FreeRTOS 任務調度算法

FreeRTOS 任務調度算法

配置

在FreeRTOSConfig.h.文件中，可以通過configUSE_PREEMPTION和configUSE_TIME_SLICING配置調度算法。
configUSE_TICKLESS_IDLE也會影響調度算法，它用來降低系統功耗。
在FreeRTOS中，擁有相同優先級的任務會被交替執行，即Round Robin Scheduling（RR）；

在RR調度策略下，一個線程會一直運行。直到：

• 自願放棄控制權
• 被更高優先級的線程搶佔
• 時間片用完
  但是RR算法並不能保證同優先級的每個任務執行時間相同

基於時間片的優先級搶佔式調度算法 Prioritized Pre-emptive Scheduling with Time Slicing

配置

相關概念：

示例 每個任務有不同優先級

假設有三個任務，Task1/2/3，Task1有最高優先級；Task2是週期任務,優先級中；Task3優先級低。

• t5時刻Task3開始運行
• 當執行到t6時刻，由於Task2週期觸發，且優先級比Task3高，所以調度器將CPU控制權交由Task2
• t7時刻，Task2運行完成，控制權交還Task3繼續運行
• t9時刻，Task2週期觸發，開始運行
• t10時刻，由於Task1優先級最高，此時搶佔CPU，控制權交給Task1
• t11時刻，Task1結束，控制權交還Task2，Task2繼續運行
• t12時刻，Task2結束，控制權交還Task3

示例 相同優先級的情況

Task1優先級高於Task2，Task2優先級和空閒任務相同

• 正常情況下，由於Task2和Idle優先級相同，所以他們交替執行
• t6時刻，Task1搶佔CPU
• t7時刻，任務1釋放CPU；由於Task2和Idle是交替執行的，在t5~t8這個時間週期中，Task2開始佔用CPU

這個例子展示了空閒任務和普通任務的交替執行過程。但是，如果空閒優先級任務有工作要做，但空閒任務沒有工作，則可能不需要爲空閒任務分配這麼多處理時間。

我們可以對configIDLE_SHOULD_YIELD進行配置。

• configIDLE_SHOULD_YIELD = 1
  此時，如果有其他空閒優先級的任務，空閒任務將會讓出控制權
• configIDLE_SHOULD_YIELD = 0
  此時，除非有高優先級任務搶佔發生，否則空閒任務將會保持運行
  如圖所示：
  
  此時configIDLE_SHOULD_YIELD=1。可以看到，空閒優先級任務有了更多的處理時間。

無時間片的優先級搶佔式調度算法 Prioritized Pre-emptive Scheduling (without Time Slicing)

算法保留了調度算法，但是沒有用到時間片來處理相同優先級的任務。

配置

示例

不使用時間片會使得更少的上下文切換，因此，這樣會減小調度器的負載。但是，這樣也會導致相同優先級任務的處理時間不同。如下圖所示，

由於沒有使用時間片，空閒任務會一直佔有CPU，直到Task1搶佔CPU結束後，Task2纔有機會運行。

合作調度 Co-operative Scheduling

配置

當使用合作調度模式時，上下文的切換隻發生在

1. 正在運行的任務進入阻塞態
2. 任務調用askYIELD()退出

如圖所示：

示例

在多任務應用時，如果某個資源一次只能被一個任務訪問，否則將會導致程序出錯。那麼，需要用到這個方式。
比如說，當有兩個任務需要通過串口輸出，如果允許搶佔，那麼會導致兩個任務衝突。