將介紹 FreeRTOS 操作系統(tǒng)支持的任務(wù)調(diào)度方式：搶占式，時(shí)間片和合作式

1 關(guān)于合作式調(diào)度器的特別說(shuō)明?

????????合作式調(diào)度主要用在資源有限的設(shè)備上面，現(xiàn)在已經(jīng)很少使用了。出于這個(gè)原因，后面的?FreeRTOS 版本中不會(huì)將合作式調(diào)度刪除掉，但也不會(huì)再進(jìn)行升級(jí)了。

2 FreeRTOS 支持的調(diào)度方式?

????FreeRTOS 操作系統(tǒng)支持三種調(diào)度方式：搶占式調(diào)度，時(shí)間片調(diào)度和合作式調(diào)度。實(shí)際應(yīng)用主要是搶占式調(diào)度和時(shí)間片調(diào)度，合作式調(diào)度用到的很少。

◆ 搶占式調(diào)度?

????每個(gè)任務(wù)都有不同的優(yōu)先級(jí)，任務(wù)會(huì)一直運(yùn)行直到被高優(yōu)先級(jí)任務(wù)搶占或者遇到阻塞式的 API 函數(shù)， 比如 vTaskDelay。

◆ 時(shí)間片調(diào)度?

????每個(gè)任務(wù)都有相同的優(yōu)先級(jí)，任務(wù)會(huì)運(yùn)行固定的時(shí)間片個(gè)數(shù)或者遇到阻塞式的 API 函數(shù)，比如 vTaskDelay，才會(huì)執(zhí)行同優(yōu)先級(jí)任務(wù)之間的任務(wù)切換。

3 什么是調(diào)度器?

調(diào)度器就是使用相關(guān)的調(diào)度算法來(lái)決定當(dāng)前需要執(zhí)行的任務(wù)

????◆ 調(diào)度器可以區(qū)分就緒態(tài)任務(wù)和掛起任務(wù)（由于延遲，信號(hào)量等待，郵箱等待，事件組等待等原因而使得任務(wù)被掛起）。

????◆ 調(diào)度器可以選擇就緒態(tài)中的一個(gè)任務(wù)，然后激活它（通過(guò)執(zhí)行這個(gè)任務(wù)）。當(dāng)前正在執(zhí)行的任務(wù)是運(yùn)行態(tài)的任務(wù)。?

????◆ 不同調(diào)度器之間最大的區(qū)別就是如何分配就緒態(tài)任務(wù)間的完成時(shí)間。

????嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的核心就是調(diào)度器和任務(wù)切換，調(diào)度器的核心就是調(diào)度算法。任務(wù)切換的實(shí)現(xiàn)在 不同的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中區(qū)別不大，基本相同的硬件內(nèi)核架構(gòu)，任務(wù)切換也是相似的。調(diào)度算法就有些區(qū)別了。下面我們主要了解一下搶占式調(diào)度器和時(shí)間片調(diào)度器。

4 搶占式調(diào)度器?

搶占式：每個(gè)任務(wù)都被分配了不同的優(yōu)先級(jí)，搶占式調(diào)度器會(huì)獲得就緒列表中優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)，并運(yùn)行這個(gè)任務(wù)。

????如果用戶在 FreeRTOS 的配置文件 FreeRTOSConfig.h 中禁止使用時(shí)間片調(diào)度，那么每個(gè)任務(wù)必須配置不同的優(yōu)先級(jí)。

????當(dāng) FreeRTOS 多任務(wù)啟動(dòng)執(zhí)行后，基本會(huì)按照如下的方式去執(zhí)行：

◆ 首先執(zhí)行的最高優(yōu)先級(jí)的任務(wù) Task1，Task1 會(huì)一直運(yùn)行直到遇到系統(tǒng)阻塞式的 API 函數(shù)，比如延遲， 事件標(biāo)志等待，信號(hào)量等待，Task1 任務(wù)會(huì)被掛起，也就是釋放 CPU 的執(zhí)行權(quán)，讓低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)得到執(zhí)行。

