本文介紹如何基于時間片論法的任務調度模式充分利用MCU的資源，姑且先稱這種方式為時間片差分調度法。

充分利用MCU的資源指的是在不影響原有的函數調度情況下合理進行分配，避免MCU大部分時間處于空跑狀態（即大部分時間沒有調度任何的功能函數，只是在不停地判斷時間狀態，從而造成的資源浪費），同時提高每個任務的調度周期的命中率（按時準點執行）

背景

時間片論法不比操作系統，操作系統可以通過任務優先級搶占當前正在執行的低優先級任務，或者高優先級任務主動睡眠釋放MCU資源以便低優先級的任務可以正常執行；時間片論法必須等待當前任務執行完成后才能執行下一個任務（中斷除外）。


因此，由于時間片論法的特性，很難保證某些任務能夠及時得到調度運行，特別是所需要的調度任務多的情況下，常常出現不能及時調度的問題（雖然整體調度周期不變），從而影響所需要的功能，常見的做法可能通過定時中斷觸發的方式去執行，可是碰到一些任務函數執行時間稍微長的就會影響中斷的響應等。


可以看下面的函數調度時長圖，每個刻度為200us（以下稱節拍），調度單位為1ms，只以200us以上的任務舉例，方便進行理解

從上述圖中可知以下信息：

圖中一共有五個任務函數，每個任務函數的執行時間不定

任務1（黃色）周期為5ms

任務2（紅色）周期為6ms

任務5（紫色）周期為5ms

任務4（藍色）周期為12ms

任務5（綠色）周期為15ms

同一時刻觸發任務調度的執行時的順序（調度函數的順序即可任務默認優先級）：1>2>3>4>5

第25ms時任務1的調度慢了一個節拍，原因是任務2和4的調度總時長超過了調度單位時長

除了任務1大部分時間都能及時被調度，其他任務并不能被及時調度，雖然周期不變，但命中率不高（甚至等于0）

其中存在周期性的幾個調度單位大部分時間處于空跑狀態

…等其他仔細觀察的可知信息，這里就不多說了

從獲取的信息可知，大部分任務雖然整體周期沒變，但是幾乎很少有低優先級的任務有較高的命中率，這樣就導致某些功能需要較高的命中率同時執行時間相對較長（不能放在中斷中的任務函數）就不能正常工作。

如何優化

在優化之前，首先看下面這個有一定規律的函數調度時長圖

還是五個任務，而規律就是函數任務公約數=最小調度周期任務，即5ms（假設小于5ms的任務大都執行時間非常短，在此可忽略不計）

任務1（黃色）周期為5ms

任務2（紅色）周期為10ms

任務5（紫色）周期為20ms

任務4（藍色）周期為10ms

任務5（綠色）周期為20ms

圖中所展示的任務調度命中率也不高，也存在周期性的幾個調度單位大部分時間處于空跑狀態

看一下優化前后的對比圖，雖然還是存在大部分時間處于空跑狀態，但是命中率提高到了100%

只要保證每個任務函數耗時小于調度單位，那么就能做到命中率 100%

如何實現的？
從優化后的圖中可以了解到，第一個時刻調度的時候只有任務1，第二個時間調度只有任務2，以此類推，就可以在一定程度上避開同一時刻多個任務需要同時等待調度，從而引發的擁堵。

可以通過每個任務計時器的倒計時初值進行調整，從而達到每個時間調度只運行一個任務的目的，提高任務的命中率。

那么接下來按照上面提到的規律去優化剛開始的那個，主要有兩點：

在可接受范圍內調整任務的周期，盡量保證任務函數任務公約數=最小調度周期任務

可以理解稱任務公約數等于多少就代表可以在初值上類推多少個任務進行錯開初次執行；可以忽略部分函數耗時特別短的任務

調整每個任務倒計時器的初值，盡量錯開擁堵時刻

任務多的情況下只能夠盡量避免，從而提高命中率，通過每個任務調度周期和執行時長進行推算，得到每個任務的最佳的初值

根據以上兩點對上述調度任務進行優化如下：

五個任務函數在可接受范圍內調整任務周期后，同時調整初值
- 任務1（黃色）周期為5ms
- 任務2（紅色）周期為5ms
- 任務5（紫色）周期為5ms
- 任務4（藍色）周期為10ms
- 任務5（綠色）周期為15ms

得到對比圖：

此次優化將充分地利用了每個時間片的資源，雖然某一段時間內的空跑時間總和一樣，但是實際上將空跑的時間進行了分散，提高了資源的使用率，從而讓每個任務的命中率提高到100%。

審核編輯 ：李倩