一种实时操作系统RTOS的硬件加速设计

　　1.3 软件实现

　　因为任务数据结构的改变，源码中所有涉及到任务数据结构的函数都要进行修改。由于任务调度和时间处理由RTA模块执行，原先执行TimeTick的中断函数要作相应修改，在中断时，只需读取RTA中HighestPrio寄存器，然后做上下文切换，运行该优先级的任务即可。

　　2 实验结果

　　本实验使用的CPU为OR1200，CPU和所有的外设都通过Wishbone总线连接，系统时钟为25 MHz。在Altera的Cyclone II FPGA平台上,使用Quartus 8.1工具对RTA进行布局布线,其共占用4 197个逻辑单元LE(Logic Element）。

　　任务响应时间是RTOS性能的一个重要指标，其定义为：从任务中断产生的时刻起，到恢复任务执行之间的时间。试验中，利用自定义的Timer作为测量标尺，在2个测试点各读取一次，相减后的数值再乘以此Timer的周期，便得到该段测试时间。图3是有硬件加速和无硬件加速的任务响应时间的测试结果，单位是系统时钟周期。

　　从图中3可以看出，在无硬件支持的RTOS中，随着任务数的增加，任务响应时间也随之呈线性增加。其原因是，程序顺序执行，在无硬件加速的情况下，RTOS内核在每个TimeTick中断都要对任务的延时域进行顺序更新。随着任务的增加，延时域的处理时间也增长。有硬件加速支持时，任务响应时间缩短，而且与正在运行的任务数量没有关系。这是因为所有任务的延时域都同时更新，在一个时钟周期内即可全部完成。所以使用RTA模块后，降低了系统本身占用CPU的时间，提高了系统的可预测性。可见，在添加RTA模块后RTOS的性能得到了提高。

　　本文将μC/OS-II系统中调用频繁的任务调度和时间管理采用硬件实现，达到了降低系统负载、稳定任务响应时间、提高系统可预测性的目的。实验结果表明，使用本硬件，任务中断响应时间可降低85.8%。

　　参考文献

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