深入探究单片机的性能：一文说透了如何实现单片机的多任务并发！

在嵌入式系统开发中，多任务并发是非常常见的，对于处理复杂的应用场景、提升系统的并发能力、提高系统的实时性等方面都有很大好处。在单片机中实现多任务并发是非常重要的，本文将为大家介绍如何在单片机中实现多任务并发。

一、任务调度

任务调度是多任务并发中一个非常重要的概念。它指的是如何在系统中组织和规划多个任务的顺序和时间。任务调度的目的是使多个任务在实际执行中，按照一定的顺序和时序，充分利用 CPU 资源，并且避免出现资源争抢和堵塞的情况。

在单片机多任务并发中，常见的任务调度方式有两种：

1. 时间片轮转法

时间片轮转法是多任务并发中最基本的调度算法之一，它的核心思想是轮流分配 CPU 时间片，每个任务仅在分配到 CPU 时间片时才能执行。时间片轮转法可以保证所有任务都有机会被执行，是一种非常公平的调度算法。

2. 优先级调度法

优先级调度法是多任务并发中另一种非常常见的调度算法，它的核心思想是根据任务的优先级，按照优先级的高低顺序调度任务。如果系统中多个任务具有相同的优先级，则系统采用时间片轮转法进行调度。优先级调度法可以确保高优先级的任务优先被执行，从而提高系统的实时性。

二、任务间通信

在多任务并发中，不同任务之间需要进行通信，以便协调任务间的资源分配和控制。任务间通信的方式主要有以下几种：

1. 全局变量

全局变量是多个任务共享的变量，可以用于任务间的数据传输。但是，多个任务同时访问同一个全局变量可能出现竞争问题，需要采用信号量或者互斥量等机制来避免冲突。

2. 消息队列

消息队列是指存放消息的队列，每个消息都是一个对象，由发送任务产生，并由接收任务接收和处理。消息队列可以实现异步通信，提高系统效率。

3. 信号量

信号量是一种同步机制，用于任务间的资源分配和控制。信号量通常只有两个值：0 和 1。当任务需要使用某个共享资源时，首先判断信号量的值是否为 0，如果为 0，则等待；如果为 1，则表示可以使用该资源，请求资源后将信号量值减 1，表示资源已被占用。

三、实例分析

下面以基于 STM32 单片机的多任务并发实例为例，讲解如何实现多任务并发。

1. 任务定义

在该实例中，我们定义了两个任务：

任务 1：实时采集温度数据，每隔 1 秒钟发送一次采集结果到串口。

任务 2：接收串口的命令并进行解析处理。

2. 任务调度

我们采用优先级调度法来调度这两个任务。由于任务 2 的优先级较高，因此任务 2 会先被调度执行。待任务 2 执行完毕后，才会调度任务 1。

3. 任务间通信

任务 1 通过全局变量来进行任务间通信，它将采集得到的温度数据存储在一个全局变量中，并在任务调度之后将采集结果发送到任务 2 中。任务 2 通过串口接收命令，并将其存储在一个全局变量中。如果接收到的命令为 “get_temp”，则读取任务 1 中存储的温度数据并将其发送回去。

4. 实现代码

任务 1 的实现：

```

void task1(void)

{

    for (;;)

    {

        uint16_t temp = read_temperature();   // 采集温度数据

        g_temp_data = temp;                   // 存储温度数据到全局变量

        send_temperature(temp);               // 向串口发送温度数据

        osDelay(1000);                        // 暂停 1 秒钟

    }

}

```

任务 2 的实现：

```

void task2(void)

{

    for (;;)

    {

        if (g_cmd_received == 1)               // 判断是否接收到命令

        {

            if (strcmp(g_cmd, "get_temp") == 0)   // 判断是否为 “get_temp” 命令

            {

                send_temperature(g_temp_data);     // 向串口发送温度数据

            }

            g_cmd_received = 0;                 // 清除命令接收标志位

        }

        osDelay(10);                            // 暂停 10 毫秒

    }

}

```

四、总结

多任务并发是单片机开发必不可少的一个技能点，它可以提高系统性能和实时性，同时也需要我们对任务调度、任务间通信等方面有深入的理解。在本文中，颖特新详细讲解了如何在单片机中实现多任务并发，以及任务调度、任务间通信等方面的基础知识。希望能帮助大家更加深入地了解多任务并发的相关知识。