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µCOS-III从入门到精通第八章（时间片调度）

news 来源：原创 2025/5/20 7:49:55

参考教程：【正点原子】手把手教你学UCOS-III实时操作系统_哔哩哔哩_bilibili

一、时间片调度简介

1、时间片调度回顾

时间片调度主要针对优先级相同的任务，当多个任务的优先级相同时，同等优先级任务轮流地享有相应的CPU时间（可分别设置），叫时间片，在µC/OS-III中，一个时间片就等于SysTick（滴答定时器）中断周期。

创建三个任务——Task1、Task2、Task3，Task1、Task2、Task3的优先级均设置为1，时间片默认值（或者说时间片的数量）均设置为100

运行过程如下：

首先Task1运行完100个时间片后，切换至Task2运行

Task2运行完100个时间片后，切换至Task3运行

Task3运行过程中被挂起了（如果还不到一个时间片，没有用完的时间片不会再使用），此时直接切换到下一个任务Task1运行

Task1运行完一个时间片后，切换至Task2运行

2、OSSchedRoundRobinCfg函数

（1）该函数用于开启时间片调度，并设置每个任务的时间片的默认值（或者说每个任务的默认时间片数量）。

（2）函数接口定义：

void OSSchedRoundRobinCfg ( CPU_BOOLEAN   	en, 
				 			OS_TICK       	dflt_time_quanta,                            
				 			OS_ERR      	*p_err )

形参	描述
en	是否使能时间片调度 OS_TRUE——使能，OS_FALSE——失能
dflt_time_quanta	传入0则设置每个任务的默认时间片数量为µC/OS-III默认的时间片数量，否则采用传入的时间片数量为每个任务的默认时间片数量（创建任务时如果设置任务的时间片数量为0，则该任务的时间片数量为OSSchedRoundRobinCfg函数设置的默认值）
p_err	指向接收错误代码变量的指针

（3）使用时间片调度需把宏OS_CFG_SCHED_ROUND_ROBIN_EN置1（在os_cfg.h文件中）。

二、时间片调度实验

1、原理图与实验目标

（1）原理图（未画出OLED屏，接法与stm32教程中的一致）：

（2）实验目标：

①设计3个任务——start_task、task1、task2（同优先级）：

[1]start_task：用于开启时间片调度，设置每个任务的时间片的默认数量为10个（即10ms），并创建其它的2个任务。

[2]task1：设置时间片数量为10个（即10ms），并维护一个计数值，不断自增（不考虑溢出），OLED屏显示计数值。

[3]task2：设置时间片数量为5个（即5ms），并维护一个计数值，不断自增（不考虑溢出），OLED屏显示计数值。

②预期实验现象：

[1]程序下载到板子上后，OLED屏上显示两个计数值。

[2]task1维护的计数值和task2维护的计数值交替自增，task1计数值自增速度约等于task2计数值自增速度的两倍。

2、实验步骤

（1）将“任务创建和删除实验”的工程文件夹复制一份，在拷贝版中进行实验。

（2）Delay.c文件中的延时函数需修改为如下所示的实现（纯占用CPU资源，这种延时函数其实是不好的，但就该实验而言，仅仅是为了观察实验现象，不需要考虑太多）。

void Delay_ms(u16 time)
{    
   u16 i=0;  
   while(time--)
   {
      i=12000;     //可微调，使延时更加精准
      while(i--) ;    
   }
}

（3）修改UCOS_experiment.c文件：

①删除task3任务的相关内容。

②在start_task中调用OSSchedRoundRobinCfg函数开启时间片调度，并设置每个任务的时间片的默认值为10个，同时创建task1时设置其时间片数量为默认值，创建task2时设置其时间片数量为5个。

③将task1和task2的任务优先级均设置为2，并修改task1和task2的实现，各自维护的计数值在死循环内每20ms自增一次。

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "os.h"
#include "cpu.h"
#include "OLED.h"
#include "Delay.h"
#include <stdio.h>

/* START_TASK 任务 配置
 * 包括: 任务优先级 任务栈大小 任务控制块 任务栈 任务函数
 */
#define     START_TASK_PRIO         2
#define     START_TASK_STACK_SIZE   256
CPU_STK     start_task_stack[START_TASK_STACK_SIZE];
OS_TCB      start_task_tcb;
void start_task(void);

/* TASK1 任务 配置
 * 包括: 任务优先级 任务栈大小 任务控制块 任务栈 任务函数
 */
#define     TASK1_PRIO              2
#define     TASK1_STACK_SIZE        256
CPU_STK     task1_stack[TASK1_STACK_SIZE];
OS_TCB      task1_tcb;
void task1(void);

