外观

简易协作式任务调度器 ​

核心理念 ​

  这是一套协作式（非抢占）优先级调度器，用优先级就绪队列+优先级位图实现快速选出最高优先级任务；支持 ISR 安全地设置事件、主循环合并 ISR 事件、延时唤醒、任务挂起/恢复/删除与可选的任务看门狗。

1. 协作式 ​

  • 任务必须 主动让出 CPU（return 或 TaskYield），调度器才会调度下一个任务；
  • 不做上下文切换（任务共享主栈），调度器只负责保存最小的任务状态（如事件标志、延时），不保存CPU寄存器和栈帧；
  • 优点：实现简单，资源占用少，不存在中途打断任务的情况，同时非常适合资源受限的MCU进行移植；
  • 缺点：任务执行时间过长会阻塞低优先级任务，实时性差，无法保证任务被精确调度；

2. 事件驱动 ​

  • 每个任务都有一组事件位 (event_flags)，每一位代表一个可触发的事件，调度器每次调度时会清空并快照当前任务的事件位，把它作为参数传给任务函数；
  • 任务只有收到事件时才会执行对应逻辑；
  • 事件可以通过SchedOpt_SetEvent() 设置事件，使任务进入Ready队列，在中断中通过SchedOpt_SetEventFromISR（）设置事件会在主循环合并时被唤醒。

3. 优先级调度+fifo轮转 ​

  • 优先级低数字 → 高优先级，每个任务在创建时固定优先级，不支持动态调整；
  • 每个优先级都有独立的就绪队列（链表），存放当前Ready状态的任务；
  • 在同一优先级下，任务按先进先出顺序执行，
    • 调度器从队列头取出一个任务；
    • 运行任务一次；
    • 如果任务依然Ready，则重新入队到队尾，这可以保证同优先级的任务不会被饿死，执行机会均等。
  • 通过 ready_bitmap 快速判断哪些优先级有就绪任务；通过__builtin_ctz()或遍历快速找到最低编号的非空优先级，实现 O(1) 级别的优先级调度。

4. 延时事件/TaskDelay ​

  • 每个任务结构体维护：
    • delay_until：记录唤醒时间（绝对 Tick 值，0 表示无延时）。
    • delayed_evt：记录延时到期后要置位的事件位（可叠加）。
  • 调用 SchedOpt_StartDelayedEvent(tid, evt, delay_ms)：
    • 计算唤醒时刻 delay_until = now + delay_ms。
    • 设置 delayed_evt |= evt。
    • 调度器每次循环检查任务是否到期，到期则置位 event_flags 并将任务放入 READY 队列。
  • 调用 SchedOpt_TaskDelay(tid, delay_ms)：
    • 设置 delay_until = now + delay_ms。
    • 将任务从 READY 队列移除，状态改为 WAITING。
    • 到期后，调度器自动恢复任务 READY 状态，使其继续运行。

数据结构设计 ​

数据结构作用详细说明
s_task_t任务控制块（TCB）每个任务对应一个 s_task_t 结构体，保存：
• task_func：任务函数指针
• prio：任务优先级（数值越小优先级越高）
• state：任务状态（READY / RUNNING / BLOCKED / SUSPENDED）
• event_flags：当前待处理事件集合
• delay_until：绝对唤醒时刻（Tick 计数）
• delayed_evt：延时到期时要置位的事件位
• next：用于插入优先级队列的链表指针
s_prio_head[] / s_prio_tail[]每个优先级的 FIFO 队列数组索引对应优先级号，分别指向该优先级的首任务和尾任务，实现同优先级的轮转调度，避免饿死。
s_ready_bitmap就绪优先级位图每一位对应一个优先级，当该优先级有至少一个 READY 任务时置 1，用于快速查找最高优先级任务。
event_flags主循环事件标志用于记录任务在主循环上下文下需要处理的事件，任务函数根据此标志决定执行何种逻辑。
isr_event_flagsISR 写入事件标志中断上下文安全的事件标志，ISR 可直接写入，主循环合并后再更新 event_flags，避免竞争问题。
delay_until / delayed_evt延时事件管理调度器每个 Tick 扫描所有任务，若当前时间 ≥ delay_until，则将 delayed_evt 置入 event_flags 并将任务恢复到 READY 队列，实现软定时器功能。
state任务状态机• READY：在就绪队列中等待调度
• RUNNING：当前正在执行
• BLOCKED：延时或等待事件
• SUSPENDED：任务被挂起，不参与调度

移植说明 ​

  在协作式任务调度器链接中下载调度代码，并放入自己的工程中，添加时基函数即可正常使用该调度器代码；

C

/_ 系统 tick 获取（默认 HAL_GetTick） _/
uint32_t SchedOpt_GetTick(void) {
return HAL_GetTick();
}

  在完成系统外设初始化后，调用调度器初始化代码，创建任务、分配任务事件、运行调度器，后续调度器会按照任务优先级以及任务事件循环调度执行。

C

int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */
	tid_t init_task_id = 0;
	tid_t test_task_id = 0;
  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_DMA_Init();
  MX_SPI1_Init();
  MX_TIM1_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  SchedOpt_Init();
  init_task_id = SchedOpt_CreateTask(init_task,0);
  test_task_id = SchedOpt_CreateTask(test_task,0);
  SchedOpt_SetEvent(init_task_id,Init_Evt);
  SchedOpt_StartDelayedEvent(test_task_id,Test_Evt,500);
  SchedOpt_RunForever();
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */

  }
  /* USER CODE END 3 */
}