任務(wù)切換是多任務(wù)處理的全部?jī)?nèi)容。然而，由于以下原因，太多可能會(huì)破壞：

它增加了 RTOS 開(kāi)銷

它增加了功耗

它降低了響應(yīng)能力，尤其是低優(yōu)先級(jí)任務(wù)

它增加了調(diào)試的復(fù)雜性

它可能會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤

它可以抑制未來(lái)的擴(kuò)張

因?yàn)橐粋€(gè)好的 RTOS 在低端 50 MHz Cortex-M3 上每秒可以實(shí)現(xiàn)大約 50，000 次任務(wù)切換，所以第一個(gè)問(wèn)題對(duì)于大多數(shù)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)可能并不重要。然而，對(duì)于電池供電的設(shè)備，即使是很小的效率改進(jìn)也很重要。設(shè)備用戶可能會(huì)注意到低優(yōu)先級(jí)人機(jī)界面任務(wù)的響應(yīng)速度降低。不必要的任務(wù)切換會(huì)混淆已經(jīng)很復(fù)雜的調(diào)試過(guò)程，因此如果沒(méi)有其他原因的話，也是不可取的。

第五個(gè)原因尤為重要。如果您沒(méi)有意識(shí)到可能會(huì)發(fā)生任務(wù)切換，那么事情可能不會(huì)總是按照預(yù)期的順序發(fā)生。這可能會(huì)導(dǎo)致難以找到的零星錯(cuò)誤。最后，隨著新功能的添加，空閑時(shí)間可能會(huì)變得很寶貴，尤其是在處理器性能剛開(kāi)始的時(shí)候。有充分的理由減少過(guò)多的任務(wù)切換。讓我們看幾個(gè)。

優(yōu)先提升

一種流行的方法是在選擇運(yùn)行時(shí)自動(dòng)提高任務(wù)的優(yōu)先級(jí)。這在以下示例中顯示：

void sys_init（void） {

TCB_PTR t2a; // task a of priority 2

t2a = smx_TaskCreate（t2a_main， PRI_2， 500， SMX_FL_NONE， “t2a”）;

smx_TaskHook（t2a， t2a_entry， t2a_exit）;

smx_TaskStart（t2a）;

}

void t2a_entry（void） {

smx_TaskBump（self， 3）;

}

void t2a_exit（void） {

smx_TaskBump（self， 2）;

}

void t2a_main（void） {

while （1） {

// perform t2a function at priority 3

}

}

在此示例中，t2a_enter（） 由調(diào)度程序透明地調(diào)用，在 t2a 恢復(fù)之前，并且 t2a_exit（） 在 t2a 暫停之后類似地調(diào)用。t2a_enter（） 將 t2a 移動(dòng)到就緒隊(duì)列級(jí)別 3 的前面并將其優(yōu)先級(jí)提高到 3。t2a_exit（） 將 t2a 移動(dòng)到就緒隊(duì)列級(jí)別 2 的末尾并將其優(yōu)先級(jí)降低到 2。因此，t2a 不能被 a 搶占運(yùn)行時(shí)的優(yōu)先級(jí) 3 任務(wù)。但是具有更高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)可以搶占 t2a。在這種情況下，t2a 將回到優(yōu)先級(jí) 2，從而允許任何等待優(yōu)先級(jí) 3 的任務(wù)接下來(lái)運(yùn)行。

這種方法很有吸引力，因?yàn)橐坏?t2a 開(kāi)始運(yùn)行，就應(yīng)該允許它結(jié)束。但是，您可能想知道為什么不將 t2a 列為優(yōu)先級(jí) 3 的任務(wù)。優(yōu)先級(jí)提升的優(yōu)點(diǎn)是所有優(yōu)先級(jí)為 3 的任務(wù)將在 t2a 允許開(kāi)始之前運(yùn)行。然后它成為其中之一。這在三種情況下是有意義的：

t2a 是一個(gè)簡(jiǎn)短的任務(wù)

t2a 是一個(gè)重型切換器

t2a 是超級(jí)用戶

如果 t2a 是一項(xiàng)很長(zhǎng)的任務(wù)，那么將其提升到優(yōu)先級(jí) 3 并不是一個(gè)好主意，因?yàn)樗鼤?huì)影響真正的優(yōu)先級(jí) 3 任務(wù)的響應(yīng)能力。所以，t2a 應(yīng)該很短。

重型切換器的一個(gè)例子是浮點(diǎn)任務(wù)，與定點(diǎn)任務(wù)相比，它必須保存和恢復(fù)額外的 32 個(gè)寄存器。另一個(gè)例子是通過(guò)緩存從慢速內(nèi)存執(zhí)行的任務(wù)。然后，由于新任務(wù)使用不同的代碼和變量，重度切換表現(xiàn)為緩存未命中和重新加載。即使在緩存環(huán)境中，提升的任務(wù)也應(yīng)該很短。

如果 t2a 以比其他任務(wù)更高的功率級(jí)別運(yùn)行（例如，它在運(yùn)行時(shí)打開(kāi)外圍設(shè)備），則顯然將其運(yùn)行時(shí)間最小化是有益的，假設(shè)節(jié)能很重要。這是優(yōu)先級(jí)提升的一個(gè)很好的用途。

除了優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)之外，優(yōu)先級(jí)提升的另一個(gè)缺點(diǎn)是它增加了使用它的任務(wù)的切換開(kāi)銷。對(duì)于上面的示例，任務(wù)切換從每秒 50，000 次下降到 26，000 次，這不是問(wèn)題。

