【Java】优先级位图算法详解

• Z时代
• 2024-01-10
• 分类：技术分享

OSRdyGrp  |= OSMapTbl[prio>>3]；
OSRdyTbl[prio>>3] |= OSMapTbl[prio&0x07]；

y = OSUnMapTbl[OSRdyGrp];
x = OSUnMapTbl[OSRdyTbl[y]];
prio = (y << 3) + x; 

//低三位的映射
OSMapTbl[prio&0x07] = OSMapTbl[3] = 0000 1000;
OSRdyTbl[prio>>3] = OSRdyTbl[1] = 0000 1000;

6对应二进制：000 110
高3位：000=0 通过OSMapTbl映射后，
OSMapTbl[prio>>3]= OSMapTbl[0]=0000 0001
低3位：110=6，通过OSMapTbl映射后
OSMapTbl[6]=0100 0000
OSRdyTbl[prio>>3]= OSRdyTbl[0]=0100 0000  

10对应二进制：001 010
高3位：001=1 通过OSMapTbl映射后，
OSMapTbl[prio>>3]= OSMapTbl[1]=0000 0010.
低3位：010=2，通过OSMapTbl映射后
OSMapTbl[2]=0000 0100
OSRdyTbl[prio>>3]= OSRdyTbl[1]=0000 0100 

11对应二进制：001 011
高3位：001=1 通过OSMapTbl映射后，
OSMapTbl[prio>>3]= OSMapTbl[1]=0000 0010.
低3位：011=3，通过OSMapTbl映射后
OSMapTbl[3]=0000 1000
OSRdyTbl[prio>>3]= OSRdyTbl[1]=0000 1000  

17对应二进制：010 001
高3位：010=2 通过OSMapTbl映射后，
OSMapTbl[prio>>3]= OSMapTbl[2]=0000 0100.
低3位：001=1，通过OSMapTbl映射后
OSMapTbl[1]=0000 0010
OSRdyTbl[prio>>3]= OSRdyTbl[2]=0000 0010 

OSRdyGrp |= OSMapTbl[prio>>3]；
OSRdyTbl[prio>>3] |= OSMapTbl[prio&0x07]；

OSRdyGrp=
000 00001
|0000 0010
|0000 0010
|0000 0100
=0000 0111 = 0x07
OSRdyTbl[0]=0100 0000
OSRdyTbl[1]=
0000 0100
|0000 1000
=0000 1100（相同的列进行位或运算）
OSRdyTbl[2]=0000 0010  

OSRdyGrp=0x07
Y=OSUnMapTbl[0x07]=0

OSRdyTbl[0]=0100 0000=0x40
X = OSUnMapTbl[0x40]=6

if ((OSRdyTbl[prio >> 3] &= ~OSMapTbl[prio & 0x07]) == 0)
OSRdyGrp &= ~OSMapTbl[prio >> 3];  

1、μC/OS-II任务优先级相关简介：μC/OS-II中共有64个优先级（0~63级，数字越小优先级越高）。因为是实时系统，所以对应每个任务就分配一个优先级。

2、2进制和10进制转换基础
这里先介绍一个数学知识，二进制如何变为十进制，比如十进制26，其8位二进制表示为：00 011 010。当十进制为0~63时，前两位无作用，所以只看后6位——011 010.怎么计算成十进制呢？很简单：把这个十进制数，分为两个部分，高三位和低三位，这个十进制数的大小就等于高三位的十进制8+低三位的十进制数（其实就是二进制转八进制再转十进制）。高三位的011=3 ，低三位的010=2，所以26=3x8+2=（011）<<3+(010).即将高三位左移三位就是8再加上低三位。下面要介绍的算法也是这个数学方法。

3、优先级任务调度过程

1. 创建任务并分配优先级
2. 通过算法，操作系统对创建完成的任务（即就绪任务）进行标记。并通过标记来查找当中任务中优先级最高的任务
3. 调用调度函数进行调度，让最高优先级任务运行

