第三章：任务创建与管理

任务管理，说白了就是RTOS的心脏。你想想看，一个实时系统里跑着十几个甚至几十个任务，怎么让它们井井有条地工作？这就得靠任务控制块、状态机、优先级这些核心机制来撑腰。

我个人习惯把任务管理比作一个公司的员工管理。每个员工（任务）都有自己的档案（任务控制块），有自己当前的状态（上班、休息、请假），还有自己的职级（优先级）。老板（内核）根据这些信息来调度大家干活。

3.1 任务控制块（TCB）—— 任务的身份证

任务控制块，简称TCB。每个任务创建时，内核都会给它分配一个TCB。这里面存了什么？我列给你看：

• 任务栈指针：指向任务自己的栈空间，保存局部变量和函数调用信息
• 任务状态：当前处于就绪、运行、阻塞还是挂起
• 优先级：数字越小优先级越高，还是反过来？各家RTOS定义不同
• 任务名称：调试时用的，方便你认出是哪个任务
• 任务入口函数：任务启动后执行的函数指针
• 延时计数器：任务要睡多久才醒

我在项目中遇到过一个问题：有个同事把TCB结构体定义得特别大，里面塞了一堆调试信息。结果呢？每个任务多占几十字节，系统里跑了50个任务，内存直接炸了。嗯，这里要注意——TCB要精简，够用就行。

下面是一个典型的TCB结构体定义：

typedef struct tcb {
    uint32_t    *stack_ptr;      // 当前栈指针
    uint32_t    *stack_base;     // 栈底地址
    uint32_t     stack_size;     // 栈大小（字节）
    uint8_t      priority;       // 任务优先级（0最高）
    uint8_t      state;          // 任务状态
    char         name[16];       // 任务名称
    void       (*entry)(void*);  // 入口函数
    void        *arg;            // 入口参数
    uint32_t     delay_ticks;    // 延时计数
    struct tcb  *next;           // 链表指针
} tcb_t;

3.2 任务状态机 —— 任务的一生

任务不是一直在跑的。它会在几个状态之间跳来跳去。我画了一张图，你看一眼就明白了：

这张图里，四个状态之间的转换逻辑很清楚。我重点说一下几个容易搞混的地方：

• 就绪态 → 运行态：调度器选中了优先级最高的就绪任务
• 运行态 → 就绪态：时间片到了，或者有更高优先级的任务抢占了
• 运行态 → 阻塞态：任务主动调用延时、等待信号量、等待消息队列
• 阻塞态 → 就绪态：等待的条件满足了，比如延时结束、信号量释放
• 运行态 → 挂起态：被其他任务或中断强制挂起
• 挂起态 → 就绪态：被其他任务恢复

3.3 任务优先级 —— 谁先谁后

优先级是RTOS调度决策的核心依据。我见过太多人在这上面栽跟头了。

先说两种常见的优先级策略：

策略类型	说明	典型RTOS
固定优先级	每个任务创建时指定优先级，运行中不变	FreeRTOS、uC/OS-II
动态优先级	优先级可以运行时调整，防止优先级反转	VxWorks、RT-Thread

优先级设计有几个原则，我踩过的坑都列出来：

• 实时性要求高的任务给高优先级：比如电机控制、传感器采集
• 避免优先级反转：低优先级任务占着高优先级任务需要的资源，这事我遇到过好几次
• 不要所有任务都用同一个优先级：那跟裸机轮询有什么区别？
• 优先级数量要合理：32级够用，256级有点浪费

3.4 任务创建与删除

任务创建，就是告诉内核：嘿，我要跑一个新任务了。内核会分配TCB、分配栈空间、把任务加入就绪队列。

创建任务的典型流程：

1. 分配TCB内存（静态或动态）
2. 分配任务栈空间
3. 初始化栈帧（模拟一次中断返回的现场）
4. 设置任务优先级、名称等属性
5. 把任务加入就绪队列

代码示例：

// 任务入口函数
void led_task(void *arg) {
    while(1) {
        GPIO_Toggle(LED_PIN);
        delay_ms(500);
    }
}

// 创建任务
tcb_t *task_tcb;
uint32_t task_stack[512];

task_tcb = task_create(
    "led_task",          // 任务名称
    led_task,            // 入口函数
    NULL,                // 参数
    task_stack,          // 栈空间
    sizeof(task_stack),  // 栈大小
    5                    // 优先级
);

if (task_tcb == NULL) {
    // 创建失败，处理错误
    error_handler();
}

删除任务呢？就是把任务从所有队列中移除，回收TCB和栈空间。但要注意：

3.5 任务挂起与恢复

挂起和恢复，是任务管理的两个重要操作。挂起让任务暂停运行，恢复让它重新参与调度。

挂起操作的内部流程：

• 检查任务是否在运行态或就绪态
• 如果是运行态，触发一次调度，让出CPU
• 把任务状态改为挂起态
• 从就绪队列中移除

恢复操作的内部流程：

• 检查任务是否在挂起态
• 把任务状态改为就绪态
• 加入就绪队列
• 如果恢复的任务优先级更高，触发调度

代码示例：

// 挂起任务
void task_suspend(tcb_t *tcb) {
    if (tcb->state == STATE_RUNNING || tcb->state == STATE_READY) {
        tcb->state = STATE_SUSPENDED;
        remove_from_ready_queue(tcb);
        
        // 如果挂起的是当前任务，触发调度
        if (tcb == current_task) {
            schedule();
        }
    }
}

// 恢复任务
void task_resume(tcb_t *tcb) {
    if (tcb->state == STATE_SUSPENDED) {
        tcb->state = STATE_READY;
        add_to_ready_queue(tcb);
        
        // 如果恢复的任务优先级更高，触发调度
        if (tcb->priority < current_task->priority) {
            schedule();
        }
    }
}

3.6 实战经验总结

讲了这么多，我总结几条实战中容易踩的坑：

• 栈空间别给太少：我见过一个任务栈溢出，把隔壁任务的TCB给覆盖了，查了两天才找到原因
• 优先级别设太高：中断服务程序里别创建任务，优先级反转要处理
• 删除任务要小心：确保任务没有持有互斥锁、信号量等资源
• 挂起任务别太久：挂起时间太长，其他任务等它的资源会饿死

嗯，任务创建与管理这块，说白了就是三板斧：TCB存信息、状态机管状态、优先级定顺序。把这三点吃透了，RTOS的任务管理你就掌握了八成。