单片机中断与多任务系统：协调中断与任务调度，打造高效系统

# 1. 单片机中断基础**

### 1.1 中断的概念和分类

中断是一种硬件机制，当发生特定事件时，会暂停当前程序执行，并跳转到特定的中断服务程序（ISR）执行。中断可以分为：

- **外部中断：**由外部设备或信号触发，如按键按下或串口接收数据。
- **内部中断：**由单片机内部事件触发，如定时器溢出或看门狗复位。

### 1.2 中断服务程序（ISR）的编写和执行

ISR是响应中断事件而执行的代码段。编写ISR时应遵循以下原则：

- ISR应尽可能简短，仅完成必要的操作。
- ISR中不应调用阻塞函数或修改全局变量。
- ISR应以`__interrupt`关键字开头，并使用`__interrupt_exit`关键字结束。

# 2. 多任务系统原理

### 2.1 多任务系统的概念和优点

多任务系统是一种允许在同一时间内运行多个任务的操作系统。每个任务都是一个独立的执行单元，拥有自己的代码、数据和堆栈。多任务系统的主要优点包括：

* **提高效率：**通过并行执行多个任务，多任务系统可以提高处理能力，充分利用单片机的资源。
* **响应能力：**多任务系统可以根据任务的优先级动态分配处理时间，从而提高对外部事件的响应能力。
* **模块化：**任务可以被独立开发和维护，提高了代码的可重用性和可维护性。
* **可靠性：**如果一个任务发生故障，其他任务仍然可以继续执行，提高了系统的整体可靠性。

### 2.2 任务调度算法

任务调度算法负责确定哪个任务在特定时刻执行。常见的任务调度算法包括：

#### 2.2.1 先来先服务（FCFS）

FCFS算法按照任务到达的顺序执行任务。该算法简单易于实现，但可能导致低优先级的任务长时间等待。

#### 2.2.2 时间片轮转（RR）

RR算法将时间划分为称为时间片的固定间隔。每个任务在每个时间片内轮流执行。如果一个任务在时间片内没有完成，它将被挂起并重新排队到队列末尾。RR算法保证了所有任务都能公平地获得处理时间。

#### 2.2.3 优先级调度

优先级调度算法根据任务的优先级分配处理时间。高优先级的任务优先执行。该算法确保了关键任务能够及时完成，但可能导致低优先级的任务长期等待。

### 代码示例：任务调度算法

以下代码示例演示了RR算法的实现：

#include <stdint.h>

// 任务结构体
typedef struct {
    uint32_t stack_ptr;
    uint32_t entry_point;
    uint32_t priority;
} task_t;

// 任务队列
task_t task_queue[MAX_TASKS];

// 当前运行的任务索引
uint8_t current_task_index = 0;

// 时间片长度
uint32_t time_slice = 100;

// 任务调度器
void scheduler() {
    // 循环任务队列
    for (uint8_t i = 0; i < MAX_TASKS; i++) {
        // 检查任务是否处于就绪状态
        if (task_queue[i].priority