单片机多任务编程秘诀：解锁单片机并行处理的奥秘

# 1. 单片机多任务编程概述**

多任务编程是一种将一个程序分解为多个独立任务的技术，这些任务可以并行执行。在单片机系统中，多任务编程至关重要，因为它允许在有限的资源下高效地管理多个任务。

多任务编程提供了以下优势：

* **提高效率：**通过并行执行任务，可以提高整体系统性能。
* **响应能力：**允许系统对事件快速响应，即使其他任务正在执行。
* **模块化：**将程序分解为任务简化了开发和维护。

# 2. 单片机多任务编程基础

### 2.1 多任务编程概念和优势

多任务编程是一种软件设计范例，它允许在单个处理器上同时执行多个任务。与单任务编程不同，单任务编程一次只能执行一个任务，多任务编程允许多个任务并发执行，从而提高了系统的效率和响应能力。

多任务编程的优势包括：

- **提高效率：**通过同时执行多个任务，多任务编程可以最大限度地利用处理器的资源，从而提高系统的整体效率。
- **提高响应能力：**多任务编程允许系统对外部事件（例如中断）快速响应，从而提高了系统的响应能力。
- **提高模块化：**多任务编程将系统分解为多个独立的任务，从而提高了系统的模块化和可维护性。
- **提高可靠性：**通过隔离不同的任务，多任务编程可以提高系统的可靠性，因为一个任务的故障不会影响其他任务的执行。

### 2.2 单片机多任务编程模型

单片机多任务编程有三种主要模型：

#### 2.2.1 轮询模型

轮询模型是最简单的多任务编程模型。它通过定期轮询每个任务来实现多任务。当一个任务被轮询到时，它被执行，直到它完成或被中断。

**优点：**

- 实现简单
- 占用资源少

**缺点：**

- 效率低，因为处理器在任务之间切换时会浪费时间
- 响应能力差，因为任务必须等待被轮询到才能执行

#### 2.2.2 中断驱动模型

中断驱动模型使用中断来实现多任务。当发生中断时，处理器会暂停当前正在执行的任务，并转而去执行中断服务程序（ISR）。ISR执行完成后，处理器会返回到被中断的任务。

**优点：**

- 响应能力高，因为任务可以在中断发生时立即执行
- 效率高，因为处理器只在需要时才切换任务

**缺点：**

- 实现复杂，因为需要编写 ISR
- 可能会导致优先级反转，即低优先级任务阻止高优先级任务执行

#### 2.2.3 优先级调度模型

优先级调度模型是一种更高级的多任务编程模型。它使用优先级来确定哪个任务应该在任何给定时间执行。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。

**优点：**

- 响应能力高，因为高优先级任务可以立即执行
- 效率高，因为处理器只在需要时才切换任务
- 避免了优先级反转

**缺点：**

- 实现复杂，因为需要编写调度器
- 可能会导致死锁，即两个或多个任务相互等待资源，导致系统无法继续执行

### 2.3 任务调度算法

任务调度算法决定了在任何给定时间执行哪个任务。有几种不同的任务调度算法，包括：

#### 2.3.1 先来先服务（FCFS）

FCFS 算法是一种非抢占式调度算法。它根据任务到达系统的时间来调度任务。先到达的任务将优先于后来到达的任务执行。

**优点：**

- 实现简单
- 公平，因为所有任务都得到平等的机会执行

**缺点：**

- 响应能力差，因为低优先级任务可能会被高优先级任务饿死
- 效率低，因为处理器可能会在低优先级任务上浪费时间

#### 2.3.2 最短作业优先（SJF）