STM32多任务并发编程中的常见问题与解决方案

# 1. STM32多任务并发编程概述

STM32多任务并发编程是一种编程技术，它允许在单个微控制器上同时执行多个任务。通过将任务分解为较小的、独立的单元，并发编程可以提高系统效率和响应能力。

在STM32多任务并发编程中，任务由操作系统（如FreeRTOS或CMSIS-RTOS）管理。操作系统负责任务调度、同步和通信。任务调度决定哪个任务在特定时间运行，而同步机制确保任务以协调的方式访问共享资源。

# 2. 任务调度和同步机制

### 2.1 任务调度策略

任务调度策略决定了任务执行的顺序和优先级。STM32中常用的任务调度策略有：

#### 2.1.1 优先级调度

优先级调度是一种基于任务优先级的调度策略。优先级高的任务具有优先执行权，当多个任务同时就绪时，优先级高的任务将被优先执行。

**代码块：**

#define TASK_PRIORITY_HIGH  1
#define TASK_PRIORITY_MEDIUM 2
#define TASK_PRIORITY_LOW   3

void task_high(void *pvParameters)
{
    while (1) {
        // 执行高优先级任务
    }
}

void task_medium(void *pvParameters)
{
    while (1) {
        // 执行中优先级任务
    }
}

void task_low(void *pvParameters)
{
    while (1) {
        // 执行低优先级任务
    }
}

**逻辑分析：**

代码定义了三个任务：`task_high`、`task_medium`和`task_low`，并为每个任务分配了不同的优先级。`task_high`具有最高优先级，`task_medium`具有中优先级，`task_low`具有最低优先级。当这三个任务同时就绪时，`task_high`将被优先执行。

#### 2.1.2 时间片轮转调度

时间片轮转调度是一种基于时间片的调度策略。每个任务分配一个时间片，当任务执行完自己的时间片后，将被挂起，并由下一个任务执行。

**代码块：**

#define TASK_TIME_SLICE  100 // 时间片长度（单位：毫秒）

void task_1(void *pvParameters)
{
    while (1) {
        // 执行任务 1
    }
}

void task_2(void *pvParameters)
{
    while (1) {
        // 执行任务 2
    }
}

void task_3(void *pvParameters)
{
    while (1) {
        // 执行任务 3
    }
}

**逻辑分析：**

代码定义了三个任务：`task_1`、`task_2`和`task_3`，并为每个任务分配了相同的时间片。当这三个任务同时就绪时，它们将轮流执行，每个任务执行完自己的时间片后，将被挂起，并由下一个任务执行。

### 2.2 同步机制

同步机制用于协调多个任务对共享资源的访问，防止数据竞争和死锁。STM32中常用的同步机制有：

#### 2.2.1 互斥锁

互斥锁是一种用于保护共享资源的同步机制。当一个任务获取互斥锁后，其他任务将被阻止访问该资源，直到该任务释放互斥锁。

**代码块：**

SemaphoreHandle_t mutex;

void task_1(void *pvParameters)
{
    while (1) {
        xSemaphoreTake(mutex, portMAX_DELAY);
        // 访问共享资源
        xSemaphoreGive(mutex);
    }
}

void task_2(void *pvParameters)
{
    while (1) {
        xSemaphoreTake(mutex, portMAX_DELAY);
        // 访问共享资源
        xSemaphoreGive(mutex);
    }
}

**逻辑分析：**

代码定义了一个互斥锁`mutex`，并创建了两个任务：`task_1`和`task_2`。当`task_1`或`task_2`需要访问共享资源时，它们必须先获取互斥锁。如果互斥锁已被另一个任务获取，则该任务将被阻塞，直到互斥锁被释放。

#### 2.2.2 信号量

信号量是一种用于控制资源可用性的同步机制。信号量有一个计数器，当计数器大于 0 时，表示资源可用。当一个任务获取信号量时，计数器减 1；当一个任务释放信号量时，计数器加 1。

**代码块：**

SemaphoreHandle_t semaphore;

void task_1(void *pvParameters)
{
    while (1) {
        xSemaphoreTake(semaphore, portMAX_DELAY);
        // 访问共享资源
        xSemaphoreGive(semaphore);
    }
}

void task_2(void *pvParameters)
{
    while (1) {
        xSemaphoreTake(semaphore, portMAX_DELAY);
        // 访问共享资源
        xSemaphoreGive(semaphore);
    }
}

**逻辑分析：**

代码定义了一个信号量`semaphore`，并创建了两个任务：`task_1`和`task_2`。信号量`semaphore`的初始计数器为 1，表示共享资源可用。当`task_1`或`task_2`需要访问共享资源时，它们必须先获取信号量。如果信号量`semaphore`的计数器为 0，则该任务将被阻塞，直到信号量`semaphore`的计数器大于 0。

#### 2.2.3 消息队列

消息队列是一种用于任务间通信的同步机制。消息队列是一个 FIFO（先进先出）队列，任务可以向消息队列发送消息，也可以从消息队列接收消息。

**代码块：**

QueueHandle_t queue;

void task_1(void *pvParameters)
{
    while (1) {
        // 发送消息到消息队列
        xQueueSend(queue, &message, portMAX_DELAY);
    }
}

void task_2(void *pvParameters)
{
    while (1) {
        // 从消息队列接收消息
        xQueueReceive(queue, &message, portMAX_DELAY);
    }
}

**逻辑分析：**

代码定义了一个消息队列`queue`，并创建了两个任务：`task_1`和