單片機如何實現同時運行多個任務調度機制？
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在嵌入式系統中，需要同時處理多個任務的需求非常普遍。本文將介紹如何在STM32芯片上實現多任務處理，通過合理的任務調度和管理，充分發揮芯片的性能，提高系統的靈活性和效率。下面介紹兩種多任務處理的實現方法：
本文引用地址：http://www.j9360.com/article/202501/466336.htm1. 時間片輪轉調度機制
時間片輪轉調度機制是利用定時器中斷來實現的。設置一個定時器，當定時器中斷發生時，切換到下一個任務的執行。下面是一個簡單的時間片輪轉調度機制的示例代碼：
? 定義不同的任務：定義任務的優先級、堆棧大小、維護一個任務列表，通過編寫調度器代碼，在合適的時機選擇下一個任務來執行。
#include "stm32fxxx.h"
// 定義任務的優先級
#define TASK1_PRIORITY 1
#define TASK2_PRIORITY 2
// 定義任務的堆棧大小
#define TASK_STACK_SIZE 128
// 定義任務堆棧空間
uint32_t task1_stack[TASK_STACK_SIZE];
uint32_t task2_stack[TASK_STACK_SIZE];
// 定義任務函數
void task1(void);
void task2(void);
// 定義任務控制塊結構
typedef struct {
uint32_t* stack_ptr;
} TaskControlBlock;
// 定義任務控制塊實例
TaskControlBlock tcb1;
TaskControlBlock tcb2;
// 定義當前任務指針
TaskControlBlock* current_task;
// 任務1的函數
void task1(void) {
while (1) {
// 任務1的處理邏輯
// 切換任務
__asm volatile("yield");
}
}
// 任務2的函數
void task2(void) {
while (1) {
// 任務2的處理邏輯
// 切換任務
__asm volatile("yield");
}
}? 定時器中斷：在中斷處理函數中切換任務，并保存當前任務的上下文（包括寄存器、堆棧等），然后加載下一個任務的上下文，使其開始執行。
// 定義定時器中斷處理函數
void TIM_IRQHandler(void) {
// 切換到下一個任務
if (current_task == &tcb1) {
current_task = &tcb2;
} else {
current_task = &tcb1;
}
// 加載下一個任務的堆棧指針
__asm volatile("mov sp, %0" ::"r"(current_task->stack_ptr));
}? 多個任務之間可能需要進行通信和共享資源。可以使用全局變量或其他同步機制來實現任務間的數據傳遞和資源共享。
int main() {
// 初始化任務控制塊
tcb1.stack_ptr = task1_stack + TASK_STACK_SIZE - 1;
tcb2.stack_ptr = task2_stack + TASK_STACK_SIZE - 1;
// 初始化定時器，設置定時器中斷
// 這里使用TIM3作為定時器，具體配置請根據實際情況進行修改
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);
// 初始化當前任務指針
current_task = &tcb1;
// 啟動任務1
task1();
while (1) {
// 主循環，任務在定時器中斷中切換
}
}這種簡單的多任務處理方式適用于較簡單的應用場景，但對于復雜的多任務應用，建議使用RTOS來提供更好的任務管理和調度機制。
2. 使用RTOS（實時操作系統）
RTOS是一種常用的多任務處理解決方案，它提供了任務調度和管理機制，簡化了多任務應用的開發。對于STM32芯片，常見的RTOS有FreeRTOS、uC/OS等。以下是實現多任務處理的基本步驟：
? 創建任務：使用RTOS的API，在應用程序中創建多個任務。每個任務都有自己的代碼和優先級。
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
// 創建任務
xTaskCreate(Task1, "Task1", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, 1, NULL);
xTaskCreate(Task2, "Task2", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, 2, NULL);
// 啟動調度器
vTaskStartScheduler();
// 代碼永遠不會執行到這里
while (1)
{
}
}? 內核參數：配置RTOS內核的一些參數，例如時鐘節拍和優先級。
int main(){
// 硬件初始化和其他配置
// 配置FreeRTOS內核
// 設置時鐘節拍
TickType_t tickRate = 1000 / configTICK_RATE_HZ;
TickTypeSet(tickRate);
// 配置優先級分組
NVIC_SetPriorityGrouping(0);
// 創建任務和啟動調度器
// ...
// 代碼永遠不會執行到這里
while (1)
{
}
}? 任務處理代碼：在任務的處理函數中，編寫任務的實際處理代碼。由于FreeRTOS采用搶占式調度，每個任務的處理函數應該是一個無限循環，確保任務不會結束。
void Task1(void* pvParameters){
while (1)
{
// Task1處理代碼
// 任務掛起一段時間，以便給其他任務執行機會
vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(100));
}
}
void Task2(void* pvParameters){
while (1)
{
// Task2處理代碼
// 任務掛起一段時間，以便給其他任務執行機會
vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(50));
}
}這是一個簡單的示例代碼，實現了兩個任務(Task1和Task2)，每個任務都在一個無限循環中執行自己的處理代碼，并使用vTaskDelay()函數掛起一段時間，以便給其他任務執行機會。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應用場景。
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