📚 课程目录第1章课程导论与开发环境搭建

1. 课程导论与开发环境搭建

1.1 为什么需要任务调度？

先问大家一个问题：你写单片机程序时，是不是经常这样——

主循环里放一堆函数，一个一个轮着跑
用延时死等，CPU 在那空转
中断一多，逻辑就乱成一锅粥

我以前刚做嵌入式那会儿，也这么干。直到有一次，一个温控项目出了问题：按键扫描、LCD 刷新、温度采集、PID 计算全塞在主循环里。结果按键按下去，要等半秒才有反应。用户投诉说「这机器是不是死机了？」

嗯，问题就出在——没有任务调度。

任务调度，说白了就是让 CPU 知道：什么时候该干什么事。比如：

每 1ms 扫描一次按键
每 10ms 刷新一次屏幕
每 100ms 采集一次温度
每 500ms 上报一次数据

如果没有调度，你就得自己算时间、自己拆延时、自己处理优先级。项目一复杂，代码就变成「面条代码」——牵一发而动全身。

核心观点：任务调度不是 RTOS 的专利。裸机一样可以做调度，而且很多时候，裸机调度比 RTOS 更轻量、更可控。

1.2 裸机 vs RTOS：怎么选？

很多新手会纠结：到底用裸机还是上 RTOS？

我个人的经验是——看项目复杂度。别盲目上 RTOS，也别死磕裸机。

对比维度	裸机调度	RTOS
资源占用	极低，几 KB ROM 即可	通常需要 10KB+ ROM
实时性	可控，但需手动优化	内核保证，优先级明确
任务数量	适合 3~8 个任务	适合 10+ 个任务
调试难度	简单，直接看代码流	需要理解内核机制
学习曲线	平缓	较陡
典型场景	传感器采集、简单控制	多协议、多外设、复杂状态机

你看，没有绝对的好坏。我做过一个智能家居网关，8 个任务，裸机调度跑得稳稳的。也做过一个工业控制器，20 多个任务，不上 RTOS 根本管不过来。

我的建议：如果你的项目任务数 ≤ 5，且实时性要求不高，裸机调度完全够用。如果任务数 ≥ 10，或者有严格的 deadline 要求，考虑 RTOS。

那这门课讲什么？——裸机任务调度。我会带你从零搭建一套轻量级调度框架，配合中断管理，让你在裸机上也能实现「类 RTOS」的效果。

1.3 课程知识体系

先看看我们这 30 章要学什么。我画了一张图，帮你建立全局视角：

你看，整个课程是层层递进的。先打好基础，再学调度和中断，然后实战演练，最后进阶提升。别跳着看——我踩过的坑，不想让你再踩一遍。

1.4 开发环境搭建

好，理论说完了，咱们动手。工欲善其事，必先利其器。

1.4.1 安装 STM32CubeIDE

我推荐用 STM32CubeIDE，原因有三：

官方出品，兼容性最好
免费，没有 license 限制
集成 CubeMX，图形化配置外设

安装步骤很简单：

去 ST 官网下载最新版 STM32CubeIDE
双击安装，一路 Next
选择安装路径（建议不要有中文）
等待安装完成

注意：安装路径不要有空格和中文。我以前吃过这个亏——项目路径带中文，编译报错查了半天，结果是路径问题。

1.4.2 创建工程模板

我们创建一个基础工程模板，后续所有章节都基于这个模板。

步骤：

打开 STM32CubeIDE，点击 File → New → STM32 Project
选择芯片型号（我用的 STM32F103C8T6，你随意）
在 Pinout & Configuration 中配置：

RCC → HSE → Crystal/Ceramic Resonator
SYS → Debug → Serial Wire
时钟树 → HCLK 设为 72MHz

Project Manager 设置：

Project Name: stm32_scheduler_template
Toolchain / IDE: STM32CubeIDE

点击 Finish，生成工程

生成后，我们添加一个基础调度框架文件。先创建两个文件：

Core/
├── Inc/
│   └── scheduler.h      // 调度器头文件
└── Src/
    └── scheduler.c      // 调度器源文件

这是最简调度器的头文件骨架：

// scheduler.h
#ifndef __SCHEDULER_H
#define __SCHEDULER_H

#include "main.h"

/* 任务控制块 */
typedef struct {
    void (*task_func)(void);   // 任务函数指针
    uint32_t period_ticks;     // 任务周期（tick数）
    uint32_t elapsed_ticks;    // 已运行tick数
    uint8_t  running;          // 运行标志
} Task_t;

/* 调度器初始化 */
void Scheduler_Init(void);

/* 注册任务 */
uint8_t Scheduler_RegisterTask(void (*func)(void), uint32_t period_ms);

/* 调度器运行（放在主循环） */
void Scheduler_Dispatch(void);

/* 系统tick中断处理（放在SysTick_Handler） */
void Scheduler_TickHandler(void);

#endif

这个框架很简单，但它是我们后面所有调度策略的基础。现在先不展开实现细节——后面章节会一步步完善。

小技巧：每次新建工程，我都用这个模板。省去重复配置的时间，直接聚焦业务逻辑。

1.5 验证环境

写一个简单的测试代码，验证环境是否正常：

// main.c
#include "main.h"
#include "scheduler.h"

void Task1_LED(void) {
    HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_13);
}

void Task2_UART(void) {
    printf("Scheduler running...\r\n");
}

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_USART1_UART_Init();

    Scheduler_Init();

    Scheduler_RegisterTask(Task1_LED, 500);   // 500ms 翻转LED
    Scheduler_RegisterTask(Task2_UART, 1000); // 1000ms 打印信息

    while (1) {
        Scheduler_Dispatch();
    }
}

编译下载，如果 LED 每 500ms 闪烁一次，串口每 1s 打印一次——恭喜，环境搭建成功！

记住：这个模板就是你的「嵌入式瑞士军刀」。后面所有章节的代码，都基于这个框架扩展。

好，第一章就到这里。环境搭好了，框架有了，接下来我们就要深入调度器的核心——时间片轮转、优先级调度、状态机调度……一步步把裸机调度玩出花来。