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RTOS實現(xiàn)多任務調(diào)度的基本原理

時間：2021-08-19 16:29:23
關鍵字： RTOS   
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[導讀]關注星標公眾號，不錯過精彩內(nèi)容作者?|strongerHuang微信公眾號?|?嵌入式專欄很多朋友長時間使用裸機編程，切換過來學習RTOS，就對其中很多概念產(chǎn)生誤解。大部分人開始學習RTOS實時操作系統(tǒng)時，對RTOS中的一些概念都不太理解。一上來就是臨界段、調(diào)度、信號量、互斥鎖等...


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作者?| strongerHuang

微信公眾號?|?嵌入式專欄


很多朋友長時間使用裸機編程，切換過來學習RTOS，就對其中很多概念產(chǎn)生誤解。
大部分人開始學習RTOS實時操作系統(tǒng)時，對RTOS中的一些概念都不太理解。
一上來就是臨界段、調(diào)度、信號量、互斥鎖等這些概念，相信大部分初學者都是懵的。
不太懂這些概念很正常，一下子懂了，我倒反而覺得不正常。

1什么是多任務

這里大部分人應該都是從裸機階段過來的，裸機系統(tǒng)一般也稱之為單任務系統(tǒng)、輪詢系統(tǒng)或前后臺系統(tǒng)。


這個概念相信大家都能明白，輪詢就是在一個大while循環(huán)里執(zhí)行。前后臺系統(tǒng)就是在執(zhí)行while時，有中斷（前臺）響應的系統(tǒng)。

int main(void){??/*?初始化?*/ while(1) {????/*?循環(huán)處理多項事情 */ }}

那么，什么是多任務呢？


當多任務操作系統(tǒng)使用某種任務調(diào)度策略允許兩個或更多進程并發(fā)共享一個處理器時，事實上處理器在某一時刻只會給一件任務提供服務。


因為任務調(diào)度機制保證不同任務之間的切換速度十分迅速，因此給人多個任務同時運行的錯覺。

---來自百度百科


初學者可以理解為：有類似上面的多個輪詢系統(tǒng)。


如下代碼，將大while中的多項事情，分為幾個事情，分別處理。

void Task1(void){ /* 初始化 */ while(1) { /* 處理事情1 */ }}
void Task2(void){ /* 初始化 */ while(1) { /* 處理事情2 */ }}

這里就要牽涉到各個任務之間的切換：任務調(diào)度。



2任務調(diào)度

說任務調(diào)度之前，先說一插曲：

我開始學RTOS時，覺得CPU這么短時間（1ms）在各個任務之間來回切換，而且切換還需要執(zhí)行那么多代碼，這樣CPU還能執(zhí)行多少代碼啊？

其實，我當時太低估了處理器的能力。


拿STM32F103跑72M來說，1ms時間可以執(zhí)行的代碼有多少，你們心里有概念嗎？


沿著這個問題，大家進一步思考其實都能明白，區(qū)區(qū)那切換（任務調(diào)度）的幾行代碼對于CPU速度來說，這個處理時間可以忽略不計（當然，這是相對高速處理而言。如果低頻的處理器，這個時間可能相對較長）。


任務調(diào)度

任務調(diào)度可以分搶占調(diào)度和輪詢調(diào)度。


在RTOS中，為了使任務得到實時響應，一般使用搶占調(diào)度方式，我們拿UCOS為例：


你會發(fā)現(xiàn)只程序執(zhí)行過程中，如果有高優(yōu)先級任務帶來，高優(yōu)先級任務就會打斷低優(yōu)先級任務。


直到高優(yōu)先級任務執(zhí)行完，低優(yōu)先級任務才得到相應。


這里有人可能會問：如果高優(yōu)先級一直或長時間執(zhí)行可以嗎？


答案是：NO


這里就關系到任務優(yōu)先級分配，以及任務設計問題。


一般來說，高優(yōu)先級任務是在等待一個事件的觸發(fā)，執(zhí)行一件緊急，而不會太耗時的事情。


太耗時任務一般留給低優(yōu)先級任務，在系統(tǒng)不忙時慢慢處理。



調(diào)度過程

我們設置系統(tǒng)滴答為1ms時間，那么系統(tǒng)就會間隔1ms檢查一次就緒任務中優(yōu)先級更高的任務。


這個1ms滴答是由定時器中斷產(chǎn)生，一般像在STM32由內(nèi)核滴答定時器產(chǎn)生。


如上圖，他在（2）的位置就檢測到有更高優(yōu)先級任務（7）就緒，此時就會跳轉(zhuǎn)到任務（7）去執(zhí)行。


------------?END?------------

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