跳至主要內容

5.9 调度算法

Vita2026/3/31大约 6 分钟

调度算法

1 重要概念

在 FreeRTOS 中，任务在任意时刻只会处于一种状态。

对于单核单片机系统来说，同一时刻只能有 一个任务处于运行态，也就是正在使用处理器。

其余没有运行的任务，通常处于以下三种状态之一：

  • 就绪态（Ready）：任务已经具备运行条件，等待调度器选中
  • 阻塞态（Blocked）：任务在等待某个事件发生
  • 挂起态（Suspended）：任务被人为暂停，不参与调度

其中，调度器只会从 就绪态任务 中选择任务运行，而且规则是：

永远选择优先级最高的就绪态任务进入运行态。

2 阻塞态任务等待什么

阻塞态任务本质上是在等待“事件”。

这些事件主要分为两类：

2.1 时间相关事件

例如：

  • 延时一段时间
  • 等待超时

这类事件的特点是：
时间到了，任务就从阻塞态进入就绪态。

它常用于：

  • 周期性任务
  • 超时处理

2.2 同步事件

例如任务在等待某些信息或资源：

  • 等待任务通知
  • 等待队列数据
  • 等待事件组
  • 等待信号量
  • 等待互斥量

这类事件通常由其他任务或中断服务程序触发。

3 什么是调度算法

所谓调度算法，就是：

调度器根据一定规则，决定哪个就绪态任务可以进入运行态。

调度算法主要影响两个问题：

  • 高优先级任务能不能优先执行
  • 同优先级任务之间如何分配 CPU

4 配置调度算法的主要宏

调度算法主要通过 FreeRTOSConfig.h 中的几个配置项来决定：

  • configUSE_PREEMPTION
  • configUSE_TIME_SLICING
  • configIDLE_SHOULD_YIELD

另外还有一个高级选项：

  • configUSE_TICKLESS_IDLE

它主要用于低功耗省电，这里先不展开。

5 是否允许抢占

5.1 可抢占调度

由下面这个宏控制：

#define configUSE_PREEMPTION 1

表示系统采用 可抢占调度。

它的特点是：

一旦更高优先级任务进入就绪态，就可以立即抢占当前正在运行的低优先级任务。

这也是 FreeRTOS 最常用的调度方式。

5.2 合作调度

如果设置为：

#define configUSE_PREEMPTION 0

表示系统采用 合作调度模式。

它的特点是：

  • 高优先级任务即使就绪，也不能马上执行
  • 必须等待当前任务主动让出 CPU
  • 如果当前任务一直不让出 CPU，其他任务就很难运行

因此，在合作调度下，优先级的作用会大大减弱。

6 是否启用时间片轮转

6.1 时间片轮转

由下面这个宏控制：

#define configUSE_TIME_SLICING 1

它表示：

同优先级的多个就绪态任务，可以按时间片轮流执行。

也就是说：

  • 这个任务执行一个时间片
  • 下一个同优先级任务再执行一个时间片

这样可以让同优先级任务轮流获得 CPU。

6.2 不使用时间片轮转

如果设置为：

#define configUSE_TIME_SLICING 0

表示同优先级任务之间 不轮流执行。

此时：

  • 当前任务会一直运行
  • 直到它主动放弃 CPU
  • 或者被更高优先级任务抢占

所以，没有时间片轮转时，同优先级任务不一定能公平运行。

7 空闲任务是否让步

由下面这个宏控制：

#define configIDLE_SHOULD_YIELD 1

它表示：

当空闲任务和用户任务处于同优先级时，空闲任务是否主动让出 CPU 给用户任务。

7.1 让步

如果设置为 1：

  • 空闲任务每次循环时都会主动检查
  • 如果有同优先级用户任务，就让用户任务先运行

7.2 不让步

如果设置为 0：

  • 空闲任务和同优先级用户任务按普通规则竞争 CPU
  • 不会特殊照顾用户任务

一般来说，空闲任务让步更常见。

8 常见调度组合

FreeRTOS 中常见的几种调度组合如下：

配置项ABCDE
configUSE_PREEMPTION11110
configUSE_TIME_SLICING1100x
configIDLE_SHOULD_YIELD1010x
说明常用很少用很少用很少用几乎不用

其中：

  • A：可抢占 + 时间片轮转 + 空闲任务让步
  • B：可抢占 + 时间片轮转 + 空闲任务不让步
  • C：可抢占 + 非时间片轮转 + 空闲任务让步
  • D：可抢占 + 非时间片轮转 + 空闲任务不让步
  • E：合作调度

最常用的是 A。

9 抢占与否的效果

如果配置为：

#define configUSE_PREEMPTION      1
#define configUSE_TIME_SLICING    1
#define configIDLE_SHOULD_YIELD   1

表示允许抢占。
效果是：

高优先级任务一旦就绪，就能马上执行。

如果配置为：

#define configUSE_PREEMPTION      0
#define configUSE_TIME_SLICING    1
#define configIDLE_SHOULD_YIELD   1

表示不允许抢占。
效果是：

即使高优先级任务已经就绪，也必须等当前任务主动让出 CPU 后才能运行。

因此，不抢占时，如果某个任务一直不主动让出 CPU，其他任务就会长期无法执行。

10 时间片轮转与否的效果

如果配置为：

#define configUSE_PREEMPTION      1
#define configUSE_TIME_SLICING    1
#define configIDLE_SHOULD_YIELD   1

表示启用时间片轮转。
效果是：

同优先级任务会在 Tick 中断推动下轮流执行。

如果配置为：

#define configUSE_PREEMPTION      1
#define configUSE_TIME_SLICING    0
#define configIDLE_SHOULD_YIELD   1

表示不启用时间片轮转。
效果是：

同优先级任务不会因为 Tick 到来而自动轮换，当前任务会持续运行，直到主动放弃 CPU 或被高优先级任务抢占。

11 空闲任务让步与否的效果

如果配置为：

#define configUSE_PREEMPTION      1
#define configUSE_TIME_SLICING    1
#define configIDLE_SHOULD_YIELD   1

表示空闲任务让步。
效果是：

空闲任务每次循环都会主动让出 CPU 给同优先级用户任务。

如果配置为：

#define configUSE_PREEMPTION      1
#define configUSE_TIME_SLICING    1
#define configIDLE_SHOULD_YIELD   0

表示空闲任务不让步。
效果是：

空闲任务和同优先级用户任务按普通时间片轮转方式运行。

12 小结

FreeRTOS 的调度算法，本质上就是决定 哪个就绪态任务进入运行态 的规则。

它主要由三个配置项决定：

  • configUSE_PREEMPTION：是否允许高优先级任务抢占低优先级任务
  • configUSE_TIME_SLICING：同优先级任务是否按时间片轮流执行
  • configIDLE_SHOULD_YIELD：空闲任务是否主动让步给同优先级用户任务

其中最常用的配置是：

  • 可抢占
  • 时间片轮转
  • 空闲任务让步

也就是最典型的 FreeRTOS 调度方式。

默认页脚
Copyright © 2026 Vita