一、任務狀態概述

在實時操作系統（RTOS）中，任務通常具有以下幾種基本狀態：

• Running（運行態）：任務正在 CPU 上實際執行。單核系統中同一時刻最多只有一個任務處于運行態。

• Ready（就緒態）：任務已具備執行條件，等待被調度器選中并獲得 CPU 使用權。

• Blocked（阻塞態）：任務因等待外部事件（如延時、信號量、消息等）而無法繼續執行，主動讓出 CPU。

• Suspended（掛起態）：任務被強制暫停，不參與任何調度，必須顯式恢復才能回到就緒態。

二、各狀態詳解與轉換關系

1. Running（運行態）

• 含義：任務正在 CPU 上執行。

• 轉換條件：

  • 由就緒態被調度器選中進入運行態。

  • 可因時間片用完、被更高優先級任務搶占或主動阻塞而離開運行態。

2. Ready（就緒態）

• 含義：任務已準備好，等待調度器分配 CPU。

• 轉換條件：

  • 由阻塞態（事件發生）、掛起態（被恢復）或任務創建時進入。

  • 被調度器選中后進入運行態。

3. Blocked（阻塞態）

• 含義：任務等待某一事件（如延時、信號量、消息等），期間不占用 CPU。

• 轉換條件：

  • 由運行態主動調用阻塞類函數（如?vTaskDelay()）進入。

  • 等待的事件發生后回到就緒態。

4. Suspended（掛起態）

• 含義：任務被強制暫停，不參與調度。

• 轉換條件：

  • 由其他任務調用?vTaskSuspend()?進入。

  • 由其他任務調用?vTaskResume()?恢復至就緒態。

三、狀態轉換流程圖示意

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[任務創建] → [Ready] → [Running] ↓          ↑          ||          |          ↓
[Suspended] ← [Blocked] ← [主動阻塞或事件等待]

四、調度機制詳解

1. 調度原則

• 相同優先級的任務按時間片輪流執行（Round-Robin）。

• 高優先級任務可搶占低優先級任務。

• 多個最高優先級任務并存時，它們之間輪流執行。

2. 就緒隊列與鏈表結構

RTOS 使用數組（或鏈表）管理就緒任務，每個優先級對應一個鏈表，鏈表中存儲該優先級下所有就緒任務的 TCB（任務控制塊）。

• pxCurrentTCB?指針指向當前正在運行的任務的 TCB。

• 新創建的任務通過尾插法加入對應優先級的就緒鏈表。

3. 調度過程

• 調度器從最高優先級向下查找第一個非空就緒鏈表。

• 從該鏈表中選取下一個任務（如使用時間片輪轉則選取下一個節點）。

• 進行上下文切換，使該任務進入運行態。

4. 阻塞與延時機制

• 調用?vTaskDelay()?會使任務從運行態進入阻塞態。

• 任務被移至延遲鏈表，由 Tick 中斷定時檢查是否到期。

• 到期后任務被重新移回就緒鏈表。

5. 掛起機制

• 掛起的任務被移至掛起鏈表，不受 Tick 中斷影響。

• 必須顯式調用?vTaskResume()?才能恢復至就緒態。

五、TCB 與任務句柄的關系

1. TCB（Task Control Block）

• 是內核內部用于描述任務狀態的數據結構。

• 包含棧指針、任務狀態、優先級、事件列表、延時信息等。

• 對用戶不可見，由內核維護。

2. 任務句柄（Task Handle）

• 是指向 TCB 的指針，作為用戶與內核交互任務的憑證。

• 通過?xTaskCreate()?等函數返回，用于后續操作（如掛起、恢復、修改優先級）。

示例代碼：

c

TaskHandle_t xHandle;
xTaskCreate(vTask, "Task", 1024, NULL, 1, &xHandle);
// 此后可通過 xHandle 操作該任務

六、使用注意事項與常見誤區

1. 避免空循環延時

• 在 RTOS 中，應使用?vTaskDelay()?而非?while(1)?進行延時。

• 空循環會持續占用 CPU，導致低優先級任務無法執行，破壞系統實時性。

2. 狀態轉換需顯式調用

• 阻塞、掛起等狀態轉換需通過相應 API 實現，不能直接修改 TCB。

3. 優先級設置需合理

• 過高優先級可能導致低優先級任務饑餓；過低可能無法及時響應。

七、總結

理解任務狀態及其轉換機制是掌握 RTOS 多任務調度和資源管理的基礎。合理使用阻塞、掛起等功能，能顯著提升系統效率和實時性。