实时控制与任务调度策略

📚 共计 30 章节

实时系统概述

定义、硬实时与软实时、工业控制/自动驾驶/航空航天应用

任务模型与状态

任务定义、就绪/运行/阻塞/挂起、TCB结构

状态机内核

调度算法基础

调度器职责、事件驱动/时间片、吞吐量/响应时间/截止时间

先来先服务 (FCFS)

算法原理、优缺点、适用场景、代码示例

非抢占队列

最短作业优先 (SJF)

非抢占/抢占、平均等待时间、饥饿与解决方案

优先级调度

静态/动态优先级、优先级反转、继承协议

时间片轮转 (RR)

时间片选择、上下文切换开销、公平性与实时性

多级队列调度

多级反馈队列、前台/后台、Linux O(1) 调度

速率单调调度 (RMS)

理论背景、可调度性、利用率上界 (Liu&Layland)

固定优先级上界

最早截止时间优先 (EDF)

动态优先级、最优性证明、过载处理

最小松弛度优先 (LLF)

松弛度计算、与EDF对比、实现复杂度

混合调度策略

RMS+EDF混合、Deferrable/Sporadic Server

服务器混合

资源访问协议

优先级天花板 (PCP)、立即天花板、堆栈资源协议 (SRP)

死锁与活锁

四个必要条件、预防/避免、银行家算法

死锁银行家

任务同步机制

信号量、互斥锁、条件变量、读写锁实时应用

中断处理与调度

中断优先级、嵌套、延迟/抖动、Linux上半部/下半部

时钟与定时器管理

系统滴答、高精度定时器(HRT)、定时器轮

RTOS内核架构

微/宏内核、RT-Linux、FreeRTOS、VxWorks对比

任务间通信

消息队列、共享内存、管道、信号实时场景

内存管理策略

静态/动态分配、伙伴系统、slab、内存碎片

功耗感知调度

DVS、DPM、节能调度算法

多核/多处理器调度

全局/分区调度、负载均衡、缓存亲和性

分布式实时调度

端到端延迟、CAN/TTEthernet、时间触发架构

分布式网络

实时系统建模与分析

RTA、WCET估算、工具使用

调度仿真与验证

Simulink/TrueTime仿真、形式化验证

工业控制调度实践

PLC扫描周期、I/O调度、运动控制Jerk限制

自动驾驶调度挑战

传感器融合、规划/控制管线、ASIL等级影响

航空航天调度

ARINC 653分区、时间/空间隔离、IMA架构

调度性能调优

Profiling工具、调度延迟优化、内核参数调整

AI辅助调度、自适应调度、Rust实时应用