首先定義單處理器靜態(tài)優(yōu)先級實(shí)時系統(tǒng)的任務(wù)模型，定義G=｛t1,t2,…,tn｝為一個包含n個相互獨(dú)立的周期性或者偶發(fā)性（sporadic）任務(wù)的集合，集合中的任務(wù)用ti=（Ti,Ci,Di）（i=1,2,…n）表示，其中，Ti表示ti的周期（對于偶發(fā)性任務(wù)就是zui小到達(dá)間隔），Ci表示ti的zui壞情況執(zhí)行時間，Di表示ti的相對截止期。我們假定大的數(shù)值表示高的優(yōu)先級，對于集合G，zui小的優(yōu)先級是1，zui大的優(yōu)先級是n。周期任務(wù)的一次執(zhí)行，稱作任務(wù)的一個實(shí)例。任務(wù)實(shí)例從進(jìn)入系統(tǒng)到結(jié)束執(zhí)行所用的時間稱作實(shí)例的響應(yīng)時間（response time）。在一個系統(tǒng)的整個運(yùn)行過程中，任務(wù)的zui壞情況響應(yīng)時間等于其所有實(shí)例中zui大的響應(yīng)時間。 
　　1.1 TinyOS存在的問題
　　當(dāng)前的構(gòu)件化嵌入式操作系統(tǒng)主要有TinyOS和Echidna[5]兩種。TinyOS是為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network，簡稱WSN）開發(fā)的構(gòu)件化嵌入式操作系統(tǒng)，適用于內(nèi)存資源和處理能力有限，電池供電的嵌入式系統(tǒng)。其內(nèi)核支持兩級調(diào)度，任務(wù)按照FIFO的方式執(zhí)行，目的是減少對內(nèi)存的使用量，但造成系統(tǒng)實(shí)時性差。Echidna與TinyOS一樣使用FIFO的方式調(diào)度任務(wù)，因此存在相同的缺點(diǎn)。
　　V. Subramonian等人在文獻(xiàn)[6]中研究了FIFO調(diào)度方式對TinyOS系統(tǒng)性能的影響。在使用TinyOS的系統(tǒng)中，當(dāng)需要處理的數(shù)據(jù)量較大時，如果超過其計(jì)算能力，則會出現(xiàn)過載（overload）現(xiàn)象。處理過載的較好方式一般是保證關(guān)鍵任務(wù)的執(zhí)行，放棄非關(guān)鍵任務(wù)。而FIFO調(diào)度方式不能做到這一點(diǎn)，因?yàn)檫@種方式無法區(qū)分關(guān)鍵任務(wù)和非關(guān)鍵任務(wù)。下面通過分析TinyOS對通信數(shù)據(jù)包的處理來說明其缺點(diǎn)。
　　發(fā)送數(shù)據(jù)包由應(yīng)用層產(chǎn)生并傳遞給底層發(fā)送構(gòu)件，當(dāng)成功發(fā)送后，后者會觸發(fā)一個任務(wù)實(shí)例來通知應(yīng)用層發(fā)送完畢。應(yīng)用層在收到這一事件之前將一直等待，不能繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。即，只有通知任務(wù)實(shí)例得到執(zhí)行，應(yīng)用層才能繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。如果TinyOS當(dāng)前需要處理的數(shù)據(jù)量較大，有較多的任務(wù)實(shí)例需要執(zhí)行，則通知任務(wù)實(shí)例會排在FIFO隊(duì)列的zui后，等到前面的任務(wù)實(shí)例執(zhí)行完才得以執(zhí)行。這樣就延緩了發(fā)送數(shù)據(jù)的過程，降低了通信數(shù)據(jù)包的吞吐量。在情況下，其它任務(wù)實(shí)例會將整個FIFO隊(duì)列占滿，通知任務(wù)實(shí)例到達(dá)時會被調(diào)度內(nèi)核放棄，造成應(yīng)用層發(fā)送數(shù)據(jù)的終止。從無線信道接收數(shù)據(jù)時同樣會出現(xiàn)這種情況。
　　文獻(xiàn)[6]中提出了一種改進(jìn)措施，給任務(wù)分配優(yōu)先級，將調(diào)度內(nèi)核升級為優(yōu)先級驅(qū)動的非搶占式調(diào)度。這樣與FIFO調(diào)度方式相比，能提高任務(wù)集合的可調(diào)度性，但仍會出現(xiàn)任務(wù)集合不可調(diào)度的情況。
　　1.2 搶占閾值調(diào)度算法適合構(gòu)件化嵌入式操作系統(tǒng)
　　利用搶占閾值進(jìn)行任務(wù)調(diào)度時，不但給集合G中的任務(wù)ti分配任務(wù)優(yōu)先級pi?[1,2,…,n]，還分配搶占閾值gi，并且pi?gi，即，gi?[pi,…,n]。這樣就實(shí)現(xiàn)了一個雙優(yōu)先級系統(tǒng)。其中的pi用于搶占其它的任務(wù)，而gi是任務(wù)運(yùn)行中的有效優(yōu)先級。如果當(dāng)前正在運(yùn)行的任務(wù)是ti，那么對于就緒任務(wù)tj，必須有pj>gi， tj才能搶占ti。對于周期任務(wù)ti，每次開始執(zhí)行后，其優(yōu)先級將從pi提升為gi，執(zhí)行完后，優(yōu)先級再從gi下降為pi。
