3、任务调度优化：任务划分原则，抢占式调度策略，临界区保护

各位同学，咱们接着聊。上一章讲了任务状态机，这一章咱们深入一下任务调度。说实话，任务调度这块，是很多嵌入式工程师容易翻车的地方。我见过不少项目，代码写得挺漂亮，一上RTOS就各种卡死、数据错乱。问题出在哪？说白了，就是任务没分好，调度策略没选对，临界区保护没做到位。

3.1 任务划分原则：别把鸡蛋放在一个篮子里

任务怎么划分？我个人的习惯是：按功能边界切，按时间要求分。什么意思？你想想看，窗帘电机系统里，有电机控制、有传感器采集、有通信处理、有用户按键响应。这些功能如果揉在一个任务里，那这个任务就太胖了，调度起来很麻烦。

我给大家总结几个原则：

• 功能内聚：一个任务只做一件事。比如电机控制任务只管发PWM、读编码器；通信任务只管收发包。别混在一起。
• 时间解耦：实时性要求高的，单独拎出来。比如电机堵转检测，必须在几毫秒内响应，那就给它高优先级。按键消抖这种，几十毫秒响应就行，放低优先级任务里。
• 资源隔离：共享资源多的功能，尽量放同一个任务里。比如读写同一个I2C总线的传感器，放一起能减少互斥开销。

举个例子，窗帘电机系统的任务划分可以这样：

// 任务划分示例
Task1: 电机控制任务 (优先级高，周期5ms)
  - 读取编码器位置
  - 计算PID输出
  - 更新PWM占空比

Task2: 传感器采集任务 (优先级中，周期20ms)
  - 读取光照传感器
  - 读取温度传感器
  - 更新环境状态

Task3: 通信处理任务 (优先级中，事件触发)
  - 解析串口/蓝牙命令
  - 更新目标位置

Task4: 按键扫描任务 (优先级低，周期50ms)
  - 检测按键状态
  - 处理用户输入

3.2 抢占式调度策略：谁急谁先跑

抢占式调度，说白了就是高优先级任务可以打断低优先级任务。这个机制很强大，但用不好就是灾难。我见过有人把所有任务优先级都设成一样，那跟裸机轮询有什么区别？

我个人建议的优先级分配策略：

任务类型	优先级	典型周期	说明
电机控制	最高	1-5ms	实时性要求最高，丢一个周期可能抖动
堵转检测	高	事件触发	发现堵转必须立即停止电机
传感器采集	中	10-50ms	允许少量延迟
通信处理	中低	事件触发	缓冲区够大就不怕延迟
按键扫描	低	50-100ms	人机交互，慢点无所谓

这里有个关键点：优先级反转。低优先级任务拿着高优先级任务需要的资源，结果高优先级任务被阻塞了。我遇到过这种情况：电机控制任务要读一个传感器数据，但传感器采集任务正拿着I2C总线锁，而传感器采集任务又被按键扫描任务抢占了...嗯，电机控制任务就在那干等。

3.3 临界区保护：别让数据打架

临界区，就是那些不能被打断的代码段。比如你正在更新一个全局变量，突然被中断打断，中断服务程序也改了同一个变量，那数据就乱了。

保护临界区有三种常用方法：

• 关中断：最简单粗暴，但关中断时间不能太长，否则影响实时性。我一般控制在几十微秒以内。
• 使用互斥量：适合任务之间的资源保护。注意不要死锁，我曾经在项目里两个任务互相等对方的锁，结果系统卡死。排查了半天才发现。
• 使用信号量：适合生产者-消费者模式。比如传感器采集任务往队列里放数据，通信任务从队列里取数据。

给大家看个实际例子：

// 错误示范：没有保护临界区
int motor_position;

void motor_control_task(void) {
    motor_position = read_encoder();  // 可能被中断打断
    // 中断里也改了motor_position，数据就乱了
}

void encoder_isr(void) {
    motor_position++;  // 中断里修改同一个变量
}

// 正确做法：关中断保护
void motor_control_task(void) {
    taskENTER_CRITICAL();
    motor_position = read_encoder();
    taskEXIT_CRITICAL();
}

// 或者用互斥量
SemaphoreHandle_t pos_mutex;

void motor_control_task(void) {
    xSemaphoreTake(pos_mutex, portMAX_DELAY);
    motor_position = read_encoder();
    xSemaphoreGive(pos_mutex);
}

最后说一句，任务调度优化没有银弹。每个系统都有自己的特点，你得根据实际需求来调。我建议你在开发初期就把任务划分好，优先级定好，临界区保护好。等系统跑起来了，再用逻辑分析仪看看任务的实际执行时间，微调优先级。嗯，这样基本不会出大问题。