3. 任务调度机制：抢占式调度与时间片轮转

调度器，说白了就是RTOS的大脑。它决定哪个任务先跑，哪个任务后跑。我刚开始学FreeRTOS时，总觉得调度是个玄学。后来亲手调了几个项目，才摸清它的脾气。

这一节，我们重点聊三个东西：抢占式调度、时间片轮转，以及调度器的启动与挂起。最后我会带你看一个实战例子，观察不同优先级下任务的执行顺序。

3.1 抢占式调度：高优先级任务说了算

抢占式调度，是FreeRTOS最核心的调度方式。它的规则很简单：谁优先级高，谁先跑。

具体来说：

• 每个任务都有一个优先级，数值越大优先级越高（0是最低）。
• 当高优先级任务就绪时，它会立即抢占正在运行的低优先级任务。
• 被抢占的任务会被挂起，等下次轮到它时再继续执行。

我在项目中遇到过一个问题：一个低优先级的任务正在写Flash，突然被高优先级任务抢占了。结果Flash写入被中断，数据损坏了。嗯，这里要注意——临界区保护是必须的。后面讲同步机制时会细说。

3.2 时间片轮转：同优先级任务轮流跑

如果多个任务优先级相同，怎么办？这时候就轮到时间片轮转出场了。

时间片轮转的规则：

• 每个任务分配一个固定的时间片（通常1个tick，即1个系统时钟节拍）。
• 时间片用完后，任务自动让出CPU，切换到下一个同优先级任务。
• 如果所有同优先级任务都跑了一遍，再从头开始。

说白了，就是大家轮流用CPU，谁也别想独占。你想想看，如果没有时间片轮转，一个低优先级的任务可能永远得不到CPU——这叫饥饿。

3.3 调度器启动与挂起

调度器不是一上电就开始工作的。你需要手动启动它。同样，你也可以挂起它，暂时停止调度。

3.3.1 vTaskStartScheduler：启动调度器

vTaskStartScheduler() 是调度器的启动函数。调用它之后，FreeRTOS才开始管理任务。在这之前，所有任务都处于就绪态，但没人调度它们。

void main(void)
{
    // 创建任务
    xTaskCreate(task1, "Task1", 100, NULL, 1, NULL);
    xTaskCreate(task2, "Task2", 100, NULL, 2, NULL);

    // 启动调度器
    vTaskStartScheduler();

    // 永远不会执行到这里
    while(1);
}

注意：vTaskStartScheduler() 一旦调用，就不会返回。如果它返回了，说明内存不足，或者创建空闲任务失败了。我曾经踩过这个坑——堆栈设得太小，调度器启动失败，程序直接卡死。排查了半天才发现是configTOTAL_HEAP_SIZE设得太小。

3.3.2 vTaskSuspendAll：挂起调度器

有时候，你需要暂时停止调度。比如在临界区操作共享数据时，不希望被其他任务打断。这时候可以用vTaskSuspendAll()。

void critical_section(void)
{
    // 挂起调度器
    vTaskSuspendAll();

    // 执行临界区代码
    // 此时不会被其他任务抢占
    shared_data++;

    // 恢复调度器
    xTaskResumeAll();
}

3.4 空闲任务与钩子函数

当所有任务都阻塞或挂起时，CPU不能闲着。FreeRTOS会自动创建一个空闲任务，优先级为0（最低）。空闲任务的作用就是占着CPU，啥也不干。

但你可以利用空闲任务做点事——通过钩子函数。钩子函数是用户自定义的函数，在空闲任务每次循环时被调用。

void vApplicationIdleHook(void)
{
    // 空闲时进入低功耗模式
    __WFI();  // Wait For Interrupt
}

我在项目中常用空闲钩子做两件事：

• 进入低功耗模式：省电，适合电池供电设备。
• 统计CPU利用率：通过记录空闲任务运行的时间，反推CPU负载。

3.5 实战：观察不同优先级下的任务执行顺序

理论说完了，我们来动手。下面是一个简单的例子，创建两个任务，优先级不同，看看它们怎么跑。

void task1(void *pvParameters)
{
    while(1)
    {
        printf("Task1 running\n");
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
    }
}

void task2(void *pvParameters)
{
    while(1)
    {
        printf("Task2 running\n");
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
    }
}

void main(void)
{
    // 创建任务：task1优先级1，task2优先级2
    xTaskCreate(task1, "Task1", 100, NULL, 1, NULL);
    xTaskCreate(task2, "Task2", 100, NULL, 2, NULL);

    vTaskStartScheduler();
}

运行结果：

Task2 running
Task2 running
Task2 running
...（一直跑task2）
Task1 running  // 只有task2阻塞时，task1才能跑

为什么会这样？因为task2优先级更高，只要它就绪，就会抢占task1。task1只有在task2阻塞（比如调用vTaskDelay）时才有机会运行。

如果把两个任务优先级设为相同：

xTaskCreate(task1, "Task1", 100, NULL, 1, NULL);
xTaskCreate(task2, "Task2", 100, NULL, 1, NULL);

运行结果：

Task1 running
Task2 running
Task1 running
Task2 running
...（轮流跑）

这就是时间片轮转的效果。两个任务轮流执行，每个任务跑一个时间片后自动切换。

嗯，调度机制这块就聊到这儿。下一节我们会讲任务同步与通信，那是多任务编程的另一个核心。到时候见。