适合裸机编程的极简任务调度器

1. Tsk 轻量级任务调度器的出现，为嵌入式开发者提供了介于 "纯裸机状态机" 与 "完整 RTOS" 之间的中间方案；2.用简单的 API 实现功能模块化，降低状态机设计复杂度，提升代码可维护性；

物语非~

815人浏览 · 2025-04-10 22:37:51

物语非~ · 2025-04-10 22:37:51 发布

@[TOC]适合裸机编程的极简任务调度器

一、Tsk任务调度器的特点

代码体积：核心代码不到 200 行 C 语言；
内存占用：每个任务控制块占用内存极小，占用的大小与定义的任务数量有关；
调度机制：采用非抢占式时间片轮询（Round-Robin），避免复杂的上下文切换开销，任务切换仅需修改当前任务指针;

二、裸机开发的模块化之痛

在嵌入式系统开发中，裸机环境下的程序设计往往面临着独特的挑战。传统方案依赖状态机实现功能集成，随着业务复杂度提升，代码会逐渐演变为交织的 “面条式逻辑”：事件处理与业务逻辑混杂、模块间耦合紧密、调试定位困难，移植时更需推倒重来。尽管 FreeRTOS 等实时操作系统提供了完善的任务管理方案，但其复杂的内核机制（如抢占式调度、任务同步组件）在资源受限的微控制器（如 8 位 / 16 位 MCU 或低功耗 32 位芯片）上显得臃肿，且对于大多数实时性要求不高的中小项目而言，引入完整 RTOS 可能带来不必要的资源消耗。

如何在 “轻量资源占用” 与 “模块化管理” 之间找到平衡？Tsk 轻量级任务调度器应运而生 —— 它专为裸机环境设计，以极小的内存开销实现任务级模块化管理，让开发者既能享受多任务编程的清晰架构，又无需背负完整 RTOS 的复杂度。

三、Tsk引入模块化架构

传统状态机将功能拆解为枚举状态与条件判断，随着状态数增加，代码可读性呈指数级下降。大多数裸机应用对实时响应要求不是太严格，满足响应需求即可；而对于高实时性(响应在us级别)，可通过硬件中断直接处理。Tsk 引入任务（Task）概念，每个任务是独立的功能模块，降低系统设计的复杂度，实现功能的高内聚低耦合，方便开发维护以及功能移植。

// 任务函数模板：需包含非阻塞式逻辑
void Tsk1LedRun(void)
{
    Led0Toggle();
    Led1Toggle();
}

//  main函数实现 任务的注册，并在循环里实现调度
int main() {

  HAL_Init();
  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();
  
  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();

  TskCreate(500, Tsk1LedRun); // 创建任务1， 500 毫秒翻转一次指示灯
  
  while (1)
  {
 
     TskLooperHandle();  // 调度器实现任务的调度
     
  }
  
    return 0;
}

这种设计将复杂的状态转移转化为线性的任务函数，配合全局任务列表管理，使模块间依赖清晰可控，代码维护成本显著降低。

四、Tsk代码介绍

tsk.h 头文件

#ifndef _TSK_H_
#define _TSK_H_ 

// 设置开销的任务数
#define TSK_FUNC_NUM          ( 5 )

// 定义函数指针类型
typedef void (*TSK_FUNC_CALLBACK)(void);


void TimerSoftTick(void);
unsigned long long TimerGetTimeStampMs(void);
unsigned int TimerGetTimeStampSec(void);

unsigned char TskCreate(unsigned int cycleTime, TSK_FUNC_CALLBACK callBack);
void TskDelete(TSK_FUNC_CALLBACK callBack);
void TskLooperHandle(void);

Tsk 使用说明

 1. 根据时间需求定义 任务数量 TSK_FUNC_NUM  ，数量越多影响内存的占用；    
 2. TimerSoftTick() 在毫秒定时中断里进行调用;
 3. TskCreate() 注册任务调用的周期和回调函数；
 4. 若有必要，使用 TskDelete() 进行指定任务回调函数销毁;
 5. TskLooperHandle() 在循环里进行调用；

Tsk 应用示例

/* USER CODE BEGIN 0 */

void Tsk1LedRun(void)
{
    Led0Toggle();
    Led1Toggle();
}

void Tsk2AdcSample(void)
{
    
   // 任务2 数据采集

}

void Tsk3Communicat(void)
{
    // 通信处理
   
}

void Tsk4LogicHandle(void)
{
    // 逻辑处理
   
}

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  
  /* USER CODE BEGIN 2 */

  /* USER CODE END 2 */

  TskCreate(500, Tsk1LedRun); // 创建任务1， 500 毫秒翻转一次指示灯
  TskCreate(10, Tsk2AdcSample); // 创建任务2， 10 毫秒采集一次数据
  TskCreate(10, Tsk3Communicat); // 创建任务3， 10 毫秒处理一次通信数据
  TskCreate(20, Tsk4LogicHandle); // 创建任务4， 20 毫秒处理一次逻辑数据

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

     TskLooperHandle();

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}