/* TASK2 任务 配置
 * 包括: 任务优先级 任务栈大小 任务控制块 任务栈 任务函数
 */
#define     TASK2_PRIO              2
#define     TASK2_STACK_SIZE        256
CPU_STK     task2_stack[TASK2_STACK_SIZE];
OS_TCB      task2_tcb;
void task2(void);

void UCOS_Test(void)
{
	OS_ERR err;
	
	OSInit(&err);    //初始化μC/OS-III

	//创建Start Task
    OSTaskCreate (&start_task_tcb,
                  "start_task",
                  (OS_TASK_PTR)start_task,
                  NULL,
                  START_TASK_PRIO,
                  start_task_stack,
                  START_TASK_STACK_SIZE / 10,
                  START_TASK_STACK_SIZE,
                  0,
                  0,
                  0,
                  (OS_OPT_TASK_STK_CHK | OS_OPT_TASK_STK_CLR),
                  &err);
    
    /* 开始任务调度 */
    OSStart(&err);
}

void start_task(void)              
{
    OS_ERR err;    //接收错误代码使用，对错误代码进行分情况处理可增强程序鲁棒性
    CPU_Init();     //初始化CPU库
	
	OSSchedRoundRobinCfg(OS_TRUE, 10, &err);   //使能时间片调度并设置默认时间片数量为10（即10ms）
	
    CPU_SR_ALLOC();
    
	//滴答定时器重装载值 = 系统主频 / 滴答定时器中断频率（滴答定时器是递减计数）
    CPU_INT32U cnts = SystemCoreClock / OS_CFG_TICK_RATE_HZ;
    OS_CPU_SysTickInit(cnts);   //配置Systick中断及优先级
    
    CPU_CRITICAL_ENTER();           //进入临界区（关中断）
	
    //创建task1
    OSTaskCreate (&task1_tcb,
                  "task1",
                  (OS_TASK_PTR)task1,
                  0,
                  TASK1_PRIO,
                  task1_stack,
                  TASK1_STACK_SIZE / 10,
                  TASK1_STACK_SIZE,
                  0,
                  0,          //task1时间片数量设置为默认时间片数量
                  0,
                  (OS_OPT_TASK_STK_CHK | OS_OPT_TASK_STK_CLR),
                  &err);

    //创建task2
    OSTaskCreate (&task2_tcb,
                  "task2",
                  (OS_TASK_PTR)task2,
                  0,
                  TASK2_PRIO,
                  task2_stack,
                  TASK2_STACK_SIZE / 10,
                  TASK2_STACK_SIZE,
                  0,
                  5,          //task2时间片数量设置为5个
                  0,
                  (OS_OPT_TASK_STK_CHK | OS_OPT_TASK_STK_CLR),
                  &err);      
    
    CPU_CRITICAL_EXIT();            //退出临界区（开中断）
    OSTaskDel(NULL, &err);            //删除任务自身
}

u8 task1_num = 0;         //task1维护的计数值
void task1(void)
{
	CPU_SR_ALLOC();
	while(1)     //task1永远不停歇（除非被其它任务删除）
	{
		CPU_CRITICAL_ENTER(); //进入临界区（防止在下两条语句产生任务切换）
		task1_num++;
		OLED_ShowNum(1,12,task1_num,3);    //显示计数值
		CPU_CRITICAL_EXIT();  //退出临界区（开中断）
		Delay_ms(20);          //20ms死延时
	}
}

u8 task2_num = 0;         //task2维护的计数值
void task2(void)
{
	CPU_SR_ALLOC();
	while(1)     //task2永远不停歇（除非被其它任务删除）
	{
		CPU_CRITICAL_ENTER(); //进入临界区（防止在下两条语句产生任务切换）
		task2_num++;
		OLED_ShowNum(2,12,task2_num,3);    //显示计数值
		CPU_CRITICAL_EXIT();  //退出临界区（开中断）
		Delay_ms(20);          //20ms死延时
	}
}

（4）在main.c文件中添加如下代码。

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "OLED.h"
#include "UCOS_experiment.h"

int main(void)
{
	/*模块初始化*/
	OLED_Init();    //OLED初始化
	
	OLED_ShowString(1,1,"task1_num:");
	OLED_ShowString(2,1,"task2_num:");
	UCOS_Test();
	
	while (1)
	{
		
	}
}

（5）程序完善好后点击“编译”，然后将程序下载到开发板上。