优先级创建
μC/OS-II中创建任务的函数原型：
INT8U OSTASKCeate(void (*task)(void *pd),void *pdata,os_stk *ptos,INT8U prio)，从这个函数可以看出，最后一个参数就是优先级，所以结论是，在创建任务的同时就要确定任务的优先级，并且是该优先级是8位的（0~2^8-1），这里也可以看出为什么会有64个优先级。

任务优先级的标定
什么是优先级的标定：就是操作系统要知道哪个任务已经就绪了，然后就在这些就绪了的任务里面切换调度。所以第一步就是要知道哪些任务就绪了，然后就可以操作了。
这里要先介绍两个数据结构，：OSRdyGrp、OSRdyTbl[]，这两个变量协同完成优先级的标定。
OSRdyGrp：优先级就绪组
这是一个8位的变量。每一个变量对应于OSRdyTbl[]中的一行（实际上是一个元素，但也可以理解为一行）。
OSRdyTbl[]：优先级就绪表
这是一个数组，有8个成员，每个成员都是8位的变量，所以就可以构成了8*8的矩阵了。所以64个优先级都是标定在这个数组中的。

那到底怎么往空格里置1的呢? 这里就要分析这个优先级就绪表了:

1.这个表的数据结构是数组，也就是说，这个数组有8个成员，每个成员都是8位的变量。
2.通过二级查找实现对就绪任务的标定的。这里可以理解为一个矩阵，找某个数，肯定是先找行，再找列。从而找到这个元素位置。思想就是这个。
怎么找行呢?这里的一个变量OSRdyGrp，是一个8位的变量。每一位对应上图的一行，当某一位置1时，就表明就绪表对应的行有就绪任务，然后再查找列，就可以找到哪个任务就绪了。现在举个列子来说明：

创建一个任务，它的优先级为 prio=11（这是用户指定的），此优先级用二进制表示（8位）：最前面两位无用处，前面已说过 00 001 011。那么怎么在对应的OSRdyTbl[]优先级就绪表中进行标定呢?

1. 把这个二进制数分为两个部分：高3位 （001）和低3位（011）;
2. 高三位负责找到数组中的行，低三位负责找到数组中的列（其实这里不是列，是一个变量的8个位，也可以按列理解），这样配合就可以寻址，往相应数字标号里写1。对上面这个数来说 001 =1说明是第1行（数组从0行开始），011=3说明在第3个位置要写入1，合在一起就是第一行的第三个位置写入1，这样就完成了对应数字优先级标号的标记。

那从上面的思路来看，我们只要知道数组中的第几行和第几列的值就可以了，所以又引进了一个映射数组：
OSMapTbl[]，其具体内容如下。下标0对应的就是0位为1,下标1对应的就是1位为1，然后把这个数赋值给OSRdyGrp优先级就绪组。则OSRdyGrp哪个位为1则说明就是就绪表哪个行有就绪任务了。这样做的好处就是快。这也就是这个数组就是个映射数组，方便操作而已。

至此，以上涉及3个数据结构了，现在来总结一下：
1.OSRdyGrp优先级就绪组：第几位被置1，就说明就绪表中第几行有就绪任务。比如OSRdyGrp=0000 0001。说明OSRdyTbl[0]行有就绪任务。具体是这行的哪个列还要根据低三位的值来决定.
2.OSRdyTbl[]优先级就绪表：行+列就能标定就绪任务的优先级.

1. OSMapTbl[]优先级映射表：用来方便生成第几行，第几列的一个转换.

<font color='red'>下面来看ucos中的源码怎么实现的：</font>
任务就绪源码如下：

OSRdyGrp  |= OSMapTbl[prio>>3]；
OSRdyTbl[prio>>3] |= OSMapTbl[prio&0x07]；

代码解释：prio>>3是获取优先级的高3位，prio&0x07是获取优先级的低3位。然后在通过OSMapTbl的映射分别获得了就绪表中的行和就绪表中的列， 然后查询就绪算法：

y = OSUnMapTbl[OSRdyGrp];
x = OSUnMapTbl[OSRdyTbl[y]];
prio = (y << 3) + x; 

