4. 多核调度策略：全局调度与分区调度、静态优先级与动态优先级
好，咱们进入正题。多核调度策略，说白了就是决定「哪个核在什么时候跑哪个任务」。这个问题，我在做第一个多核项目时就踩过坑。当时想得简单，觉得多核嘛，任务扔上去就行。结果呢？优先级反转、核间干扰、Cache 命中率暴跌……嗯，都是血泪教训。
今天咱们把两种核心策略讲透：全局调度 vs 分区调度，以及静态优先级 vs 动态优先级。这四者组合起来，基本覆盖了市面上 90% 的嵌入式多核方案。
4.1 全局调度：任务可以在任何核上跑
全局调度，就是系统里有一个全局的调度器。它维护一个统一的任务就绪队列。哪个核空闲了，就从队列里抓一个优先级最高的任务去跑。
优点很明显：
- CPU 利用率高。不会出现一个核忙死、另一个核闲死的情况。
- 负载均衡是自动的。你不需要手动分配任务。
但坑也不少：
- 调度开销大。所有核抢同一个锁，你想想看，核多了以后锁竞争有多恐怖。
- Cache 亲和性差。任务今天在核0跑，明天在核3跑，Cache 里的数据全得重载。我见过一个项目，因为频繁迁移任务，性能反而比单核还差。
- 可预测性低。你很难精确算出最坏执行时间（WCET）。
我的建议：全局调度适合非实时或软实时系统。比如车载信息娱乐系统，偶尔卡一下没关系。但如果你做的是刹车控制、安全气囊——千万别用纯全局调度。
4.2 分区调度：任务绑定到固定核
分区调度就简单粗暴了。每个任务在编译时或启动时就绑定到一个核上。核与核之间，任务不迁移。
优点：
- 可预测性极强。每个核上的任务集是固定的，WCET 分析容易得多。
- Cache 命中率高。任务一直在一个核上跑，数据局部性好。
- 调度器实现简单。每个核可以独立跑一个单核调度器（比如 OSEK 或 AUTOSAR 的 SC1/SC2/SC3/SC4）。
缺点：
- 负载可能不均。你手动分配任务，很难做到完美平衡。
- 灵活性差。任务多了、少了，都得重新分区。
避坑指南：我曾经在一个项目中，把两个高负载的通信任务分到了同一个核上。结果那个核的利用率飙到 95%，其他核才 30%。后来我学乖了——分区时先用工具做负载仿真，别凭感觉分。
4.3 静态优先级：简单可靠，但不够灵活
静态优先级，就是每个任务在系统启动前就定好了优先级。运行期间不变。这是 AUTOSAR 里最常用的方式。
优点：
- 实现简单。调度器只需要比较优先级，不需要动态计算。
- 可预测性好。优先级固定，响应时间分析可以用经典公式算出来。
- 适合硬实时系统。比如 10ms 周期任务必须跑完，优先级设高就行。
缺点：
- 不灵活。如果运行时出现突发高优先级任务，你没法临时提权。
- 优先级反转问题。低优先级任务占着资源，高优先级任务等——嗯，经典问题，需要靠优先级继承或天花板协议解决。
我个人习惯：在 AUTOSAR 的 SC3（带时间保护的静态调度）中，我通常把周期任务按 Deadline Monotonic 分配优先级。周期越短，优先级越高。这个规则简单，而且经过数学证明是次优的。
4.4 动态优先级：灵活但代价高
动态优先级，就是任务的优先级可以在运行时改变。最经典的算法是 EDF（最早截止时间优先）。谁离截止时间最近，谁优先级最高。
优点：
- 理论上 CPU 利用率可以做到 100%（对于可调度任务集）。
- 适应性强。任务负载变化时，调度器自动调整。
缺点：
- 实现复杂。每次调度都要计算所有任务的截止时间。
- 可预测性差。WCET 分析困难，因为优先级一直在变。
- 过载时性能崩溃。任务一多，系统可能直接挂掉。
注意：在 AUTOSAR 多核系统中，动态优先级很少用于安全关键任务。我见过一个团队尝试在 BSW 调度器里用 EDF，结果测试时发现中断延迟不可控。后来老老实实改回了静态优先级。
4.5 四种组合，怎么选？
咱们把上面两个维度组合一下，得到四种典型策略：
| 组合 | 适用场景 | 典型例子 |
|---|---|---|
| 分区 + 静态优先级 | 硬实时、安全关键 | AUTOSAR SC3/SC4，刹车、转向 |
| 分区 + 动态优先级 | 软实时、负载变化大 | 多媒体处理，自适应巡航 |
| 全局 + 静态优先级 | 非实时、负载均衡 | 后台诊断、日志记录 |
| 全局 + 动态优先级 | 实验性、研究用途 | 学术原型、Linux CFS 调度 |
我个人最推荐的是分区 + 静态优先级。为什么？因为它在可预测性和实现复杂度之间取得了最好的平衡。AUTOSAR 的 SC3 和 SC4 就是基于这个思路设计的。
4.6 一个实际例子：AUTOSAR 多核调度配置
假设我们有一个双核 ECU，跑 4 个任务：
- Task_A：10ms 周期，安全关键，绑定核0，优先级 10
- Task_B：20ms 周期，安全关键，绑定核0，优先级 8
- Task_C：50ms 周期，非安全，绑定核1，优先级 6
- Task_D：100ms 周期，非安全，绑定核1，优先级 4
在 AUTOSAR 的配置工具里，你会这样设置：
// 伪代码示例
OsTask Task_A = {
.name = "Task_A",
.period = 10,
.core = 0,
.priority = 10,
.schedule = SCHEDULE_FULL // 抢占式
};
OsTask Task_B = {
.name = "Task_B",
.period = 20,
.core = 0,
.priority = 8,
.schedule = SCHEDULE_FULL
};
// 核0上，Task_A 优先级高于 Task_B，所以 Task_A 会抢占 Task_B
// 核1上，Task_C 和 Task_D 独立运行，互不干扰一个小技巧：分区时，尽量把有数据依赖的任务分到同一个核上。这样可以减少核间通信（IOC）的开销。我做过一个项目，把传感器采集和信号处理分到不同核，结果 IOC 延迟导致控制周期超时。后来合并到一个核，问题解决。
4.7 总结一下
多核调度没有银弹。全局调度灵活但不可控，分区调度可控但不灵活。静态优先级简单可靠，动态优先级灵活但复杂。
我的经验是：先选分区调度，再选静态优先级。如果性能不够，再考虑局部优化——比如把某个高负载任务单独分一个核，或者用优先级继承解决反转问题。别一上来就搞全局+动态，那是在给自己挖坑。
嗯，下一章咱们聊聊核间同步与通信。那又是一个容易翻车的地方。