【第21期】任务拆分：从Super Loop到模块化Task

核心目标：解耦。让不同功能的代码在各自的平行时空中运行，不再相互掣肘。

1. 裸机时代的痛：超级循环 (Super Loop)

在裸机开发中，我们的 main 函数通常长这样

void main(void) {
    Init();
    while (1) {
        Scan_Keys();       // 1. 扫按键 (快)
        Read_Sensors();    // 2. 读传感器 (中)
        PID_Compute();     // 3. 算控制量 (快)
        Update_Display();  // 4. 刷屏幕 (慢，极慢！)
        Report_UART();     // 5. 报数据 (慢)
    }
}

逻辑死结： Update_Display() 是个“耗时大户”。假设刷新整个屏幕需要 30ms（对于 SPI 屏很正常）。 这意味着，你的 Scan_Keys() 和 PID_Compute() 也就是每 30ms 才能执行一次。

• 按键体验：可能会觉得肉肉的，不灵敏。

• PID 控制：控制周期不稳定，甚至太长导致系统震荡。

为了解决这个问题，裸机高手会把按键和 PID 放到定时器中断里。但中断里不能干太多事，否则主循环又跑不动了。这就是耦合 (Coupling) —— 一个模块的性能瓶颈，拖累了整个系统。

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2. RTOS 拆分原则：各司其职

在 RTOS 中，我们将上述逻辑拆解为独立的任务 (Task)。每个任务都有自己的 while(1)，自己的栈空间，以及最重要的——优先级。

实战拆分案例：智能温控器

我们至少应该拆分为 3 个任务：

任务 A：交互任务 (Task_HMI)

• 职责：负责按键扫描、旋钮读取。

• 优先级：高 (High)。

• 逻辑：人的操作是最需要即时反馈的。无论 CPU 在干什么，只要用户按了键，系统必须立刻响应（比如置个标志位或发个信号）。

任务 B：控制任务 (Task_Control)

• 职责：读取传感器、跑 PID 算法、控制继电器/电机。

• 优先级：中 (Medium) 或 高 (High)。

• 逻辑：这是产品的核心业务，必须保证稳定的采样和计算周期（例如严格的 10ms）。可以使用 vTaskDelayUntil 来保证绝对周期。

任务 C：显示任务 (Task_Display)

• 职责：刷新 LCD 界面、打印串口日志。

• 优先级：低 (Low)。

• 逻辑：这是最耗时且最不紧急的工作。屏幕每秒刷 10 帧还是 20 帧，对功能没影响。只有当按键没按下、PID 也没在算的时候，CPU 才会来刷屏。

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3. 代码形态的对比

RTOS 下的代码结构：

// 1. 显示任务 (低优先级)
void Task_Display(void *pvParam) {
    while(1) {
        // 慢慢刷，不用担心阻塞别人
        LCD_DrawString("Temp: 25.5"); 
        vTaskDelay(100); // 10FPS 足够了
    }
}

// 2. 控制任务 (高优先级)
void Task_Control(void *pvParam) {
    TickType_t xLastWakeTime = xTaskGetTickCount();
    while(1) {
        // 严格每 10ms 执行一次
        float temp = Read_ADC();
        float out = PID_Calc(temp);
        Motor_Set(out);
        
        // 绝对延时
        vTaskDelayUntil(&xLastWakeTime, 10); 
    }
}

神奇的效果： 当 Task_Display 正在努力画图（执行那几千行 SPI 传输代码）时，如果 10ms 时间到了，RTOS 会强行打断画图任务，切换到 Task_Control 去算 PID。算完后，再切回来继续画图。

• PID 工程师：我的算法周期稳如泰山。

• UI 工程师：我终于可以用复杂的动画效果了，不用担心卡死按键。

这就是抢占式调度 (Preemptive Scheduling) 的魅力。

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4. 警惕反模式：上帝任务 (God Task)

新手常犯的一个错误是：虽然用了 RTOS，但只创建了一个任务，然后把原来的裸机 while(1) 代码原封不动地拷进去。

// 错误示范：上帝任务
void Task_App(void *pvParam) {
    while(1) {
        Scan_Keys();
        PID();
        Display();
        vTaskDelay(10);
    }
}

这就失去了 RTOS 的所有意义。如果你发现你的某个任务代码行数超过了 500 行，或者它既管硬件又管界面还管算法，请立刻把它拆分。

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关键点总结

1. 解耦：将快任务（按键、控制）与慢任务（显示、日志）分离。

2. 优先级：紧急的给高优先级，耗时的给低优先级。

3. 各扫门前雪：每个任务只关注自己的逻辑，不用再担心“我这一行代码会不会卡死整个系统”。

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 * 本文为作者《嵌入式开发基础与工程实践》系列文章之一。
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