单片机C程序设计中的任务调度：任务调度原理与应用详解

# 1. 单片机C程序设计中的任务调度概述

任务调度是单片机C程序设计中一项重要的技术，它可以有效地管理和组织程序中的多个任务，从而提高程序的效率和可靠性。本章将概述任务调度的概念、分类和算法，为后续章节的深入探讨奠定基础。

### 1.1 任务的概念

任务是程序中一个独立的执行单元，它拥有自己的代码、数据和栈空间。任务可以并发执行，共享单片机的资源，如处理器、内存和外设。

### 1.2 任务的分类

根据任务的优先级和执行时间，可以将任务分为以下几类：

- 实时任务：具有严格的时间限制，必须在指定的时间内完成执行。
- 非实时任务：没有严格的时间限制，可以根据需要执行。
- 周期性任务：在固定的时间间隔内重复执行。
- 非周期性任务：不定期执行，由外部事件触发。

# 2. 任务调度的理论基础

### 2.1 任务调度的概念和分类

#### 2.1.1 任务的概念

在单片机C程序设计中，任务是一个独立的执行单元，它包含一组指令和数据，用于执行特定的功能。任务可以是周期性的，即在固定的时间间隔内重复执行，也可以是非周期性的，即在不固定的时间间隔内执行。

#### 2.1.2 任务的分类

任务可以根据其优先级、执行周期和执行时间进行分类。

- **优先级：**优先级高的任务在资源争用时优先执行。
- **执行周期：**周期性任务在固定的时间间隔内执行，而非周期性任务在不固定的时间间隔内执行。
- **执行时间：**任务的执行时间是指完成任务所需的时间。

### 2.2 任务调度的算法

任务调度算法决定了任务的执行顺序。常见的任务调度算法包括：

#### 2.2.1 轮询调度算法

轮询调度算法是最简单的调度算法，它按照任务的创建顺序循环执行任务。轮询调度算法的优点是简单易实现，但缺点是无法保证高优先级任务的及时执行。

// 轮询调度算法
void polling_scheduler() {
    while (1) {
        for (int i = 0; i < num_tasks; i++) {
            if (tasks[i].state == READY) {
                execute_task(tasks[i]);
            }
        }
    }
}

// 执行任务
void execute_task(task_t *task) {
    // 执行任务的代码
    task->state = FINISHED;
}

#### 2.2.2 优先级调度算法

优先级调度算法根据任务的优先级决定任务的执行顺序。优先级高的任务优先执行。优先级调度算法的优点是能保证高优先级任务的及时执行，但缺点是实现复杂度较高。

// 优先级调度算法
void priority_scheduler() {
    while (1) {
        task_t *highest_priority_task = NULL;
        for (int i = 0; i < num_tasks; i++) {
            if (tasks[i].state == READY && (highest_priority_task == NULL || tasks[i].priority > highest_priority_task->priority)) {
                highest_priority_task = &tasks[i];
            }
        }
        if (highest_priority_task != NULL) {
            execute_task(highest_priority_task);
        }
    }
}

#### 2.2.3 时间片轮转调度算法

时间片轮转调度算法将每个任务分配一个时间片，任务在时间片内执行。当时间片用完时，任务被挂起，下一个任务开始执行。时间片轮转调度算法的优点是能保证每个任务都能得到执行，但缺点是可能导致高优先级任务的执行延迟。

// 时间片轮转调度算法
void round_robin_scheduler() {
    int current_time_slice = 0;
    while (1) {