)鏈表的形式常駐內(nèi)存。但是基于鏈表的軟件算法并不適合直接采用硬件高效實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橹挥凶x取鏈表的前一個(gè)表項(xiàng)的內(nèi)容后，才能獲得后續(xù)表項(xiàng)的地址，限制了硬件并行的開發(fā)。因此，本文將TCB的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全部采用片內(nèi)的寄存器資源實(shí)現(xiàn)，從而節(jié)省了鏈表的查找時(shí)間，提高了系統(tǒng)調(diào)用的執(zhí)行效率。

2.2 任務(wù)調(diào)度器的硬件設(shè)計(jì)

μC/OS-II進(jìn)行任務(wù)調(diào)度的思想是，每時(shí)每刻總是讓優(yōu)先級最高的就緒任務(wù)處于運(yùn)行狀態(tài)。為了實(shí)現(xiàn)高效的調(diào)度算法，采用組合電路實(shí)現(xiàn)硬件調(diào)度器，如圖3所示。以優(yōu)先級為選擇條件，將TCB中的狀態(tài)寄存器直接與調(diào)度器相連接。這樣，只要任務(wù)的優(yōu)先級或任務(wù)的狀態(tài)有一個(gè)發(fā)生改變，就會(huì)立刻引發(fā)一次任務(wù)的的重新調(diào)度。

圖3中，數(shù)據(jù)分配器與TCB寄存器中的狀態(tài)寄存器RDY輸出端直連，使用優(yōu)先級PRI作為選擇條件，將RDY的就緒態(tài)（RDY=‘1’）分配到不同的輸出通道上。寄存器REG_X接收數(shù)據(jù)分配器輸出通道的輸出值并按位存儲(chǔ)。將所有的REG_X寄存器按位進(jìn)行或運(yùn)算，結(jié)果送寄存器PRI_REG。如圖4所示，優(yōu)先級寄存器PRI_REG的位數(shù)對應(yīng)系統(tǒng)中任務(wù)的個(gè)數(shù)，寄存器PRI_REG某位為1就表示相應(yīng)優(yōu)先級的任務(wù)處于就緒態(tài)，且低位的優(yōu)先級依次高于高位的優(yōu)先級。譯碼器從寄存器讀取PRI_REG的值進(jìn)行譯碼，送出處于就緒態(tài)且優(yōu)先級最高的任務(wù)。比較器PRI_COMP以任務(wù)的ID號為索引，任務(wù)的優(yōu)先級PRI為比較內(nèi)容。將每個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級與譯碼找到的就緒態(tài)的最高優(yōu)先級相比較，若相同，則輸出任務(wù)的ID號，否則輸出0。最后將所有比較器PRI_COMP的輸出做或運(yùn)算，即得到處于就緒態(tài)的優(yōu)先級最高任務(wù)的ID號。