◆ FreeRTOS 操作系統(tǒng)繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)就緒列表中下一個(gè)最高優(yōu)先級(jí)的任務(wù) Task2，Task2 執(zhí)行過(guò)程中有兩種情況：

????Task1由于延遲時(shí)間到，接收到信號(hào)量消息等方面的原因，使得Task1從掛起狀態(tài)恢復(fù)到就緒態(tài)， 在搶占式調(diào)度器的作用下，Task2 的執(zhí)行會(huì)被 Task1 搶占。?

????Task2 會(huì)一直運(yùn)行直到遇到系統(tǒng)阻塞式的 API 函數(shù)，比如延遲，事件標(biāo)志等待，信號(hào)量等待，Task2 任務(wù)會(huì)被掛起，繼而執(zhí)行就緒列表中下一個(gè)最高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)。

◆ 如果用戶創(chuàng)建了多個(gè)任務(wù)并且采用搶占式調(diào)度器的話，基本都是按照上面兩條來(lái)執(zhí)行。根據(jù)搶占式調(diào)度器，當(dāng)前的任務(wù)要么被高優(yōu)先級(jí)任務(wù)搶占，要么通過(guò)調(diào)用阻塞式 API 來(lái)釋放 CPU 使用權(quán)讓低優(yōu)先級(jí)任務(wù)執(zhí)行，沒(méi)有用戶任務(wù)執(zhí)行時(shí)就執(zhí)行空閑任務(wù)。

下面我們通過(guò)如下的框圖來(lái)說(shuō)明一下?lián)屨际秸{(diào)度在 FreeRTOS 中的運(yùn)行過(guò)程

運(yùn)行條件：?

◆ 這里僅對(duì)搶占式調(diào)度進(jìn)行說(shuō)明。?

◆ 創(chuàng)建 3 個(gè)任務(wù) Task1，Task2 和 Task3。?

◆ Task1 的優(yōu)先級(jí)為 1，Task2 的優(yōu)先級(jí)為 2，Task3 的優(yōu)先級(jí)為 3。

????FreeRTOS 操作系統(tǒng)是設(shè)置的數(shù)值 越小任務(wù)優(yōu)先級(jí)越低，故Task3 的優(yōu)先級(jí)最高，Task1 的優(yōu)先級(jí)最低。?

◆ 此框圖是 FreeRTOS 操作系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的一部分。

運(yùn)行過(guò)程描述如下：

◆ 此時(shí)任務(wù) Task1 在運(yùn)行中，運(yùn)行過(guò)程中由于 Task2 就緒，在搶占式調(diào)度器的作用下任務(wù) Task2 搶占Task1 的執(zhí)行。Task2 進(jìn)入到運(yùn)行態(tài)，Task1 由運(yùn)行態(tài)進(jìn)入到就緒態(tài)。

◆ 任務(wù) Task2 在運(yùn)行中，運(yùn)行過(guò)程中由于 Task3 就緒，在搶占式調(diào)度器的作用下任務(wù) Task3 搶占 Task2 的執(zhí)行。Task3 進(jìn)入到運(yùn)行態(tài)，Task2 由運(yùn)行態(tài)進(jìn)入到就緒態(tài)。

◆ 任務(wù) Task3 運(yùn)行過(guò)程中調(diào)用了阻塞式 API 函數(shù)，比如 vTaskDelay，任務(wù) Task3 被掛起，在搶占式調(diào) 度器的作用下查找到下一個(gè)要執(zhí)行的最高優(yōu)先級(jí)任務(wù)是 Task2，任務(wù) Task2 由就緒態(tài)進(jìn)入到運(yùn)行態(tài)。

◆ 任務(wù) Task2 在運(yùn)行中，運(yùn)行過(guò)程中由于 Task3 再次就緒，在搶占式調(diào)度器的作用下任務(wù) Task3 搶占 Task2 的執(zhí)行。Task3 進(jìn)入到運(yùn)行態(tài)，Task2 由運(yùn)行態(tài)進(jìn)入到就緒態(tài)。?

