转载 关于多线程工作(2)

图 6 CPU运行情况示意图
CPU运行情况如图 6 所示，黑色区域表示 CPU进程，系统启动后， CPU将无休止的运行，
CPU资源将如何分配呢？程序首先进入“任务切换”进程，如果当前没有任务就绪，就在任
务切换进程循环（也可以理解为空闲进程），定时中断将 CPU 当前进程打断，在定时中断进
程可能让某些任务就绪，中断返回任务切换进程，很快会进入就绪任务 0，CPU“关照”完
任务 0，再次回到任务切换进程，如果还有其它任务就绪，还会再次进入其它任务，没有任
务就循环等待，定时中断会不断让新的任务就绪，CPU 也会不断进入任务“关照” 。这样不
同的任务就会获得不同的CPU资源，每一个任务都像是拥有一个独立的CPU 为之服务。
从这种进程切换我们可以看出，在定时中断和任务切换过程中，额外的占用了一些 CPU
资源， 这就是定时中断频度不宜太快， 否则将大大降低CPU的有效资源率， 当然太慢也不行。
另外就是 CPU每次关照任务的时间不能太长，如果超过一个中断周期，就会影响到其它任务
的实时性。所谓的实时性就是按定时中断设定的节拍，准时得到CPU关照。这样，每一个子
任务就必须简单，每次“关照”时间最好不要超过定时中断节拍周期（5ms 或 10ms，初学者
要对 ms 有一个概念，机器周期为 us 级的单片机，1ms 可以执行上千条指令，对于像数码管
扫描，键盘扫描，LCD显示等常规任务都是绰绰有余的，只是遇到大型计算，数据排序就显
得短了）
关于任务优先级的问题：一个复杂系统，多个任务之间总有“轻重缓急”之区别，那些
需要严格实时的任务通常用中断实现，中断能够保证第一时间相应，我们这里讨论的不是那
种实时概念，是指在最大允许时差内能够得到 CPU“关照” ，例如键盘扫描，为了保证较好
的操作效果，快的/慢的/长的/短的（不同人按键不一样）都能够正确识别，这就要保证足够
的扫描速度，这种扫描速度对不同的按键最好均等，如果我们按 50Hz 来设计，那么就要保
证键盘扫描速度在任何情况下都能够做到 50Hz 扫描频度，不会因为某个新任务的开启而被
破坏，如果确实有新的任务有可能破坏这个 50Hz 扫描频度，我们就应该在优先级安排上让
键盘扫描优先级高于那个可能影响键盘扫描的任务。这里体现的就是当同时多个任务就绪时，
最先执行哪个的问题，任务调度时要优先执行级别高的任务。
关于“长”任务的问题：有些任务虽然很独立，但完成一次任务执行需要很长时间，例
如 DS18B20，从复位初始化到读回温度值，最长接近 1s，这主要是 DS18B20 温度传感器完
成一次温度转换需要500 到 750ms，这个时间对 CPU 而言，简直是太长了，就像一件事情需
要我们人等待 10 年一样，显然这样的任务是其它任务所耽搁不起的。像类似 DS18B20 这样
的器件（不少 ADC 也是这样） ，怎么设计任务体解决“长”的问题。进一步研究这些器件发
现，真正需要CPU“关照”它们的时间并不长，关键是等待结果要很长时间。解决的办法就
是把类似的器件驱动分成多个段：初始化段、启动段、读结果段，而在需要花长时间等待时
间段，不要 CPU关照，允许 CPU去关照其它任务。


将一个任务分成若干段，确保每段需要CPU 关照时长小于定时器
中断节拍长，这样CPU在处理这些长任务时，就不会影响到其它任务的执行。