單片機在系統中充當CPU的角色，需要同時處理多個事務。如與PC機通信，將收到的信息轉發給從機，監視數據處理情況等一些繁雜而又重要的事情。如何協調好各個事務之間的關系，并有條不紊的執行各個事務，這就需要在編寫程序時采用合適的算法進行處理。

一般的方法就是在單片機中移植操作系統，由操作系統來管理各個事務。但由于系統要占用一定的內部資源，這對本身資源非常有限的單片機來說是不現實的。所以，很少在單片機中采用操作系統，而是采用時間片輪詢調度的方法進行各任務的管理。

時間片，簡單來說就是CPU分配給各個程序的時間，使各個程序從表面上看是同時進行的，而不會造成CPU資源浪費。

在宏觀上：我們可以同時打開多個應用程序，每個程序并行不悖，同時運行。但是在微觀上：由于只有一個CPU，一次只能處理程序要求的一部分，如何處理公平，一種方法就是引入時間片，每個程序輪流執行。

時間片輪詢調度是一種古老而又簡單的算法，廣泛運用于無操作系統的微處理器中。在系統中，每個進程被分配一個時間段，稱作時間片，即該進程允許運行的時間。

如果在時間片結束時進程還在運行，則CPU將被剝奪并分配給另一個進程。如果進程在時間片結束前阻塞或結束，則CPU當即進行切換。調度程序所要做的就是維護一張就緒進程列表，當進程用完它的時間片后，它被移到隊列的末尾。

時間片輪詢調度中有趣的一點是如何確定時間片的長度。從一個進程切換到另一個進程是需要一定時間的，因為要保存和裝入寄存器值及內存映像等保護現場的工作，更新各種表格和隊列等。假如進程切換，有時稱為上下文切換，需要的時間為5毫秒，再假設時間片長度設定為20毫秒，則在做完20毫秒有用的工作之后，CPU將花費5毫秒來進行進程切換。CPU時間的20%被浪費在了管理開銷上。

進程切換時間一定的情況下，如果時間片長度設定的越小時，這種浪費更明顯。所以，時間片長度與CPU利用率是一對不可調和的矛盾，必須處理好它們之間的關系。

為了提高CPU效率，我們可以將時間片長度設得大一些，這時浪費的時間只有就會相對減小。但在一個分時系統中，各個任務對時間片長度的要求是不一致的。例如在一個系統中，可能要求每秒鐘更新一下顯示內容，每幾十毫秒要掃描一下按鍵，每幾毫秒要檢測一下串口緩沖區等……可見，各個任務對時間的依賴程度是不一樣的。如果時間片設得太長，某些對實時性要求高的任務可能得不到執行，使得系統的實時性變差。

總之，時間片的設定應滿足對實時性要求最高的那個任務，這樣才能確保每個任務都可以及時得到執行而不被錯過。

時間片輪轉調度算法基本原理

在早期的時間片輪轉法中，系統將所有的就緒進程按先來先服務的原則，排成一個隊列，每次調度時，把CPU分配給隊首進程，并令其執行一個時間片。

時間片的大小從幾ms到幾百ms.當執行的時間片用完時，由一個計時器發出時鐘中斷請求，調度程序便據此信號來停止該進程的執行，并將它送往就緒隊列的末尾;然后，再把處理機分配給就緒隊列中新的隊首進程，同時也讓它執行一個時間片。這樣就可以保證就緒隊列中的所有進程，在一給定的時間內，均能獲得一時間片的處理機執行時間。

單片機時間片輪詢和時間調度的區別

單片機時間片輪詢和時間調度是兩個與任務管理相關的概念，它們在實現方式和目的上存在一些區別。

時間片輪詢是一種任務調度方法，它將時間分時，分別分配給不同的任務去執行任務。每個任務被分配一個時間段，即時間片，用于執行其操作。當時間片結束時，如果任務仍在運行，CPU將被剝奪并分配給另一個任務。這種方法的目的是確保每個任務都有機會執行，從而實現多個任務之間的公平運行。時間片輪詢常用于無操作系統的微處理器中，它維護一張就緒進程列表，當進程用完它的時間片后，它被移到隊列的末尾。

而時間調度則是一種更廣泛的概念，它涉及對任務執行順序和時間的整體管理。時間調度可以包括多種不同的算法和策略，以優化系統性能、響應時間和任務完成率。它可能考慮任務的優先級、資源需求、依賴關系等因素，以確定任務的執行順序和時間。時間調度不僅關注任務的公平運行，還關注整體系統效率和任務完成的質量。

單片機時間片輪詢是時間調度的一種具體實現方式，它關注于將時間分配給不同的任務以確保公平運行。而時間調度則是一個更廣泛的概念，涉及任務執行順序和時間的整體管理，可以包含多種不同的算法和策略。

單片機中的任務調度和時間管理是一個復雜且多樣的領域，不同的系統和應用可能會采用不同的方法和策略。因此，在實際應用中，需要根據具體需求和系統特點來選擇合適的任務調度和時間管理方法。

審核編輯：黃飛