📚 课程目录第3章时间片轮转调度

3. 时间片轮转调度

任务定义

在RTOS中，当多个任务具有相同优先级时，需要一种机制让它们公平共享CPU。本案例基于FreeRTOS，创建两个同优先级任务，通过配置时间片轮转调度（Round-Robin），使两个任务按固定时间片交替执行。最终通过串口输出的任务执行序列，验证时间片轮转是否生效。

实现原理

FreeRTOS的调度器在以下两个条件同时满足时启用时间片轮转：① 宏configUSE_TIME_SLICING定义为1；② 多个任务处于同一优先级且均为就绪态。此时，每个任务运行一个时间片（由configTICK_RATE_HZ决定，默认1ms）后，调度器强制切换到同优先级的另一个就绪任务。若只有一个同优先级任务就绪，则时间片轮转不产生实际切换。

代码实现

// main.c
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "queue.h"

// 串口发送字符串（硬件相关，需根据平台实现）
extern void UART_SendString(const char *str);

// 两个同优先级任务：打印任务名后延时
void vTaskA(void *pvParameters) {
    for (;;) {
        UART_SendString("A\r\n");
        vTaskDelay(2);  // 主动让出CPU，但时间片轮转仍会生效
    }
}

void vTaskB(void *pvParameters) {
    for (;;) {
        UART_SendString("B\r\n");
        vTaskDelay(2);
    }
}

int main(void) {
    // 硬件初始化（时钟、UART等，略）
    
    // 创建两个同优先级任务（优先级均为1）
    xTaskCreate(vTaskA, "TaskA", 128, NULL, 1, NULL);
    xTaskCreate(vTaskB, "TaskB", 128, NULL, 1, NULL);
    
    // 启动调度器
    vTaskStartScheduler();
    
    // 正常不会执行到这里
    for (;;);
    return 0;
}

FreeRTOSConfig.h关键配置：

#define configUSE_PREEMPTION    1       // 抢占式调度
#define configUSE_TIME_SLICING  1       // 启用时间片轮转
#define configTICK_RATE_HZ      1000    // 时钟节拍1kHz，时间片=1ms
#define configMAX_PRIORITIES    5

时间片轮转执行时序

落地与验证

运行方式：将代码编译后烧录至目标板（如STM32F407），打开串口调试助手，波特率与UART_SendString实现一致（通常115200）。

观察现象：串口持续交替输出A和B，且输出序列呈现周期性交替，例如：

A
B
A
B
A
B
...

判定标准：

若串口输出为连续的A或B（长时间无交替），说明时间片轮转未生效——检查configUSE_TIME_SLICING是否为1，以及两个任务优先级是否确实相同。
若输出呈现A、B交替，但间隔不规律，可能原因是任务中vTaskDelay(2)导致任务主动阻塞，掩盖了时间片切换。可去掉vTaskDelay，改为空循环（如for(;;);），此时时间片轮转效果更明显——两个任务会严格按1ms时间片交替。
若将其中一个任务优先级改为2（高于另一个），则高优先级任务独占CPU，串口只输出高优先级任务内容，这反向验证了同优先级是时间片轮转的前提。

验证要点：本案例核心是验证configUSE_TIME_SLICING=1时，同优先级任务按时间片自动切换。若需更精确观测，可在任务切换点翻转GPIO并用逻辑分析仪测量，但串口输出已足以定性判断轮转是否生效。