0、思考與回答

0.1、思考一

為什麼要增加時間片輪詢？

目前的 RTOS 內核已經支持搶占優先順序，即高優先順序的任務會搶占低優先順序的任務得到執行，但是對於同等優先順序的任務，如果不支持時間片輪詢，則只能有一個任務運行，並且由於優先順序相同所以除延時阻塞到期外也不會發生任務調度，因此需要增加時間片輪詢保證同等優先順序的任務能得到輪流執行

1、內核程式修改

1.1、xTaskIncrementTick( )

在該函數中除了任務延時阻塞時間到期產生任務調度外，增加支持時間片輪詢的任務切換，具體如下所示

/*task.c*/
BaseType_t xTaskIncrementTick(void)
{
	// 省略未修改的程式
	......
#if((configUSE_PREEMPTION == 1) && (configUSE_TIME_SLICING == 1))
	// 支持時間片輪詢
	if(listCURRENT_LIST_LENGTH(&(pxReadyTasksLists[pxCurrentTCB->uxPriority])) > 1)
	{
		xSwitchRequired = pdTRUE;
	}
#endif
	return xSwitchRequired;
}

/* FreeRTOSConfig.h */
// 支持時間片輪詢
#define configUSE_TIME_SLICING                  1

1.2、原理

假設當前系統中只存在兩個優先順序相同的任務，時間片輪詢任務切換流程如下

xTaskIncrementTick()
-> vTaskSwitchContext()
-> taskSELECT_HIGHEST_PRIORITY_TASK()
-> listGET_OWNER_OF_NEXT_ENTRY()

當進入滴答定時器中斷服務函數時，如果發現就緒鏈表數組中的某個鏈表中鏈表項的數量大於 1 ，則表示該優先順序下有不止一個任務，此時就可以產生任務調度

當有任務調度產生的時候，會調用 vTaskSwitchContext() 和 taskSELECT_HIGHEST_PRIORITY_TASK() 兩個函數尋找當前的最高優先順序任務，但是系統中只有兩個優先順序相同的任務，因此最高優先順序仍然沒變，但是在這個優先順序下返回的任務卻變成了下一個

為什麼呢？

關鍵在於 listGET_OWNER_OF_NEXT_ENTRY() 函數，這個巨集函數每次調用會獲取鏈表中下一個鏈表項的 pvOwner 參數，由於是雙向鏈表，因此會不斷的迴圈鏈表中的鏈表項（兩個同等優先順序的任務），每次發生任務調度就會切換一次任務，所以就實現了時間片輪詢

3、實驗

3.1、測試

參考 FreeRTOS 簡單內核實現6 優先順序 "3.1、測試" 小節內容，將兩個任務的優先順序修改為一樣，然後在兩個任務中均使用軟體延時模擬任務連續運行，具體程式如下所示

/* main.c */
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "FreeRTOS.h"
/* USER CODE END Includes */

/* USER CODE BEGIN PV */
// 軟體延時
void delay(uint32_t count)
{
	for(;count!=0;count--);
}

TaskHandle_t Task1_Handle;
#define TASK1_STACK_SIZE                    128
StackType_t Task1Stack[TASK1_STACK_SIZE];
TCB_t Task1TCB;
UBaseType_t Task1Priority = 2;

TaskHandle_t Task2_Handle;
#define TASK2_STACK_SIZE                    128
StackType_t Task2Stack[TASK2_STACK_SIZE];
TCB_t Task2TCB;
UBaseType_t Task2Priority = 2;

// 任務 1 入口函數
void Task1_Entry(void *parg)
{
	for(;;)
	{
		HAL_GPIO_TogglePin(GREEN_LED_GPIO_Port, GREEN_LED_Pin);
		delay(10000000);
	}
}
// 任務 2 入口函數
void Task2_Entry(void *parg)
{
	for(;;)
	{
		HAL_GPIO_TogglePin(ORANGE_LED_GPIO_Port, ORANGE_LED_Pin);
		delay(10000000);
	}
}
/* USER CODE END PV */

/* USER CODE BEGIN 2 */
// 創建任務 1 和 2
Task1_Handle = xTaskCreateStatic((TaskFunction_t)Task1_Entry,
								 (char *)"Task1",
								 (uint32_t)TASK1_STACK_SIZE,
								 (void *)NULL,
								 (UBaseType_t)Task1Priority,
								 (StackType_t *)Task1Stack,
								 (TCB_t *)&Task1TCB);
														
Task2_Handle = xTaskCreateStatic((TaskFunction_t)Task2_Entry,
								 (char *)"Task2",
								 (uint32_t)TASK2_STACK_SIZE,
								 (void *) NULL,
								 (UBaseType_t)Task2Priority,
								 (StackType_t *)Task2Stack,
								 (TCB_t *)&Task2TCB );
// 啟動任務調度器，永不返回
vTaskStartScheduler();
/* USER CODE END 2 */

將 configUSE_TIME_SLICING 調整為 0 ，然後燒錄程式，仍然使用邏輯分析儀捕獲兩個 LED 的引腳電平，結果如下圖所示

可以發現在不啟用時間片輪詢時，由於兩個任務優先順序一致，並且兩個任務模擬連續運行，因此只有任務 Task2 被運行 （為什麼是 Task2 ?）

將 configUSE_TIME_SLICING 調整為 1，然後燒錄程式，仍然使用邏輯分析儀捕獲兩個 LED 的引腳電平，結果如下圖所示

可以發現，對於優先順序相同且連續運行的任務幾乎是在同時運行，其實是因為每個時間片（滴答定時器間隔）都發生了一次任務調度

3.2、待改進

當前 RTOS 簡單內核已實現的功能有

1. 靜態方式創建任務
2. 手動切換任務
3. 臨界段保護
4. 任務阻塞延時
5. 支持任務優先順序
6. 阻塞鏈表
7. 時間片輪詢

後續 RTOS 簡單內核可以增加

1. 任務間通信機制
   1. 信號量
   2. 互斥鎖
   3. 消息隊列
   4. ......
2. 其他功能
   1. 軟體定時器
   2. ......