單片機如何實(shí)現同時(shí)運行多個(gè)任務(wù)調度機制？
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在嵌入式系統中，需要同時(shí)處理多個(gè)任務(wù)的需求非常普遍。本文將介紹如何在STM32芯片上實(shí)現多任務(wù)處理，通過(guò)合理的任務(wù)調度和管理，充分發(fā)揮芯片的性能，提高系統的靈活性和效率。下面介紹兩種多任務(wù)處理的實(shí)現方法：
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/202501/466336.htm1. 時(shí)間片輪轉調度機制
時(shí)間片輪轉調度機制是利用定時(shí)器中斷來(lái)實(shí)現的。設置一個(gè)定時(shí)器，當定時(shí)器中斷發(fā)生時(shí)，切換到下一個(gè)任務(wù)的執行。下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的時(shí)間片輪轉調度機制的示例代碼：
? 定義不同的任務(wù)：定義任務(wù)的優(yōu)先級、堆棧大小、維護一個(gè)任務(wù)列表，通過(guò)編寫(xiě)調度器代碼，在合適的時(shí)機選擇下一個(gè)任務(wù)來(lái)執行。
#include "stm32fxxx.h"
// 定義任務(wù)的優(yōu)先級
#define TASK1_PRIORITY 1
#define TASK2_PRIORITY 2
// 定義任務(wù)的堆棧大小
#define TASK_STACK_SIZE 128
// 定義任務(wù)堆?？臻g
uint32_t task1_stack[TASK_STACK_SIZE];
uint32_t task2_stack[TASK_STACK_SIZE];
// 定義任務(wù)函數
void task1(void);
void task2(void);
// 定義任務(wù)控制塊結構
typedef struct {
uint32_t* stack_ptr;
} TaskControlBlock;
// 定義任務(wù)控制塊實(shí)例
TaskControlBlock tcb1;
TaskControlBlock tcb2;
// 定義當前任務(wù)指針
TaskControlBlock* current_task;
// 任務(wù)1的函數
void task1(void) {
while (1) {
// 任務(wù)1的處理邏輯
// 切換任務(wù)
__asm volatile("yield");
}
}
// 任務(wù)2的函數
void task2(void) {
while (1) {
// 任務(wù)2的處理邏輯
// 切換任務(wù)
__asm volatile("yield");
}
}? 定時(shí)器中斷：在中斷處理函數中切換任務(wù)，并保存當前任務(wù)的上下文（包括寄存器、堆棧等），然后加載下一個(gè)任務(wù)的上下文，使其開(kāi)始執行。
// 定義定時(shí)器中斷處理函數
void TIM_IRQHandler(void) {
// 切換到下一個(gè)任務(wù)
if (current_task == &tcb1) {
current_task = &tcb2;
} else {
current_task = &tcb1;
}
// 加載下一個(gè)任務(wù)的堆棧指針
__asm volatile("mov sp, %0" ::"r"(current_task->stack_ptr));
}? 多個(gè)任務(wù)之間可能需要進(jìn)行通信和共享資源?？梢允褂萌肿兞炕蚱渌綑C制來(lái)實(shí)現任務(wù)間的數據傳遞和資源共享。
int main() {
// 初始化任務(wù)控制塊
tcb1.stack_ptr = task1_stack + TASK_STACK_SIZE - 1;
tcb2.stack_ptr = task2_stack + TASK_STACK_SIZE - 1;
// 初始化定時(shí)器，設置定時(shí)器中斷
// 這里使用TIM3作為定時(shí)器，具體配置請根據實(shí)際情況進(jìn)行修改
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_InitStruct;
TIM_InitStruct.TIM_Prescaler = 1000;
TIM_InitStruct.TIM_Period = 1000;
TIM_InitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_InitStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_InitStruct);
TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_Update, ENABLE);
NVIC_EnableIRQ(TIM3_IRQn);
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
// 初始化當前任務(wù)指針
current_task = &tcb1;
// 啟動(dòng)任務(wù)1
task1();
while (1) {
// 主循環(huán)，任務(wù)在定時(shí)器中斷中切換
}
}這種簡(jiǎn)單的多任務(wù)處理方式適用于較簡(jiǎn)單的應用場(chǎng)景，但對于復雜的多任務(wù)應用，建議使用RTOS來(lái)提供更好的任務(wù)管理和調度機制。
2. 使用RTOS（實(shí)時(shí)操作系統）
RTOS是一種常用的多任務(wù)處理解決方案，它提供了任務(wù)調度和管理機制，簡(jiǎn)化了多任務(wù)應用的開(kāi)發(fā)。對于STM32芯片，常見(jiàn)的RTOS有FreeRTOS、uC/OS等。以下是實(shí)現多任務(wù)處理的基本步驟：
? 創(chuàng )建任務(wù)：使用RTOS的API，在應用程序中創(chuàng )建多個(gè)任務(wù)。每個(gè)任務(wù)都有自己的代碼和優(yōu)先級。
void Task1(void* pvParameters){
while (1)
{
// Task1處理代碼
}
}
void Task2(void* pvParameters){
while (1)
{
// Task2處理代碼
}
}
int main(){
// 硬件初始化和其他配置
// 創(chuàng )建任務(wù)
xTaskCreate(Task1, "Task1", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, 1, NULL);
xTaskCreate(Task2, "Task2", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, 2, NULL);
// 啟動(dòng)調度器
vTaskStartScheduler();
// 代碼永遠不會(huì )執行到這里
while (1)
{
}
}? 內核參數：配置RTOS內核的一些參數，例如時(shí)鐘節拍和優(yōu)先級。
int main(){
// 硬件初始化和其他配置
// 配置FreeRTOS內核
// 設置時(shí)鐘節拍
TickType_t tickRate = 1000 / configTICK_RATE_HZ;
TickTypeSet(tickRate);
// 配置優(yōu)先級分組
NVIC_SetPriorityGrouping(0);
// 創(chuàng )建任務(wù)和啟動(dòng)調度器
// ...
// 代碼永遠不會(huì )執行到這里
while (1)
{
}
}? 任務(wù)處理代碼：在任務(wù)的處理函數中，編寫(xiě)任務(wù)的實(shí)際處理代碼。由于FreeRTOS采用搶占式調度，每個(gè)任務(wù)的處理函數應該是一個(gè)無(wú)限循環(huán)，確保任務(wù)不會(huì )結束。
void Task1(void* pvParameters){
while (1)
{
// Task1處理代碼
// 任務(wù)掛起一段時(shí)間，以便給其他任務(wù)執行機會(huì )
vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(100));
}
}
void Task2(void* pvParameters){
while (1)
{
// Task2處理代碼
// 任務(wù)掛起一段時(shí)間，以便給其他任務(wù)執行機會(huì )
vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(50));
}
}這是一個(gè)簡(jiǎn)單的示例代碼，實(shí)現了兩個(gè)任務(wù)(Task1和Task2)，每個(gè)任務(wù)都在一個(gè)無(wú)限循環(huán)中執行自己的處理代碼，并使用vTaskDelay()函數掛起一段時(shí)間，以便給其他任務(wù)執行機會(huì )。使用RTOS可以提供較高的可靠性和靈活性，適用于復雜的多任務(wù)應用場(chǎng)景。
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