本节来讲一讲FreeRTOS的任务调度，这是操作系统最核心的功能。

FreeRTOS支持的任务调度方法有抢占式、协作式、时间片轮转，下面分别来讲解。

1）协作式调度

协作式的调度方式，其本质上是任务在运行一段时间后，自己放弃CPU运行权，让其他任务运行。

在FreeRTOS里，是通过taskYIELD()这个函数实现放弃CPU的。一个典型的协作式任务是在while(1){}大循环的最后，调用taskYIELD()去主动放弃CPU；这时其他处于就绪态的最高优先级的任务才可能运行；如果其他任务都不在就绪状态，那么仍然回到taskYIELD()后面继续运行原来的任务。

在FreeRTOS里taskYIELD()是一种放弃CPU执行权的方法，还可以使用我们前面讲的延时函数vTaskDelay，以及后面会讲到的等待信号量、消息队列等等。

我们以一个例子来试验一下协作式的调度方式。

和前几节一样，我们利用cubemx创建工程，创建三个任务，default任务优先级低，Task02和Task03优先级都为高：

在生成的keil工程中，在FreeRTOSConfig.h文件中，将如下宏configUSE_PREEMPTION定义为0，就使能了协作式调度：

三个任务的执行代码如下所示，都是打印输出，然后延时100ms：

注意这里的延时是HAL库的延时，是不放弃CPU的，也就是一旦某个任务取得了CPU执行权，它就一直占用，不会退出。

执行结果如下图，只有task03在运行，task02和defaulttask都没有执行：

这说明了协作式的调度，是需要任务自己放弃CPU的，否则其他任务不能得到运行机会。​

现在我们把任务都更改一下，在每个任务的while(){}最后，添加taskYIELD();主动放弃CPU：

执行结果如下：

可以发现，现在task02和task03都有执行，而defaulttask没有执行。

这是因为task03在执行完后，通过taskYIELD();放弃了CPU；

此时task02和defaulttask都有机会运行，但是task02优先级高，所以task02获得了运行机会；

task02运行完之后，也是通过taskYIELD();放弃了CPU，此时task03和defaulttask有机会运行，但是task03优先级高，task03又获得了运行权。

这样循环执行，由于defaulttask优先级低，它总是得不到运行机会。

如果想要所有任务都执行到，一种可行的方法是使用vTaskDelay指定放弃CPU的时间，如task02中放弃200周期、tack03中放弃100周期，那么当这两个任务都被挂起时，defaulttask就获得了运行权。（这里就不测试了，有兴趣的可以自行添加代码试验）。

协作式调度和裸机编程里的状态机思想是一样的，都是运行一段时间后，主动将CPU运行权让给其他任务或函数。它的优点是占用资源少，但是缺点也很明显，需要用户在任务中规划好运行时间，适当的时候让出CPU，这会加大应用程序的设计难度。

一般来讲，协作式调度应用在资源紧张的处理器上比较合适，如果处理器的资源能支持运行操作系统，只用协作式调度有点大材小用，所以，使用freeRTOS时，最重要的调度方式还是时间片轮转和抢占式。

2）时间片轮转调度

时间片轮转的调度方法，是让相同优先级的几个任务轮流运行，每个任务运行一个时间片，任务在时间片运行完之后，操作系统自动切换到下一个任务运行；在任务运行的时间片中，也可以提前让出CPU运行权，把它交给下一个任务运行（这一点和协作式类似）。

FreeRTOS的时间片固定为一个时钟节拍，由configTICK_RATE_HZ这个宏设置：

接下来，我们也以一个例子来说明时间片轮转的效果：

仍然利用上面那个工程文件，做如下改动：

把configUSE_PREEMPTION宏定义重新改为1，关闭协作式调度：

另外，搜索全工程，看看有无定义configUSE_TIME_SLICING，如果没有，就添加如下定义，开启时间片轮转调度：

（cubemx生成的工程默认已经定义，在FreeRTOS.h这个文件中）

这样就开启了时间片轮转调度功能。

任务代码中，去掉taskYIELD()，各任务都不主动放弃CPU：

运行结果如图：

可以看到，虽然各个任务都没有主动放弃CPU执行权，但是同为高优先级的task02和task03，都得到了运行的机会；只有低优先级的defaulttask没有执行到。这是因为操作系统对两个高优先级的任务使用了时间片轮转调度，轮流得到了执行。

假如关闭时间片轮转调度功能，即把configUSE_TIME_SLICING宏定义去除或定义为0：

仍然运行上面几个任务，结果如下：

可以看到，task03一直占用了CPU，同优先级的task02没有机会运行。

3）抢占式调度

抢占式调度，是最高优先级的任务一旦就绪，总能得到CPU的执行权；它抢占了低优先级的运行机会。在抢占式调度系统中，总是运行最高优先级的任务。

抢占式调度的特点在于，可以使得一些需要实时运行的任务，能在较短的时间内获得CPU执行权，保证这些实时任务及时执行。

在FreeRTOS中，抢占式调度，与时间片轮转可以同时存在；当有高优先级任务就绪时，运行高优先级任务；当最高优先级的任务有好几个时，这几个任务可以以时间片轮转方式调度。

下面，我们来试验一下抢占式调度方式：

把configUSE_PREEMPTION宏定义设置为1，开启抢占式调度（也就是关闭协作式调度）：

为了减少打印函数阻塞对延时计数的影响，把时钟节拍设置为10ms：

（时间片太短打印函数还未执行完就被切换到其他任务，会导致打印出错）

任务执行函数做如下修改：

低优先级的Defaulttask一直占用CPU，不会主动放弃执行权；task02执行一次，放弃500ms的执行权；task03执行一次，放弃1000ms执行权：

运行结果如下图：

首先task03和task02执行时间片轮转，各执行了一次；然后它们都放弃了CPU执行权，defaulttask得到了执行，在500ms内，它有可以执行3次；

到500ms时，task02第一次延时时间到，恢复就绪态，task02抢占了CPU执行，执行完打印后，又进行延时放弃CPU；defaulttask得到了执行；

到100ms时，task03第一次恢复就绪，task02第二次恢复就绪，都各执行了一遍；之后又让出CPU；defaulttask得到了执行；依此不断循环。

由此可以看出，开启了抢占式和时间片轮转两种调度算法时，高优先级的任务一旦就绪，就能抢占低优先级的CPU执行权；如果有两个同优先级的任务都可以运行，则它们之间是时间片轮转方式调度。

抢占式调度和时间片轮转两种任务的切换方式，可以说是FreeRTOS系统最核心的功能，它使得我们可以很方便地编写多任务程序，大家一定要理解它的使用方法。

好了，本节的内容就到这里了。

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