1. 飞控系统实时任务全景

飞控计算机（Flight Control Computer, FCC）本质上是一台硬实时嵌入式系统。它必须在严格的时间窗口内完成"感知—解算—输出"的闭环，任何一次超时都可能直接转化为姿态偏差、舵面抖动甚至失控。理解飞控实时任务，第一步不是看代码，而是把整条任务链在时间轴上摊开：谁在什么时候被触发、谁依赖谁的数据、谁的截止期最紧。

一、完整任务链的四个环节

典型的固定翼或多旋翼飞控，其闭环任务链可以拆成四个环节，每个环节都有明确的输入、输出与时间属性：

• 传感器采样：IMU（陀螺+加速度计）以 1 kHz～8 kHz 采样，磁力计、气压计、GPS 频率低得多（10 Hz～200 Hz）。采样任务通常由硬件中断或定时器触发，属于周期任务。
• 状态估计：把原始角速度、比力、磁、气压融合成姿态角、角速率、位置、速度。常用互补滤波或 EKF，运行频率与 IMU 对齐（如 1 kHz 或降频到 500 Hz）。
• 控制律解算：根据期望姿态/位置与实际状态的偏差，经 PID 或 LQR 计算出舵面/电机指令。这是闭环的"大脑"，频率通常 250 Hz～1 kHz。
• 执行机构输出：PWM/DShot/CAN 输出到电调或舵机，频率 50 Hz～500 Hz，且要求抖动极小，否则舵机会发出可闻噪声并加速磨损。

这四个环节并非简单串联：状态估计依赖采样，控制律依赖状态估计，输出依赖控制律，但采样中断可能随时抢占正在运行的低优先级任务。因此任务链在时间上表现为周期性触发 + 优先级抢占的叠加。

二、周期任务、偶发任务与硬实时约束

飞控中的任务按触发方式可分为三类：

硬实时约束的含义是：任务必须在截止期前完成，否则系统判定为失败。对控制律任务而言，若某周期未在截止期内输出，则该周期舵面指令缺失，等效于一次控制中断。工程上通常要求控制律任务的最坏执行时间（WCET）不超过周期的 30%～50%，为抖动和抢占留出余量。

三、任务链的时序关系图

下图把上述任务链在时间轴上的触发、依赖与截止期关系可视化。图中横向为时间，纵向为任务，箭头表示数据依赖，虚线表示截止期。

从图中可以读出三个关键事实：第一，采样与解算频率最高，控制律次之，输出再次之，形成降频链；第二，控制律的截止期（红色虚线）落在其启动后 2 ms 内，若被遥控解析等偶发任务抢占，就可能超时；第三，偶发任务（红色块）没有固定位置，必须用优先级或时间预算加以约束。

四、硬实时约束下的设计要点

要让这条任务链稳定运行，工程上通常遵循以下原则：

1. 频率分层：采样与解算用最高优先级中断，控制律用次高优先级周期任务，输出用中等优先级，通信与日志用最低优先级。避免低优先级任务长时间占用 CPU。
2. WCET 预算：对每个任务测量最坏执行时间，确保所有硬实时任务的 WCET 之和不超过其周期总和的 70%。
3. 抖动控制：PWM 输出的抖动应小于 1% 周期。若抖动过大，可把输出放在定时器中断中直接触发，而非等待任务调度。
4. 偶发任务限流：遥控解析、GPS 解析等偶发任务应设置最大执行时间或消息队列长度，防止突发流量挤占控制律。