任務(wù)鎖定

任務(wù)鎖定是防止不必要的任務(wù)切換的另一種方法。以下示例說(shuō)明了這一點(diǎn)：

TCB_PTR t2a， t3a; // tasks

SCB_PTR sa; // semaphore

void t3a-main（void） {

smx_SemTest（sa）;

// do something

}

void t2a-main（void） {

smx_SemSignal（sa）;

}

這個(gè)例子除了說(shuō)明隱藏的任務(wù)切換之外沒(méi)有任何用處。由于 t3a 具有更高的優(yōu)先級(jí)，它首先運(yùn)行，然后等待信號(hào)量，sa。然后 t2a 運(yùn)行并向 sa 發(fā)出信號(hào)。t2a 并沒(méi)有像預(yù)期的那樣停止，而是立即被 t3a 搶占，它做某事，然后停止。然后，t2a 再次運(yùn)行，除了停止之外什么都不做。您現(xiàn)在可以看到這是一個(gè)浪費(fèi)的任務(wù)切換?？梢远覒?yīng)該通過(guò)以下方式加以預(yù)防：

void t2a-main（void） {

smx_TaskLock（）;

smx_SemSignal（sa）;

}

現(xiàn)在，在 t2a 停止并釋放其鎖定之前，t3a 無(wú)法搶占。請(qǐng)注意，這實(shí)際上是調(diào)度程序鎖定，但我更喜歡稱它為任務(wù)鎖定，因?yàn)檫@更能描述它的作用。

更少的優(yōu)先級(jí)

如果你發(fā)現(xiàn)你的系統(tǒng)做了太多的任務(wù)切換，最好簡(jiǎn)單地減少優(yōu)先級(jí)的數(shù)量。為此，您顯然需要一個(gè)允許任務(wù)共享優(yōu)先級(jí)的 RTOS。假設(shè)您有這樣的 RTOS，下一步是重新考慮相關(guān)的任務(wù)優(yōu)先級(jí)。

當(dāng)一項(xiàng)任務(wù)一直在等待時(shí)，它的緊迫性就會(huì)增加。降低優(yōu)先級(jí)意味著可能已經(jīng)搶占它的任務(wù)，從而使其等待更長(zhǎng)時(shí)間，現(xiàn)在將在它之后運(yùn)行。較低的優(yōu)先級(jí)實(shí)際上可以實(shí)現(xiàn)更流暢的操作，以及減少不必要的任務(wù)切換。

試圖過(guò)度控制活動(dòng)而不是讓它們自然發(fā)生是一種常見(jiàn)的沖動(dòng)。不太有力的控制可能更能適應(yīng)不可預(yù)見(jiàn)的情況，因此可能會(huì)產(chǎn)生更堅(jiān)固的解決方案。值得一試。

循環(huán)調(diào)度

在降低優(yōu)先級(jí)的過(guò)程中，引入相同優(yōu)先級(jí)的任務(wù)的循環(huán)調(diào)度可能會(huì)有所幫助。這可以按如下方式完成：

void t2a_main（void） {

while （smx_TestSem（sa）） {

// do function a

smx_TaskBump（self， NO_PRI_CHG）;

}

}

void t2b_main（void） {

while （smx_TestSem（sb）） {

// do function b

smx_TaskBump（self， NO_PRI_CHG）;

}

}

當(dāng)每個(gè)任務(wù)完成一些工作時(shí)，它會(huì)將自己撞到就緒隊(duì)列級(jí)別 2 的末尾，以便其他任務(wù)可以運(yùn)行，如果它有工作的話。如果兩個(gè)任務(wù)都沒(méi)有工作，則兩者都將在各自的信號(hào)量上掛起，并且可以運(yùn)行優(yōu)先級(jí)較低的任務(wù)。當(dāng)然，更高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)可以隨時(shí)搶占 t2a 和 t2b。在這個(gè)例子中，這兩個(gè)任務(wù)可能大部分時(shí)間都在等待工作。但是當(dāng)他們的工作量增加時(shí)，他們會(huì)交替工作，從而公平地關(guān)注所有客戶。

不可搶占的任務(wù)

通常一次性任務(wù)（沒(méi)有像普通任務(wù)那樣的內(nèi)部循環(huán)）非常短，使它們不可搶占是有意義的，如下所示：

TCB_PTR t2a;

t2a = smx_TaskCreate（t2a_main， PRI_2， 0， SMX_FL_LOCK， “t2a”）;

smx_TaskStart（t2a）;

void t2a_main（void） {

// do something simple and stop

}

因?yàn)?t2a 是在創(chuàng)建時(shí)設(shè)置了它的 start-locked 標(biāo)志，所以它在開(kāi)始運(yùn)行時(shí)將被鎖定，因此在它停止或自行解鎖之前是不可搶占的。這類任務(wù)非常適合更改關(guān)鍵控制結(jié)構(gòu)之類的事情，因此您不希望它們被搶占。如果這樣的任務(wù)要等待某個(gè)東西，它就會(huì)失去它的鎖，從而變成可搶占的。

在許多情況下，優(yōu)先級(jí)提升對(duì)于提高系統(tǒng)性能很有用。然而，更簡(jiǎn)單的方法，如任務(wù)鎖定、降低優(yōu)先級(jí)、循環(huán)調(diào)度和使用非搶占式任務(wù)在某些情況下也很有效。

審核編輯：郭婷