????上面就是一個(gè)簡(jiǎn)單的不同優(yōu)先級(jí)任務(wù)通過(guò)搶占式調(diào)度進(jìn)行任務(wù)調(diào)度和任務(wù)切換的過(guò)程。

5 時(shí)間片調(diào)度器

????在小型的嵌入式 RTOS 中，最常用的的時(shí)間片調(diào)度算法就是 Round-robin 調(diào)度算法。

????這種調(diào)度算法可以用于搶占式或者合作式的多任務(wù)中。另外，時(shí)間片調(diào)度適合用于不要求任務(wù)實(shí)時(shí)響應(yīng)的情況。 實(shí)現(xiàn) Round-robin 調(diào)度算法需要給同優(yōu)先級(jí)的任務(wù)分配一個(gè)專門(mén)的列表，用于記錄當(dāng)前就緒的任務(wù)， 并為每個(gè)任務(wù)分配一個(gè)時(shí)間片（也就是需要運(yùn)行的時(shí)間長(zhǎng)度，時(shí)間片用完了就進(jìn)行任務(wù)切換）

????在 FreeRTOS 操作系統(tǒng)中只有同優(yōu)先級(jí)任務(wù)才會(huì)使用時(shí)間片調(diào)度，另外還需要用戶在 FreeRTOSConfig.h 文件中使能宏定義： #define configUSE_TIME_SLICING ????1

????默認(rèn)情況下，此宏定義已經(jīng)在 FreeRTOS.h 文件里面使能了，用戶可以不用在 FreeRTOSConfig.h 文 件中再單獨(dú)使能。

下面我們通過(guò)如下的框圖來(lái)說(shuō)明一下時(shí)間片調(diào)度在 FreeRTOS 中的運(yùn)行過(guò)程

運(yùn)行條件：?

◆ 這里僅對(duì)時(shí)間片調(diào)度進(jìn)行說(shuō)明。

◆ 創(chuàng)建 4 個(gè)同優(yōu)先級(jí)任務(wù) Task1，Task2，Task3 和 Task4。

◆ 每個(gè)任務(wù)分配的時(shí)間片大小是 5 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘節(jié)拍。?

運(yùn)行過(guò)程描述如下：

◆ 先運(yùn)行任務(wù) Task1，運(yùn)行夠 5 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘節(jié)拍后，通過(guò)時(shí)間片調(diào)度切換到任務(wù) Task2。

◆ 任務(wù) Task2 運(yùn)行夠 5 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘節(jié)拍后，通過(guò)時(shí)間片調(diào)度切換到任務(wù) Task3。?

◆ 任務(wù) Task3 在運(yùn)行期間調(diào)用了阻塞式 API 函數(shù)，調(diào)用函數(shù)時(shí)，雖然 5 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘節(jié)拍的時(shí)間片大小還沒(méi)有用完，此時(shí)依然會(huì)通過(guò)時(shí)間片調(diào)度切換到下一個(gè)任務(wù) Task4。（注意，沒(méi)有用完的時(shí)間片不會(huì)再使用，下次任務(wù) Task3 得到執(zhí)行還是按照 5 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘節(jié)拍運(yùn)行）?

◆ 任務(wù) Task4 運(yùn)行夠 5 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘節(jié)拍后，通過(guò)時(shí)間片調(diào)度切換到任務(wù) Task1。

上面就是一個(gè)簡(jiǎn)單的同優(yōu)先級(jí)任務(wù)通過(guò)時(shí)間片調(diào)度進(jìn)行任務(wù)調(diào)度和任務(wù)切換的過(guò)程。

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