1.1 TinyOS存在的问题
当前的构件化嵌入式操作系统主要有TinyOS和Echidna[5]两种。TinyOS是为无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）开发的构件化嵌入式操作系统，适用于内存资源和处理能力有限，电池供电的嵌入式系统。其内核支持两级调度，任务按照FIFO的方式执行，目的是减少对内存的使用量，但造成系统实时性差。Echidna与TinyOS一样使用FIFO的方式调度任务，因此存在相同的缺点。
V. Subramonian等人在文献[6]中研究了FIFO调度方式对TinyOS系统性能的影响。在使用TinyOS的系统中，当需要处理的数据量较大时，如果超过其计算能力，则会出现过载（overload）现象。处理过载的较好方式一般是保证关键任务的执行，放弃非关键任务。而FIFO调度方式不能做到这一点，因为这种方式无法区分关键任务和非关键任务。下面通过分析TinyOS对通信数据包的处理来说明其缺点。
发送数据包由应用层产生并传递给底层发送构件，当成功发送后，后者会触发一个任务实例来通知应用层发送完毕。应用层在收到这一事件之前将一直等待，不能继续发送数据。即，只有通知任务实例得到执行，应用层才能继续发送数据。如果TinyOS当前需要处理的数据量较大，有较多的任务实例需要执行，则通知任务实例会排在FIFO队列的zui后，等到前面的任务实例执行完才得以执行。这样就延缓了发送数据的过程，降低了通信数据包的吞吐量。在极端情况下，其它任务实例会将整个FIFO队列占满，通知任务实例到达时会被调度内核放弃，造成应用层发送数据的终止。从无线信道接收数据时同样会出现这种情况。
文献[6]中提出了一种改进措施，给任务分配优先级，将调度内核升级为优先级驱动的非抢占式调度。这样与FIFO调度方式相比，能提高任务集合的可调度性，但仍会出现任务集合不可调度的情况。
1.2 抢占阈值调度算法适合构件化嵌入式操作系统
利用抢占阈值进行任务调度时，不但给集合G中的任务ti分配任务优先级pi?[1,2,…,n]，还分配抢占阈值gi，并且pi?gi，即，gi?[pi,…,n]。这样就实现了一个双优先级系统。其中的pi用于抢占其它的任务，而gi是任务运行中的有效优先级。如果当前正在运行的任务是ti，那么对于就绪任务tj，必须有pj>gi， tj才能抢占ti。对于周期任务ti，每次开始执行后，其优先级将从pi提升为gi，执行完后，优先级再从gi下降为pi。
当任务的抢占阈值等于其任务优先级时，就是抢占式调度;当任务的抢占阈值是系统zui高优先级时，就是非抢占式调度。所以抢占调度和非抢占调度是使用抢占阈值调度模型的两个特例。实际中，抢占阈值调度能同时利用抢占式调度和非抢占式调度的优点，通过调节任务抢占阈值，减少不必要的任务抢占，提高整个任务集合的可调度性。能运行抢占和非抢占式调度算法都不能调度的任务集合[2]。在文献[3]描述的仿真环境下，抢占阈值调度算法与抢占式调度算法相比，处理器利用率提高15%-20%。抢占阈值调度模型中，任务集合被分割成数目很少的非抢占组（Non-Preemptive Group，简称NPG）。组内任务之间是非抢占的，能共享一个栈空间，减少了任务集合对内存资源的消耗。在文献[4]的仿真环境下，当任务zui大周期为100时，平均100个任务被分割成14.3个NPG。
在构件化嵌入式操作系统的应用环境中，希望能在提高任务集合可调度性的同时，使用尽可能少的内存资源。根据这一要求，本文提出了在实时调度内核中使用抢占阈值调度算法。为了说明该算法较其它调度算法更适于构件化嵌入式操作系统，提出了如下的指标，以比较各种算法的性能：非抢占式调度中，所有任务共享一个线程栈空间，节省了内存资源。对于抢占阈值调度，如果任务集合生成一个非抢占组，则会使用与非抢占式调度相同的内存资源。为此，在每个测试点，针对相同一组随机产生的任务集合，比较抢占阈值调度生成一个非抢占组的次数除以整个产生的任务集合个数（用NAT表示）得到的百分率，与非抢占式调度以及FIFO调度方式下可调度任务集合个数除以NAT得到的百分率，称作单线程比率（One Thread Rate，简称OTR）。来说明不同算法在保证任务集合可调度的前提下，只使用一个线程的能力。
使用随机产生的任务集合。生成任务时，任务个数totalTasks从2开始，以2为步长递增到50;任务集合的zui大周期maxPeriod取为1000。任务个数和zui大周期的取值构成一个测试点。在每个测试点，任务集合按如下规则产生：（1）在[1, maxPeriod]之间均匀、随机地选择任务周期Ti。（2）在[0.1/totoalTasks, 2.0/totalTask]之间均匀、随机地选择任务利用率Ui，任务执行时间Ci=Ui＊Ti。用任务个数来调整取值，以免产生过多的不可调度任务集合。（3）任务截至期Di=Ti。
在每个测试点，从100次独立仿真实验中获得各调度算法的性能指标值，以进行性能比较。
图1给出了针对相同一组任务集合，抢占阈值、非抢占式和FIFO等3种调度算法下产生的单线程比率。可以看出，FIFO调度方式的性能zui差。在大部分测试点，抢占阈值调度下产生的使用一个线程的任务集合个数等于非抢占调度下生成的可调度任务集合个数。只在少数几个测试点，前者产生的OTR值略低于后者。所以，在此指标下，抢占阈值调度具有与非抢占式调度接近的性能。但抢占阈值调度能提高任务集合的可调度性。总之，抢占阈值调度能在提高任务集合可调度性的同时，使用较少的内存资源。与其它两种调度算法相比，更适合作为构件化嵌入式操作系统的实时调度算法
图1比较3种算法得到的OTR值
如何将构件技术成功地应用到嵌入式操作系统开发中得到越来越多的重视。现有的工作大部分着重于从结构的角度分解系统成若干构件，并重用构件。实际嵌入式实时系统的处理器资源和内存资源是有限的，同时系统还有实时性需求。另外，当前成熟的实时调度算法都是基于任务模型分析系统的可调度性。所以，在嵌入式实时系统中应用构件技术时，还需要研究如何从时间（运行）的角度将构件映射成任务，以及为底层构件化嵌入式实时操作系统选择合适的调度算法。
