售货机多任务调度 · 实时优化实战 | 课程目录

售货机系统概述硬件架构

主控·电机·传感器·支付模块 / 软件分层 / 实时性需求分析

任务模型建立优先级

周期性任务(电机控制/支付轮询) & 突发性任务 / 优先级划分

FreeRTOS移植与配置 STM32

时钟节拍·堆栈·抢占式/协作式调度策略

多任务创建与管理 xTaskCreate

出货/支付/UI刷新任务 · 就绪/阻塞/挂起状态切换

任务间同步机制信号量·队列

Semaphore电机互斥 / Queue传递支付结果与出货指令

中断与任务协同 ISR

传感器中断 → xQueueSendFromISR，减少中断服务时间

实时性指标定义 Jitter

响应时间(投币→出货) / 吞吐量 / 抖动容忍范围

调度延迟分析 Trace

上下文切换开销 / FreeRTOS trace 测量任务执行时间

优先级反转问题继承协议

低优先级持有锁导致高优先级阻塞 · Priority Inheritance

死锁预防锁顺序

任务A等Q1持L2 / 任务B等L2持Q1 · 设计锁顺序规则

任务周期调整 CPU优化

电机动作2秒 → 调整周期，避免无效轮询

事件驱动设计 Event Group

轮询→事件驱动，等待投币/扫码完成信号

内存管理优化静态分配

Static Task 避免碎片，高频任务预分配堆栈

时间片轮转调度 Time Slice

同优先级UI/日志任务时间片，界面不卡顿

优先级静态分析 RMS

Rate Monotonic Scheduling 验证截止时间

响应时间计算 WCRT

基于WCET+阻塞时间，最坏情况响应时间

中断嵌套优化优先级分组

电机过流保护最高，支付通信次高

临界区保护 CRITICAL

taskENTER_CRITICAL 保护PWM寄存器配置

软件定时器应用超时检测

出货超时5秒报警，避免任务阻塞

任务通知轻量同步

替代信号量，减少内存，提升出货响应

功耗与实时性平衡 WFI

空闲任务低功耗，中断唤醒处理支付

调试与性能分析 SystemView

SEGGER SystemView / FreeRTOS+Trace 定位瓶颈

看门狗与容错 7x24h

独立看门狗监控心跳，出货卡死则复位

多核调度初探 ESP32

双核MCU支付/电机任务分离，减少调度冲突

实时性测试方法逻辑分析仪

GPIO翻转测量投币→电机启动延迟

案例实战：单电机调度实战

3个任务(支付检测/出货控制/状态上报) · 队列通信

案例实战：多货道并发实战

8货道电机互斥锁，避免电源过载

案例实战：支付实时响应 MDB

10ms内响应硬币识别器中断

案例实战：远程监控OTA WiFi

低优先级处理WiFi，不阻塞实时出货

课程总结与进阶 RMS vs EDF

调度策略回顾 · 推荐《Hard Real-Time Computing Systems》与Zephyr RTOS