📚 课程目录第3章任务管理与调度

第三章任务管理与调度：让多个任务有序运行

任务管理，说白了就是RTOS的「交警」。它决定哪个任务先跑、哪个任务等着、哪个任务该睡觉。我刚开始接触RTOS时，总觉得任务调度不就是个循环吗？后来在项目中吃了亏才明白——调度策略选错了，系统可能直接崩掉。

这一章，我们重点聊三个东西：任务状态机、任务创建/删除/挂起/恢复、调度策略。嗯，都是实战中天天要用的。

3.1 任务状态机：任务的一生

每个任务在RTOS里都有生命周期。不是简单的「跑或不跑」，而是有多个状态。我习惯把任务状态机画成一张图，贴在工位上。你想想看，一个任务从创建到销毁，会经历哪些状态？

核心状态（以FreeRTOS为例）：

就绪（Ready）：任务已就绪，只等CPU分配时间片
运行（Running）：任务正在占用CPU
阻塞（Blocked）：任务在等待某个事件（延时、信号量、队列等）
挂起（Suspended）：任务被显式挂起，不参与调度

我的经验：调试任务卡死时，先查任务状态。如果任务一直处于就绪但不运行，大概率是优先级问题；如果任务卡在阻塞状态，检查它等的事件有没有人发。

3.2 任务创建与删除

任务创建是RTOS的起点。每个任务都需要一个独立的栈空间和任务控制块（TCB）。我见过不少新手把栈开得特别大，结果内存不够用。其实栈大小要根据任务的实际调用深度来算。

3.2.1 任务创建

// FreeRTOS 任务创建示例
void vTaskFunction(void *pvParameters) {
    // 任务主体，通常是一个死循环
    for (;;) {
        // 做任务该做的事
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(100));  // 延时100ms
    }
}

void main(void) {
    TaskHandle_t xTaskHandle = NULL;
    
    // 创建任务
    xTaskCreate(
        vTaskFunction,      // 任务函数指针
        "Task1",            // 任务名称（调试用）
        256,                // 栈深度（单位：字，不是字节）
        NULL,               // 任务参数
        2,                  // 优先级（数值越大优先级越高）
        &xTaskHandle        // 任务句柄（可选）
    );
    
    // 启动调度器
    vTaskStartScheduler();
}

注意：任务函数绝对不能返回！如果函数执行完毕，系统会调用vTaskDelete(NULL)自行删除任务。但如果你在任务里用了return，后果很严重——系统会崩溃。我曾经在一个项目里犯过这个错，排查了两天才找到原因。

3.2.2 任务删除

任务删除有两种场景：任务自己删除自己，或者别的任务删除它。我建议尽量让任务自己结束生命周期，这样更安全。

// 任务自己删除自己
void vTaskFunction(void *pvParameters) {
    for (;;) {
        if (/* 任务完成条件 */) {
            vTaskDelete(NULL);  // 传入NULL表示删除自己
        }
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(10));
    }
}

// 其他任务删除此任务
void vOtherTask(void *pvParameters) {
    // 假设xTaskHandle是全局的
    if (xTaskHandle != NULL) {
        vTaskDelete(xTaskHandle);
        xTaskHandle = NULL;  // 记得置空，防止野指针
    }
}

避坑指南：删除任务后，任务占用的栈空间会被回收，但任务申请的动态内存（如malloc）不会自动释放。我曾经在删除任务前忘了释放一块缓冲区，结果内存泄漏，系统跑了三天后挂了。所以，删除前记得清理资源。

3.3 任务挂起与恢复

挂起和阻塞不一样。阻塞是任务主动等待事件，挂起是外部强制让任务「睡觉」。挂起的任务不参与调度，直到被显式恢复。

操作	API函数	说明
挂起任务	vTaskSuspend(TaskHandle_t)	任务进入挂起状态，不参与调度
恢复任务	vTaskResume(TaskHandle_t)	任务从挂起状态回到就绪状态
从中断恢复	xTaskResumeFromISR(TaskHandle_t)	在中断服务函数中恢复任务

// 挂起与恢复示例
TaskHandle_t xSensorTaskHandle = NULL;

void vSensorTask(void *pvParameters) {
    for (;;) {
        // 读取传感器数据
        uint32_t sensor_val = read_sensor();
        process_data(sensor_val);
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(50));
    }
}

void vControlTask(void *pvParameters) {
    for (;;) {
        // 某些条件下挂起传感器任务
        if (/* 省电模式 */) {
            vTaskSuspend(xSensorTaskHandle);
        }
        
