3. 任务调度基础：单速率任务、多速率任务、任务优先级与抢占
好，咱们今天聊聊任务调度。这是实时系统的核心，也是很多初学者容易踩坑的地方。
我记得刚接触dSPACE那会儿，总觉得任务调度不就是让几个函数轮流跑嘛，有什么难的？结果第一次做多速率项目，系统直接跑飞了。嗯，从那以后我再也不敢小看调度了。
3.1 单速率任务：最朴素的调度方式
单速率任务，说白了就是所有任务都按同一个频率执行。比如你有一个控制循环，固定每1ms跑一次。这就是单速率。
在dSPACE的RTI（Real-Time Interface）里，单速率任务通常对应一个定时器中断。你设置好周期，系统到点就触发。
核心特点：
- 所有任务共享同一个时间基准
- 任务执行顺序固定，没有优先级竞争
- 实现简单，适合功能单一的系统
我个人的习惯是，如果系统功能简单，比如就一个传感器采集加一个控制输出，我肯定用单速率。省心，不容易出幺蛾子。
但单速率有个硬伤：如果某个任务执行时间超过了周期，系统就崩了。你想想看，一个1ms的任务跑了2ms，下一个周期来了怎么办？
注意：单速率任务必须满足：最坏情况执行时间（WCET） < 任务周期。这是硬约束，没得商量。
3.2 多速率任务：现实世界的常态
实际项目中，很少有只用单速率的。比如一个汽车ECU，发动机控制要1kHz，车身控制100Hz就够了，诊断任务可能1Hz跑一次。这就必须用多速率。
多速率任务，就是不同任务按不同频率执行。在dSPACE里，你可以为每个任务单独设置周期。
| 任务类型 | 典型周期 | 优先级 |
|---|---|---|
| 发动机控制 | 1ms | 最高 |
| 变速箱控制 | 5ms | 高 |
| 车身控制 | 10ms | 中 |
| 诊断任务 | 1000ms | 低 |
这里有个坑：不同速率的任务之间怎么交换数据？我曾经见过一个项目，高速任务和低速任务共用一个全局变量，结果数据读到一半被覆盖了。嗯，这就是典型的资源竞争问题。
我的建议：多速率任务之间用双缓冲或者消息队列。别图省事直接用全局变量，血的教训。
3.3 任务优先级：谁说了算？
多速率任务多了，总得有个先后顺序。这就是优先级的作用。
在dSPACE的实时系统中，优先级通常用数字表示，数字越小优先级越高。比如优先级1的任务，永远比优先级2的任务先执行。
但优先级不是越高越好。我见过有人把所有任务都设成最高优先级，结果系统一直在处理高优先级任务，低优先级的永远没机会跑。这叫优先级反转，或者叫饿死。
优先级设置原则：
- 时间关键的任务给高优先级（比如安全相关的控制）
- 周期短的任务给高优先级（因为来不及等）
- 非关键、周期长的任务给低优先级
举个例子：一个安全气囊控制器，触发信号来了必须在1ms内响应。这种任务优先级必须最高。而一个仪表盘显示任务，晚个几十毫秒没人管你，优先级设低点就行。
3.4 抢占：高优先级说了算
抢占，就是高优先级任务来了，低优先级任务得让路。
在dSPACE里，默认是抢占式调度。也就是说，如果一个低优先级任务正在执行，突然来了一个高优先级任务，系统会立刻保存低优先级任务的上下文，切换到高优先级任务去执行。
等高优先级任务跑完了，再回来接着跑低优先级任务。
注意：抢占会导致上下文切换开销。如果切换太频繁，系统效率会下降。我曾经在一个项目里，任务周期设得太短，结果系统70%的时间都在做上下文切换，真正干活的时间只有30%。
那怎么避免？两个办法：
- 合理设置周期：别把周期设得太短，够用就行
- 使用临界区：在关键操作前后关中断，防止被抢占
但临界区也有代价。关中断时间太长，会影响实时性。我一般建议临界区控制在几十微秒以内，别超过100微秒。
3.5 一个实际案例
说个我经历过的项目吧。一个电机控制平台，需要同时做电流环、速度环和位置环。
电流环最快，需要10kHz（100微秒周期）。速度环1kHz（1ms周期）。位置环100Hz（10ms周期）。
我当时的配置是这样的：
- 电流环任务：优先级1，周期100微秒
- 速度环任务：优先级2，周期1ms
- 位置环任务：优先级3，周期10ms
一开始跑得好好的。后来加了通信任务，优先级设成了0（最高）。结果通信任务一跑，电流环就被抢占了，电机开始抖动。
排查了半天才发现，通信任务的优先级设得太高了。其实通信任务对实时性要求没那么高，丢一包数据无所谓，但电流环丢一个周期电机就抖。
最后把通信任务优先级降到4，问题解决。
经验总结：优先级不是越高越好，而是越合适越好。把优先级给真正需要实时响应的任务，别浪费在非关键任务上。
3.6 小结
任务调度这块，说白了就是三个问题：
- 任务跑多快（单速率还是多速率）
- 谁先跑（优先级）
- 能不能打断（抢占）
搞清楚了这三个问题，实时系统的基本框架就搭起来了。剩下的就是细节调优，比如任务间通信、资源保护这些。
嗯，下一章咱们聊聊任务间通信，那又是一个容易踩坑的地方。