[AutoSar]BSW_OS 01 priority ceiling protocol（PCP）

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关键词

嵌入式、C语言、autosar、OS、BSW

平台说明

项目	Value
OS	autosar OS
autosar厂商	vector
芯片厂商	TI
编程语言	C，C++
编译器	HighTec (GCC)

参考：状态装换图

一、critical section 临界区的定义

??多个TASK或者ISR可以同时访问的resource 被成为临界区（critical section）。resource包括 memory、SPI、CAN、I2C。

二、priority ceiling protocol是什么

??priority ceiling protocol（优先级上限协议，又被俗称为天花板优先级协议）。在autosar OS中用于临时提升TASK 或者ISR 的优先级，以最大化减轻优先级反转的影响和避免死锁的产生。在配置好TASK/ISR和与其相挂钩的resource后，会自动分配静态的优先级（P）给resource，P的值等于TASK/ISR的最高的优先级。例如当TASK1,TASK2同时访问resource1，TASK1优先级 =10 ，TASK2优先级 =5，那么静态分配的resource1的优先级就是10.当TASK2使用resource1的时候，TASK2的优先级会被临时调整到10 = resource1的优先级，等TASK2运行完成后，TASK2的优先级重新回到5.具体请参考第六小结。

三、使用限制范围

??单核或者多核芯片中的核内。

四、优先级反转

??在没有优先级上限协议的情况下可能会出现优先级反转的情况。
??定义：优先级较低的task延迟了优先级较高的task的运行结束时间。
??优先级从下往上递增。TASK1 > TASK2 > TASK3 >TASK4。
??TASK1和TASK4可共享一个信号量（S1）。
T1时刻 TASK4先运行并占用S1，TASK1-3处于suspend状态。
T2时刻TASK1,TASK2TASK3被激活运行，但是由于信号量S1被TASK4占用，TASK1在判定envent的时候无法获取S1导致TASK1转移到waiting状态。
T3时刻TASK2由于TASK进入waiting，且TASK2优先级又高于TASK4，所以TASK4被抢占，转移到READY状态。
T4时刻TASK3由于TASK2运行完毕，且TASK3优先级又高于TASK4，所以TASK4依旧被抢占，转移到READY状态。
T5时刻，TASK3运行完毕，TASK4被抢占结束转移到RUNNING状态运行完毕后释放S1。
T6时刻，由于TASK4释放了S1，TASK1满足所有envent，于是开始转移到RUNNING。
于是，TASK1的运行被低优先级的TASK延迟了运行时间的情况称之为优先级反转。

五、死锁

??两个TASK/ISR同时因只能获取两个resource中的一个并占用，而不能同时获取到两个resoure导致无法运行的情况称之为死锁。
??优先级从下往上递增。TASK1 > TASK2
??TASK1和TASK4可共享两个信号量（S1，S2）。
T1时刻TASK1先运行并占用S1。
T2时刻，由于TASK1需要等待一个其他EVENT（例如其他task设置），转入waiting状态，TASK2开始运行并占用S2。
T3时刻，由于TASK1条件满足继续开始执行。TASK2转为ready状态。
T4时刻，TASK1请求占用S1，但是S1已经被TASK2占用，导致TASK1进入WATING状态,TASK2开始运行。
T5时刻，TASK2请求占用S2，但是S2已经被TASK1占用，导致TASK2进入WATING状态.
至此，TASK1和TASK2 同时进入waiting状态且不可能恢复到running，进入死锁。

六、引入priority ceiling protocol后

??注意，TASK/ISR不会被同优先级的TASK/ISR所抢占。

??优先级从下往上递增。Ceiling priority = TASK1 > TASK2 > TASK3 >TASK4。
??TASK1和TASK4可共享一个信号量（S1）。
T1时刻，TASK4开始运行，S1被占用。
T2时刻，TASK1，TASK2,TASK3被开始激活，想要抢占TASK4，由于有priority ceiling protocol，此时TASK4的优先级被临时调整到和TASK1一样的优先级，TASK1无法抢占TASK4，且此时TASK4优先级临时比TASK2和TASK3高，所以继续运行TASK4，而TASK2，Task3进入ready状态。
T3时刻，由于TASK4运行完毕并释放S1，TASK1开始执行。
T4时刻，TASK2由于TASK1运行完成，所以转移到了running。
T5时刻，TASK3由于TASK2运行完成，所以转移到了running。
由此可见，引入了priority ceiling protocol后，最大化减小了TASK4对TASK1的的影响。

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