UCOS-III 任务调度与任务状态

一、任务调度简介

1. 什么是任务调度

调度器的作用，就是决定 当前应该让哪个任务占用 CPU 运行。

在 UCOS-III 中，任务调度的核心目标是：

• 保证高优先级任务优先运行
• 在同优先级任务之间实现公平调度
• 当任务状态变化时，能够及时切换任务

二、UCOS-III 的两种任务调度方式

UCOS-III 支持两种任务调度方式：

• 抢占式调度
• 时间片调度

1. 抢占式调度

基本概念

抢占式调度主要针对 不同优先级任务。 高优先级任务一旦进入就绪态，就可以立即抢占低优先级任务的 CPU。

特点

• 高优先级任务优先执行
• 只要有更高优先级任务就绪，当前任务就会被抢占
• 低优先级任务不能阻止高优先级任务运行
• 被抢占任务会回到就绪态，等待下次调度

例子

假设有 3 个任务：

• Task1：最低优先级
• Task2：中等优先级
• Task3：最高优先级

运行过程：

1. Task1 先运行
2. Task2 进入就绪态后，抢占 Task1
3. Task3 进入就绪态后，再抢占 Task2
4. 若 Task3 挂起或延时，系统重新选择当前最高优先级就绪任务，可能切回 Task2
5. 若 Task2 也不能运行，再切回 Task1

结论

抢占式调度的本质是：

始终让当前所有就绪任务中优先级最高的任务运行。

2. 时间片调度

基本概念

时间片调度主要针对 相同优先级任务。 当多个同优先级任务都处于就绪态时，调度器按时间片轮流让它们运行。

特点

• 仅适用于同优先级任务
• 同优先级任务轮流执行
• 每个任务运行一个时间片后切换
• 体现的是同优先级任务之间的公平性

例子

假设有 3 个任务：

• Task1
• Task2
• Task3

并且：

• 三者优先级相同
• 都在同一个就绪列表中
• 每个任务默认时间片为 100

运行过程：

1. Task1 运行 100 个 tick 后切换到 Task2
2. Task2 运行 100 个 tick 后切换到 Task3
3. 若 Task3 运行中挂起或等待事件，则不再继续消耗时间片，直接切换到下一个可运行任务
4. 之后系统再回到 Task1，循环执行

关键细节

• 时间片大小由 系统时钟节拍（tick） 决定
• 每个任务可以设置自己的时间片长度
• 若任务未用完时间片就挂起、延时或等待，剩余时间片不会保留到下次
• 时间片调度不是替代优先级调度，而是补充同优先级任务间的轮转机制

结论

时间片调度的本质是：

在相同优先级的多个就绪任务之间轮流分配 CPU 时间。

三、时间片与系统时钟节拍的关系

时间片是以 系统时钟节拍（tick） 为单位的。

• 系统会周期性产生 tick
• 每来一次 tick，当前任务的时间片计数减 1
• 当时间片减到 0 时，如果还有同优先级任务就绪，就发生轮转切换

例如：

• 默认时间片为 100
• 表示任务最多连续运行 100 个 tick
• 到第 100 个 tick 后，切换到同优先级的下一个任务

因此可以理解为：

时间片 = 任务在一次轮转中允许连续占用 CPU 的 tick 数。

四、任务状态

1. 运行态

任务正在 CPU 上执行时，称为 运行态。

特点：

• 同一时刻通常只有一个任务处于运行态
• 运行态任务是当前被调度器选中的任务
• 在 STM32 这类单核系统中，同一时刻只能有一个任务真正执行

2. 就绪态

任务已经具备运行条件，但尚未获得 CPU，称为 就绪态。

特点：

• 随时可以运行
• 一旦成为当前最高优先级就绪任务，就会进入运行态
• 就绪态任务通常保存在就绪列表中

3. 挂起态

任务因延时或等待某个事件、信号量、消息等而暂时不能运行时，进入 挂起态。

特点：

• 暂时不具备运行条件
• 不参与 CPU 竞争
• 等待条件满足后，才会重新进入就绪态

4. 休眠态

任务已经从系统调度管理中移除时，可理解为 休眠态，通常对应任务被删除。

特点：

• 不再参与调度
• 不再进入就绪列表
• 若想再次运行，一般需要重新创建

5. 中断态

当正在运行的任务被中断打断，CPU 转去执行中断服务函数时，系统处于 中断态。

特点：

• 中断态不是普通任务运行
• 中断结束后，系统重新决定恢复哪个任务
• 若中断期间有更高优先级任务进入就绪态，则中断退出后可能不会回到原任务，而是直接切换到更高优先级任务

五、任务状态之间的转换规律

基本规律

1. 新创建任务，初始状态都是就绪态
2. 被删除任务，会转为休眠态
3. 只有就绪态和中断恢复后，任务才可能进入运行态
4. 挂起态、休眠态不能直接进入运行态，必须先回到就绪态

常见状态转换

• 创建任务：就绪态
• 获得 CPU：就绪态 -> 运行态
• 被高优先级任务抢占：运行态 -> 就绪态
• 延时 / 等待事件：运行态 -> 挂起态
• 等待条件满足：挂起态 -> 就绪态
• 被删除：活动状态 -> 休眠态
• 被中断打断：运行态 -> 中断态
• 中断结束：中断态 -> 某个就绪任务的运行态