　　當(dāng)任務(wù)的搶占閾值等于其任務(wù)優(yōu)先級時，就是搶占式調(diào)度;當(dāng)任務(wù)的搶占閾值是系統(tǒng)zui高優(yōu)先級時，就是非搶占式調(diào)度。所以搶占調(diào)度和非搶占調(diào)度是使用搶占閾值調(diào)度模型的兩個特例。實(shí)際中，搶占閾值調(diào)度能同時利用搶占式調(diào)度和非搶占式調(diào)度的優(yōu)點(diǎn)，通過調(diào)節(jié)任務(wù)搶占閾值，減少不必要的任務(wù)搶占，提高整個任務(wù)集合的可調(diào)度性。能運(yùn)行搶占和非搶占式調(diào)度算法都不能調(diào)度的任務(wù)集合[2]。在文獻(xiàn)[3]描述的仿真環(huán)境下，搶占閾值調(diào)度算法與搶占式調(diào)度算法相比，處理器利用率提高15%-20%。搶占閾值調(diào)度模型中，任務(wù)集合被分割成數(shù)目很少的非搶占組（Non-Preemptive Group，簡稱NPG）。組內(nèi)任務(wù)之間是非搶占的，能共享一個棧空間，減少了任務(wù)集合對內(nèi)存資源的消耗。在文獻(xiàn)[4]的仿真環(huán)境下，當(dāng)任務(wù)zui大周期為100時，平均100個任務(wù)被分割成14.3個NPG。
　　在構(gòu)件化嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境中，希望能在提高任務(wù)集合可調(diào)度性的同時，使用盡可能少的內(nèi)存資源。根據(jù)這一要求，本文提出了在實(shí)時調(diào)度內(nèi)核中使用搶占閾值調(diào)度算法。為了說明該算法較其它調(diào)度算法更適于構(gòu)件化嵌入式操作系統(tǒng)，提出了如下的指標(biāo)，以比較各種算法的性能：非搶占式調(diào)度中，所有任務(wù)共享一個線程棧空間，節(jié)省了內(nèi)存資源。對于搶占閾值調(diào)度，如果任務(wù)集合生成一個非搶占組，則會使用與非搶占式調(diào)度相同的內(nèi)存資源。為此，在每個測試點(diǎn)，針對相同一組隨機(jī)產(chǎn)生的任務(wù)集合，比較搶占閾值調(diào)度生成一個非搶占組的次數(shù)除以整個產(chǎn)生的任務(wù)集合個數(shù)（用NAT表示）得到的百分率，與非搶占式調(diào)度以及FIFO調(diào)度方式下可調(diào)度任務(wù)集合個數(shù)除以NAT得到的百分率，稱作單線程比率（One Thread Rate，簡稱OTR）。來說明不同算法在保證任務(wù)集合可調(diào)度的前提下，只使用一個線程的能力。
　　使用隨機(jī)產(chǎn)生的任務(wù)集合。生成任務(wù)時，任務(wù)個數(shù)totalTasks從2開始，以2為步長遞增到50;任務(wù)集合的zui大周期maxPeriod取為1000。任務(wù)個數(shù)和zui大周期的取值構(gòu)成一個測試點(diǎn)。在每個測試點(diǎn)，任務(wù)集合按如下規(guī)則產(chǎn)生：（1）在[1, maxPeriod]之間均勻、隨機(jī)地選擇任務(wù)周期Ti。（2）在[0.1/totoalTasks, 2.0/totalTask]之間均勻、隨機(jī)地選擇任務(wù)利用率Ui，任務(wù)執(zhí)行時間Ci=Ui＊Ti。用任務(wù)個數(shù)來調(diào)整取值，以免產(chǎn)生過多的不可調(diào)度任務(wù)集合。（3）任務(wù)截至期Di=Ti。
　　在每個測試點(diǎn)，從100次獨(dú)立仿真實(shí)驗(yàn)中獲得各調(diào)度算法的性能指標(biāo)值，以進(jìn)行性能比較。
　　圖1給出了針對相同一組任務(wù)集合，搶占閾值、非搶占式和FIFO等3種調(diào)度算法下產(chǎn)生的單線程比率。可以看出，F(xiàn)IFO調(diào)度方式的性能zui差。在大部分測試點(diǎn)，搶占閾值調(diào)度下產(chǎn)生的使用一個線程的任務(wù)集合個數(shù)等于非搶占調(diào)度下生成的可調(diào)度任務(wù)集合個數(shù)。只在少數(shù)幾個測試點(diǎn)，前者產(chǎn)生的OTR值略低于后者。所以，在此指標(biāo)下，搶占閾值調(diào)度具有與非搶占式調(diào)度接近的性能。但搶占閾值調(diào)度能提高任務(wù)集合的可調(diào)度性。總之，搶占閾值調(diào)度能在提高任務(wù)集合可調(diào)度性的同時，使用較少的內(nèi)存資源。與其它兩種調(diào)度算法相比，更適合作為構(gòu)件化嵌入式操作系統(tǒng)的實(shí)時調(diào)度算法

圖1比較3種算法得到的OTR值
    如何將構(gòu)件技術(shù)成功地應(yīng)用到嵌入式操作系統(tǒng)開發(fā)中得到越來越多的重視。現(xiàn)有的工作大部分著重于從結(jié)構(gòu)的角度分解系統(tǒng)成若干構(gòu)件，并重用構(gòu)件。實(shí)際嵌入式實(shí)時系統(tǒng)的處理器資源和內(nèi)存資源是有限的，同時系統(tǒng)還有實(shí)時性需求。另外，當(dāng)前成熟的實(shí)時調(diào)度算法都是基于任務(wù)模型分析系統(tǒng)的可調(diào)度性。所以，在嵌入式實(shí)時系統(tǒng)中應(yīng)用構(gòu)件技術(shù)時，還需要研究如何從時間（運(yùn)行）的角度將構(gòu)件映射成任務(wù)，以及為底層構(gòu)件化嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)選擇合適的調(diào)度算法。