        // 条件满足时恢复
        if (/* 退出省电模式 */) {
            vTaskResume(xSensorTaskHandle);
        }
        
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
    }
}

关键区别：

阻塞：任务自己调用延时或等待事件，可以设置超时
挂起：外部强制暂停任务，没有超时机制，必须显式恢复

3.4 调度策略：谁先跑？跑多久？

调度策略是RTOS的核心。选错了，系统响应慢；选对了，任务切换丝滑。我见过有人把优先级设得乱七八糟，结果高优先级任务一直占着CPU，低优先级任务饿死了。

3.4.1 优先级抢占调度

这是最常用的调度策略。每个任务有一个优先级，数值越大优先级越高。调度器永远运行当前就绪态中优先级最高的任务。

举个例子：

// 三个任务，优先级不同
void vHighTask(void *pvParameters) {  // 优先级 3
    for (;;) {
        // 高优先级任务
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(100));
    }
}

void vMidTask(void *pvParameters) {   // 优先级 2
    for (;;) {
        // 中等优先级任务
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(200));
    }
}

void vLowTask(void *pvParameters) {   // 优先级 1
    for (;;) {
        // 低优先级任务
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));
    }
}

运行逻辑是这样的：

三个任务都就绪时，vHighTask先跑
vHighTask阻塞（延时）后，vMidTask跑
vMidTask阻塞后，vLowTask跑
vHighTask延时结束，立即抢占当前任务

优先级反转：这是抢占式调度的经典问题。低优先级任务持有高优先级任务需要的资源，导致高优先级任务被阻塞。我曾经在一个电机控制项目里遇到这个问题，电机响应延迟了200ms，差点把设备烧了。解决方案是优先级继承或使用互斥量（Mutex）。

3.4.2 时间片轮转调度

同优先级任务之间，用时间片轮转。每个任务跑一个固定时间片（通常是1-10ms），时间到了就切换到下一个同优先级任务。

特性	优先级抢占	时间片轮转
适用场景	任务优先级差异明显	同优先级任务需要公平调度
CPU分配	高优先级任务优先	同优先级任务均分时间
实时性	高（响应快）	中等（取决于时间片大小）
典型配置	configUSE_PREEMPTION = 1	configUSE_TIME_SLICING = 1

// FreeRTOSConfig.h 中的调度配置
#define configUSE_PREEMPTION    1   // 启用抢占式调度
#define configUSE_TIME_SLICING  1   // 启用时间片轮转
#define configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION 1  // 硬件优化任务选择

我的建议：大多数嵌入式系统用优先级抢占就够了。时间片轮转适合那些没有明显优先级差异、但都需要公平CPU时间的任务。比如，多个数据采集任务，优先级相同，用时间片轮转让它们轮流采集。

3.5 实战中的调度策略选择

选调度策略，说白了就是回答两个问题：

任务之间有没有明确的优先级关系？有 -> 用抢占式
同优先级任务需要公平调度吗？需要 -> 开启时间片轮转

我做过一个物联网网关项目，里面有三种任务：

通信任务（优先级5）：处理网络数据，要求低延迟
传感器任务（优先级3）：采集数据，可以容忍一定延迟
日志任务（优先级1）：写SD卡，不着急

这种场景，抢占式调度是唯一选择。通信任务必须优先响应，否则丢包。日志任务优先级最低，有空再写。

总结一下调度策略的核心原则：

实时性要求高的任务，给高优先级
同优先级任务，用时间片轮转保证公平
避免优先级反转，用互斥量或优先级继承
不要把所有任务都设成同一个优先级——那就成裸机轮询了

嗯，任务管理和调度这块，说难不难，说简单也不简单。关键是多动手、多调试。我刚开始用RTOS时，光任务状态就调了好几个晚上。但一旦理解了状态机的流转逻辑，后面就顺了。

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第三章 任务管理与调度：让多个任务有序运行

3.1 任务状态机：任务的一生

3.2 任务创建与删除

3.2.1 任务创建

3.2.2 任务删除

3.3 任务挂起与恢复

3.4 调度策略：谁先跑？跑多久？

3.4.1 优先级抢占调度

3.4.2 时间片轮转调度

3.5 实战中的调度策略选择

第三章任务管理与调度：让多个任务有序运行