📚 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，使两个任务按固定时间片交替执行，并通过串口输出观察调度行为。

时间片轮转原理

FreeRTOS的调度器在Tick中断触发时检查当前任务是否用完了其时间片（由configTICK_RATE_HZ和configUSE_TIME_SLICING决定）。若同优先级就绪队列中存在其他任务，则切换到下一个任务。时间片长度等于一个Tick周期。本案例中两个任务优先级均为1，各自在循环中打印执行计数，通过串口输出可观察到两个任务交替打印。

代码实现

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

// 两个任务共享的打印互斥量（可选，用于避免串口输出交错）
static SemaphoreHandle_t xPrintMutex;

// 任务1：打印 'A' 及其执行次数
static void vTaskA(void *pvParameters) {
    uint32_t ulCount = 0;
    for (;;) {
        xSemaphoreTake(xPrintMutex, portMAX_DELAY);
        printf("Task A: %lu\r\n", (unsigned long)ulCount++);
        xSemaphoreGive(xPrintMutex);
        // 空循环，让任务持续占用CPU直到时间片耗尽
        for (volatile uint32_t i = 0; i < 10000; i++);
    }
}

// 任务2：打印 'B' 及其执行次数
static void vTaskB(void *pvParameters) {
    uint32_t ulCount = 0;
    for (;;) {
        xSemaphoreTake(xPrintMutex, portMAX_DELAY);
        printf("Task B: %lu\r\n", (unsigned long)ulCount++);
        xSemaphoreGive(xPrintMutex);
        for (volatile uint32_t i = 0; i < 10000; i++);
    }
}

int main(void) {
    // 硬件初始化（时钟、串口等，由平台相关代码提供）
    prvSetupHardware();

    // 创建打印互斥量
    xPrintMutex = xSemaphoreCreateMutex();

    // 创建两个同优先级任务（优先级均为1）
    xTaskCreate(vTaskA, "TaskA", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, 1, NULL);
    xTaskCreate(vTaskB, "TaskB", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, 1, NULL);

    // 启动调度器
    vTaskStartScheduler();

    // 正常不会到达这里
    for (;;);
    return 0;
}

FreeRTOSConfig.h 关键配置

#define configUSE_PREEMPTION    1       // 使能抢占式调度
#define configUSE_TIME_SLICING  1       // 使能时间片轮转（默认开启）
#define configTICK_RATE_HZ      ( 1000 ) // Tick频率1kHz，时间片=1ms
#define configMAX_PRIORITIES    5

时间片调度时序

构建与运行

依赖：FreeRTOS内核源码（V10.x及以上），平台相关移植文件（如STM32、QEMU等），以及可用的串口打印函数printf重定向。
编译：将main.c加入工程，确保FreeRTOSConfig.h中configUSE_TIME_SLICING为1，configTICK_RATE_HZ设为1000。
运行：烧录或启动系统，打开串口终端（波特率与平台匹配，通常115200）。

验证方法与判定标准

验证步骤：

观察串口输出，应看到Task A和Task B交替打印，且各自计数递增。
统计连续打印次数：在1秒内（约1000个Tick），Task A和Task B各打印约500次（允许±10%误差，因printf耗时影响）。
若将configUSE_TIME_SLICING改为0，则两个任务不再交替，一个任务会持续独占CPU（除非被更高优先级任务抢占或阻塞），此时只能看到单个任务持续打印。

判定标准：串口输出中Task A与Task B交替出现，且每个任务打印计数单调递增，无卡死或异常跳变，即证明时间片轮转调度生效。