举个例子：
创建一个任务，且prio=11=001 011 的情况分析：
高3位：001=1 通过OSMapTbl映射后，OSRdyGrp=0000 0010，即是就绪表中第1行有任务就绪。
低3位：011=3，通过OSMapTbl映射后

//低三位的映射
OSMapTbl[prio&0x07] = OSMapTbl[3] = 0000 1000;
OSRdyTbl[prio>>3] = OSRdyTbl[1] = 0000 1000;

通过这句代码就往就绪表第一行（从OSRdyTbl[1]看到）第3个位置（从右往左看0000 1000，第一个为1的位，0开始）写入1，表明该任务就绪了。

这样就完成了单个任务优先级的标定。

多任务优先级设定
这里引入一个表格：优先级判定表OSUnMapTbl[]，这个表的作用是为了节省时间，这样查表的话，耗的时间是一定的，很好的满足了实时性。下面来分析这个表的作用。

1.先看最旁边的注释，说明的是该数组中对应的位置。
2.解释这个数组中内容，这些数字怎么来的。

例子 ：
有4个任务 ，优先级分别为6，10，11，17.。把上面就绪任务算法再贴一遍：前面2位不管。

6对应二进制：000 110
高3位：000=0 通过OSMapTbl映射后，
OSMapTbl[prio>>3]= OSMapTbl[0]=0000 0001
低3位：110=6，通过OSMapTbl映射后
OSMapTbl[6]=0100 0000
OSRdyTbl[prio>>3]= OSRdyTbl[0]=0100 0000  

10对应二进制：001 010
高3位：001=1 通过OSMapTbl映射后，
OSMapTbl[prio>>3]= OSMapTbl[1]=0000 0010.
低3位：010=2，通过OSMapTbl映射后
OSMapTbl[2]=0000 0100
OSRdyTbl[prio>>3]= OSRdyTbl[1]=0000 0100 

11对应二进制：001 011
高3位：001=1 通过OSMapTbl映射后，
OSMapTbl[prio>>3]= OSMapTbl[1]=0000 0010.
低3位：011=3，通过OSMapTbl映射后
OSMapTbl[3]=0000 1000
OSRdyTbl[prio>>3]= OSRdyTbl[1]=0000 1000  

17对应二进制：010 001
高3位：010=2 通过OSMapTbl映射后，
OSMapTbl[prio>>3]= OSMapTbl[2]=0000 0100.
低3位：001=1，通过OSMapTbl映射后
OSMapTbl[1]=0000 0010
OSRdyTbl[prio>>3]= OSRdyTbl[2]=0000 0010 

通过就绪任务算法：

OSRdyGrp |= OSMapTbl[prio>>3]；
OSRdyTbl[prio>>3] |= OSMapTbl[prio&0x07]；

最终OSRdyGrp的值就是将所有的OSMapTbl[prio>>3]进行位或运算：

OSRdyGrp=
000 00001
|0000 0010
|0000 0010
|0000 0100
=0000 0111 = 0x07
OSRdyTbl[0]=0100 0000
OSRdyTbl[1]=
0000 0100
|0000 1000
=0000 1100（相同的列进行位或运算）
OSRdyTbl[2]=0000 0010  

然后查找优先级判定表OSUnMapTbl[]

OSRdyGrp=0x07
Y=OSUnMapTbl[0x07]=0

说明是最高优先级在第0组。

OSRdyTbl[0]=0100 0000=0x40
X = OSUnMapTbl[0x40]=6

最高优先级为:prio= y*8+x=6

至此，最高优先级就选出来了。然后调度此任务运行就是了，另外，删除任务就是将对应就绪列表位的置的1清零就是。

if ((OSRdyTbl[prio >> 3] &= ~OSMapTbl[prio & 0x07]) == 0)
OSRdyGrp &= ~OSMapTbl[prio >> 3];  

看到这里，这行代码理解应该没有问题，就是反操作而已。

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