六、跟踪任务状态的三大核心列表

1. 就绪列表

对应名称：OSRdyList[x]，其中 x 表示任务优先级。

1
struct os_rdy_list {
2
    OS_TCB    *HeadPtr;
3
    OS_TCB    *TailPtr;
4
#if (OS_CFG_DBG_EN > 0u)
5
    OS_OBJ_QTY NbrEntries;
6
#endif
7
};

例如，调度器启动时会取最高优先级就绪任务：

1
OSTCBHighRdyPtr = OSRdyList[OSPrioHighRdy].HeadPtr;

作用

保存所有 处于就绪态的任务。

含义

• 不同优先级对应不同的就绪列表
• 同一优先级的多个任务挂在同一个 OSRdyList[x] 上
• 调度器总是从所有非空就绪列表中，选出优先级最高的那个列表中的任务运行

关键理解

• 不同优先级之间：靠抢占式调度决定
• 相同优先级之间：在同一个 OSRdyList[x] 中进行时间片轮转

2. Tick 列表

对应名称：OSTickList

1
struct os_tick_list {
2
    OS_TCB    *TCB_Ptr;
3
#if (OS_CFG_DBG_EN > 0u)
4
    OS_OBJ_QTY NbrEntries;
5
    OS_OBJ_QTY NbrUpdated;
6
#endif
7
};

作用

保存所有 因延时而等待超时的任务。

典型场景

• 任务调用延时函数后进入等待
• 每次 tick 到来时，系统检查这些任务是否超时
• 超时后，任务再转回就绪态

本质

OSTickList 用于管理 时间相关等待任务。

3. 挂起列表

对应名称：PendList

作用

保存所有 等待同步对象或事件的任务。

典型场景

• 等待信号量
• 等待消息队列
• 等待事件标志组
• 等待互斥锁或其他资源

本质

PendList 用于管理 事件相关等待任务。

PendList 三个典型例子

1. 等待信号量 Semaphore

场景

• TaskA：读取传感器
• TaskB：处理数据
• TaskB 必须等待 TaskA 采集完成

创建信号量

1
OS_SEM DataSem;
2
OSSemCreate(&DataSem, "DataSem", 0);

初始值为 0，表示当前没有数据。

TaskB 等待信号量

1
OSSemPend(&DataSem, 0, OS_OPT_PEND_BLOCKING, 0, &err);

若信号量为 0，则 TaskB 从运行态进入挂起态，并加入 DataSem 的 PendList：

1
DataSem PendList
2

3
HeadPtr
4
   |
5
   v
6
+-------+
7
| TaskB |
8
+-------+

TaskA 释放信号量

1
OSSemPost(&DataSem, OS_OPT_POST_1, &err);

系统会执行：

1. 从 PendList 移除 TaskB
2. 将 TaskB 放入 OSRdyList
3. 若 TaskB 优先级更高，则立即运行

2. 等待消息队列 Queue

场景

• TaskA：接收串口数据
• TaskB：处理数据

TaskB 等待消息

1
msg = OSQPend(&MsgQueue, 0, OS_OPT_PEND_BLOCKING, &msg_size, 0, &err);

如果队列为空，TaskB 会进入 MsgQueue 的 PendList：

1
MsgQueue PendList
2

3
HeadPtr
4
   |
5
   v
6
+-------+
7
| TaskB |
8
+-------+

TaskA 发送消息

1
OSQPost(&MsgQueue, data, sizeof(data), OS_OPT_POST_FIFO, &err);

系统会执行：

1. 从 PendList 取出 TaskB
2. 将 TaskB 放入 OSRdyList
3. TaskB 重新参与调度并可能立即运行

3. 等待互斥锁 Mutex

场景

两个任务都要访问 LCD，需要互斥保护。

TaskA 获得锁

1
OSMutexPend(&LCDMutex, 0, OS_OPT_PEND_BLOCKING, 0, &err);

此时 TaskA 获得 LCDMutex。

TaskB 申请锁

1
OSMutexPend(&LCDMutex, 0, OS_OPT_PEND_BLOCKING, 0, &err);

由于锁已被 TaskA 占用，TaskB 会进入 LCDMutex 的 PendList：

1
LCDMutex PendList
2

3
HeadPtr
4
   |
5
   v
6
+-------+
7
| TaskB |
8
+-------+

TaskA 释放锁

1
OSMutexPost(&LCDMutex, OS_OPT_POST_NONE, &err);

系统会执行：

1. 将 TaskB 从 PendList 移除
2. 让 TaskB 获得互斥锁
3. 将 TaskB 放入 OSRdyList

七、总结

UCOS-III 的任务调度可以概括为两层机制：

• 不同优先级任务：采用 抢占式调度
• 相同优先级任务：采用 时间片轮转调度

任务运行过程中，系统主要围绕以下三类链表管理任务状态：

• OSRdyList：管理就绪任务
• OSTickList：管理延时等待任务
• PendList：管理事件等待任务

因此可以把 UCOS-III 的调度逻辑概括为：

高优先级优先，同优先级轮转；等待条件满足后重新进入就绪态，再由调度器决定是否运行。

Thanks for reading!

UCOSIII 专栏 01：任务调度与任务状态

周二 2月 03 2026

2379 字 · 10 分钟

嵌入式 UCOSIII专栏 UCOSIII RTOS 调度器

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© Blueaoi | CC BY-NC-SA 4.0

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