VxWorks是美国Wind River System公司(即WRS公司)推出的一个实时操作系统，具有良好的可靠性和的实时性。该系统采用基于优先级的可抢占式调度策略，系统为每一个任务分配一个优先级，调度程序保证当前运行的任务是优先权zui高的任务。但在实际开发中，由于任务间资源共享，信号量及中断的引入，往往会出现高优先级任务被低优先级任务长时间阻塞(pend)或阻塞一段不确定时间的现象，即所谓的优先级反转(Priority Inversion)。优先级反转会造成任务调度的不确定性，严重时可能导致系统崩溃。本文在参考文献[1,2]的基础上，结合实际项目开发过程中遇到的优先级反转问题，对造成优先级反转的原因及其解决方法进行了探讨。
优先级反转一般性描述
优先级反转发生在一个高优先级的任务被迫等待一段不确定时间，等待一个低优先级任务先完成。图1中3个任务分别为task1、task2和task3，其优先级由高到低。从图1可知，当task3占有由信号量(semaphore)保护的某种共享资源而进入临界区执行时，task1就绪，由于系统可抢占式PBP(Priority Based Preemptive)调度策略，因此task1抢占task3执行。task1执行一段时间后也进入临界区，但此时task3仍占有此临界资源的信号量，task1被阻塞，等待task3释放此信号量。在经过这么一段时间后，task2已处于就绪状态，于是系统调度task2执行。如果task3在task2的执行期间一直没有能够被调度执行的话，那task1和task3将一直等到task2执行完后才能执行，task1更要等到task3释放它所占有的信号量才能执行；如果这段时间超出task1的Deadline，task1的调度出现了问题，此时轻则任务被长时间阻塞，重则造成系统崩溃。优先级反转原因可归纳为：高优先级的任务task1由于要等待被低优先级任务task3占有的临界资源而被task2阻塞，而此时具有中优先级的任务task2抢占了task3的CPU时间,导致task2先于task1执行。此类优先级反转问题的解决方法大致有2种：一种被称作优先级继承(priority inheritance)；另一种被称作优先级极限(priority ceilings)。下面介绍本文所遇到的优先级反转问题。
优先级反转的实例探讨
上节对一般意义上的优先级反转现象进行了描述，本节涉及的优先级反转则较上述更为复杂，更具有隐蔽性。
本文采用的嵌入式微处理器为S3C2510, CPU核为Arm940T，SAMSUNG公司制造。应项目的需要，要求任务task1和task2中分别进行调用微秒级和毫秒级定时器功能函数，由于S3C2510处理器5个32位定时器(timer)，因此利用其中的两个即可。其中，ms级定时器实现的代码架构如下：
1) 中断处理函数：
LOCAL void Timer1_Int_Handle(void)
{
*S3C2510_TIC |= S3C2510_TIC_T1;/*清除中断*/
...
semGive(ID4_Stop);/*释放二进制信号量*/
...
}
2) 毫秒级定时函数
void ms_Delay(int ms)
{
...
semTake(ID4_Stop,WAIT_FOREVER);
...
}
3) 时钟初始化函数
void msTimer_Init()
ID4_Stop=semCCreate(SEM_Q_FIFO,SEM_EMPTY);/*初始化二进制信号量*/
assert(ID4_Stop);
...
}
us级定时器功能实现的代码与上面类似，这里不再给出相应的代码。函数调用说明：*行初始化，然后任务可随意调用定时功能函数。当某个任务调用定时功能函数时，此时该任务被信号量阻塞，同时定时器开始进行减一计数，当计数器减到0时，会产生一个中断请求信号，此时系统会调用中断处理函数，在中断处理函数将信号量释放，此时信号量变的可用，任务继续执行。
当在两个不同优先级任务task1,task2(设优先级分别为93和94)同时运行，并分别调用us和ms级定时功能函数时，优先级反转出现了，task1会被长时间阻塞。其中，task1和task2的调用如下：
void task1(void)
{
...
FOREVER
{
...
us_Delay();
...
taskDelay(4);
}
void Task2(void)
{
...
FOREVER
{
ms_Delay();
...
}
上述两个任务间间资源是独立的，但两个任务在一起运行时，高优先级任务task1在经过一段时间后会被长期阻塞。
解决上述问题的方法比较简单，只要调整task1的任务优先级低于task2，这里选为95，则两个任务可长时间并行运行。
由于加入了中断和信号量，使系统任务调度变的复杂，从而导致两个原本看似独立的任务task1和task2，不能正常并行运行。造成此类现象的原因分析极其复杂，可视为是系统应用的一个盲点，但此类问题可通过总结规律有效饶开。例如在上述问题中，若task1调用的定时函数的定时时间小于task2中的定时时间，则相应的任务优先级也应task1PriorityTASK2PRIORITY，这样高优先级任务就不会被阻塞。
4 结论
本文结合实际例子，对Vxworks中优先级反转问题进行了探讨，并对此类问题的解决方法进行了描述。本文的探讨将使嵌入式系统开发人员更深入了解优先级反转问题。文章zui后对优先级反转问题作如下归纳：
1) 通常条件：信号量引入；
2) 发生时间：高优先级的任务被迫等待一段不确定时间，等待一个低优先级任务完成；
3) 造成原因：各异；
4) 表现形式：高优先级任务被长时间阻塞。
参考文献
1、刘辉，孟凡荣，席景科.‘嵌入式实时系统的优先级反转问题’，单片机嵌入式系统应用， 2003.3
2、党纪红，李东明，袁赣南.‘Vxworks实时内核调度的研究分析’，应用科技， 2003.2
