RTOS如何實(shí)現(xiàn)多任務(wù)？這篇文章告訴你答案

很多朋友長(zhǎng)時(shí)間使用裸機(jī)編程，切換過來學(xué)習(xí)RTOS，就對(duì)其中很多概念產(chǎn)生了誤解。

大部分人開始學(xué)習(xí)RTOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)時(shí)，對(duì)RTOS中的一些概念都不太理解。

一上來就是臨界段、調(diào)度、信號(hào)量、互斥鎖等這些概念，相信大部分都是是懵的。

不太懂這些概念很正常，一下子懂了，我倒反而覺得不正常。

1什么是多任務(wù)

這里大部分人應(yīng)該都是從裸機(jī)階段過來的，裸機(jī)系統(tǒng)一般也稱之為單任務(wù)系統(tǒng)、輪詢系統(tǒng)或前后臺(tái)系統(tǒng)。

這個(gè)概念相信大家都能明白，輪詢就是在一個(gè)大while循環(huán)里執(zhí)行。前后臺(tái)系統(tǒng)就是在執(zhí)行while時(shí)，有中斷（前臺(tái)）響應(yīng)的系統(tǒng)。

那么，什么是多任務(wù)呢？

當(dāng)多任務(wù)操作系統(tǒng)使用某種任務(wù)調(diào)度策略允許兩個(gè)或更多進(jìn)程并發(fā)共享一個(gè)處理器時(shí)，事實(shí)上處理器在某一時(shí)刻只會(huì)給一件任務(wù)提供服務(wù)。

因?yàn)槿蝿?wù)調(diào)度機(jī)制保證不同任務(wù)之間的切換速度十分迅速，因此給人多個(gè)任務(wù)同時(shí)運(yùn)行的錯(cuò)覺。

---來自百度百科

初學(xué)者可以理解為：有類似上面的多個(gè)輪詢系統(tǒng)。

如下代碼，將大while中的多項(xiàng)事情，分為幾個(gè)事情，分別處理。

這里就要牽涉到各個(gè)任務(wù)之間的切換：任務(wù)調(diào)度。

2任務(wù)調(diào)度

說任務(wù)調(diào)度之前，先說一插曲：

我開始學(xué)RTOS時(shí)，覺得CPU這么短時(shí)間（1ms）在各個(gè)任務(wù)之間來回切換，而且切換還需要執(zhí)行那么多代碼，這樣CPU還能執(zhí)行多少代碼啊？

其實(shí)，我當(dāng)時(shí)太低估了處理器的能力。

拿STM32F103跑72M來說，1ms時(shí)間可以執(zhí)行的代碼有多少，你們心里有概念嗎？

沿著這個(gè)問題，大家深思，其實(shí)都能明白，區(qū)區(qū)那切換（任務(wù)調(diào)度）的代碼對(duì)于CPU速度來說，可以忽略（當(dāng)然，這個(gè)相對(duì)）。

任務(wù)調(diào)度

任務(wù)調(diào)度可以分搶占調(diào)度和輪詢調(diào)度。

在RTOS中，為了使任務(wù)得到實(shí)時(shí)響應(yīng)，一般使用搶占調(diào)度方式，我們拿UCOS為例：

你會(huì)發(fā)現(xiàn)只程序執(zhí)行過程中，如果有高優(yōu)先級(jí)任務(wù)帶來，高優(yōu)先級(jí)任務(wù)就會(huì)打斷低優(yōu)先級(jí)任務(wù)。

直到高優(yōu)先級(jí)任務(wù)執(zhí)行完，低優(yōu)先級(jí)任務(wù)才得到相應(yīng)。

這里有人可能會(huì)問：如果高優(yōu)先級(jí)一直或者長(zhǎng)時(shí)間執(zhí)行可以嗎？

答案是：NO

這里就關(guān)系到任務(wù)優(yōu)先級(jí)分配，以及任務(wù)設(shè)計(jì)問題。

一般來說，高優(yōu)先級(jí)任務(wù)是在等待一個(gè)事件的觸發(fā)，執(zhí)行一件緊急，而不會(huì)太耗時(shí)的事情。

太耗時(shí)任務(wù)一般留給低優(yōu)先級(jí)任務(wù)，在系統(tǒng)不忙時(shí)慢慢處理。

調(diào)度過程

我們?cè)O(shè)置系統(tǒng)滴答為1ms時(shí)間，那么系統(tǒng)就會(huì)間隔1ms檢查一次就緒任務(wù)中優(yōu)先級(jí)更高的任務(wù)。

這個(gè)1ms滴答是由定時(shí)器中斷產(chǎn)生，一般像在STM32由內(nèi)核滴答定時(shí)器產(chǎn)生。

如上圖，他在（2）的位置就檢測(cè)到有更高優(yōu)先級(jí)任務(wù)（7）就緒，此時(shí)就會(huì)跳轉(zhuǎn)到任務(wù)（7）去執(zhí)行。