单片机实时操作系统应用：任务调度与资源管理：掌握单片机实时操作系统应用，实现任务调度与资源管理，打造高性能嵌入式系统

# 1. 单片机实时操作系统概述**

实时操作系统（RTOS）是一种专为实时嵌入式系统设计的操作系统，它能够对事件做出快速、可靠和可预测的响应。单片机RTOS是专为单片机设计的RTOS，它具有以下特点：

- **低资源开销：**单片机RTOS通常具有很小的代码占用和内存占用，以适应单片机的资源限制。
- **高实时性：**单片机RTOS能够对事件做出快速响应，通常在微秒或毫秒级。
- **确定性：**单片机RTOS的调度算法是确定性的，这确保了任务执行的顺序和时间可预测。

# 2. 任务调度

任务调度是实时操作系统的一项关键功能，它负责管理和分配系统资源，以确保任务以可预测和及时的方式执行。任务调度算法和策略对于优化系统性能和满足实时约束至关重要。

### 2.1 任务调度算法

任务调度算法决定了任务执行的顺序和分配给每个任务的资源。以下是几种常见的任务调度算法：

#### 2.1.1 轮转调度

轮转调度是一种非抢占式调度算法，其中任务以循环方式执行。每个任务分配一个时间片，并且在时间片用完之前，任务将继续执行。如果一个任务在时间片用完之前完成，则它将被移到队列的末尾。

**代码块：**

while (1) {
  for (i = 0; i < num_tasks; i++) {
    if (tasks[i].state == READY) {
      tasks[i].state = RUNNING;
      run_task(tasks[i]);
      tasks[i].state = READY;
    }
  }
}

**逻辑分析：**

该代码块实现了轮转调度算法。它遍历任务列表，并为每个处于就绪状态的任务分配一个时间片。任务执行直到时间片用完或任务完成。

**参数说明：**

* `num_tasks`：任务总数
* `tasks`：任务列表
* `run_task()`：执行任务的函数

#### 2.1.2 优先级调度

优先级调度是一种抢占式调度算法，其中任务根据其优先级执行。具有较高优先级的任务将优先于具有较低优先级的任务执行。如果一个高优先级的任务到达，它将抢占正在执行的低优先级任务。

**代码块：**

while (1) {
  task = get_highest_priority_task();
  if (task != NULL) {
    task->state = RUNNING;
    run_task(task);
    task->state = READY;
  }
}

**逻辑分析：**

该代码块实现了优先级调度算法。它获取具有最高优先级的任务，并将其分配给 CPU。如果存在具有更高优先级的任务，则它将抢占当前正在执行的任务。

**参数说明：**

* `get_highest_priority_task()`：获取具有最高优先级的任务的函数
* `run_task()`：执行任务的函数

#### 2.1.3 时间片轮转调度

时间片轮转调度是一种混合调度算法，它结合了轮转调度和优先级调度的优点。任务根据其优先级执行，但每个任务分配一个时间片。如果一个任务在时间片用完之前完成，则它将被移到队列的末尾。

**代码块：**

while (1) {
  for (i = 0; i < num_tasks; i++) {
    if (tasks[i].state == READY) {
      tasks[i].state = RUNNING;
      run_task(tasks[i], tasks[i].time_slice);
      tasks[i].state = READY;
    }
  }
}

**逻辑分析：**

该代码块实现了时间片轮转调度算法。它遍历任务列表，并为每个处于就绪状态的任务分配一个时间片。任务执行直到时间片用完或任务完成。

**参数说明：**

* `num_tasks`：任务总数
* `tasks`：任务列表
* `run_task()`：执行任务的函数
* `time_slice`：每个任务分配的时间片

### 2.2 任务调度策略

任务调度策略决定了任务如何被调度到 CPU 上执行。以下是一些常见的任务调度策略：

#### 2.2.1 非抢占式调度

非