[Arduino 库] 适用于 Arduino Uno 的多任务调度程序

一般情况下，处理 Arduino 的多个任务，是把所有任务放在 void loop() 里，然后用 delay() 控制时间。不过，任务一多，这种方法就不太方便了。

最近刚刚看了一本书：《时间触发嵌入式系统设计模式》，里面介绍的调度器，可以以特定的周期执行特定的任务，值得在 Arduinio 项目中借鉴。我也刚刚把这个调度器移植到 Arduino 中：https://github.com/blanboom/Arduino-Task-Scheduler

基本使用方法

这是一个使用调度器的例子，各个函数的功能都已在注释中标出：

// Arduino 任务调度器 演示程序
// Created by Blanboom
// 2013.7.27
// https://blanboom.org

#include "TaskScheduler.h"  //包含此头文件，才能使用调度器

// 用于储存 LED 状态
boolean g_led1State=1;
boolean g_led2State=0;

void setup()
{
    // 第12、13脚接有 LED
    pinMode(13,OUTPUT);
    pinMode(12,OUTPUT);

    Sch.init(); //初始化调度器

    //向调度器中添加任务
    //第一个参数为要添加任务的函数名
    //第二个参数为任务第一次执行的时间，
    //    合理设置有利于防止任务重叠，有利以提高任务执行的精度
    //第三个参数是任务执行的周期
    //第二、三个参数的单位均为毫秒，也可配置定时器修改其单位
    //第四个参数代表任务是合作式还是抢占式
    //    一般取1就可以，更多用法请参考下文
    Sch.addTask(led1Update,0,1000,1);  //从第 0 毫秒开始闪烁 LED，每隔 1s, LED 状态改变一次
    Sch.addTask(led2Update,20,500,1);  //从第 20 毫秒开始闪烁 LED，每隔 0.5s, LED 状态改变一次

    Sch.start();//启动调度器
}

void loop()
{
    Sch.dispatchTasks();  // 执行被调度的任务，用调度器时放上这一句即可
}

// 把要调度的任务函数放下面

// 闪烁第 13 脚的 LED
void led1Update()
{
    if(g_led1State==0)
    {
        g_led1State=1;
        digitalWrite(13,HIGH);
    }
    else
    {
        g_led1State=0;
        digitalWrite(13,LOW);
    }
}

// 闪烁第 12 脚的 LED
void led2Update()
{
    if(g_led2State==0)
    {
        g_led2State=1;
        digitalWrite(12,HIGH);
    }
    else
    {
        g_led2State=0;
        digitalWrite(12,LOW);
    }
}

程序执行后，两个 LED 分别会以程序中指定的周期和时间闪烁。

“[Arduino 库] 适用于 Arduino Uno 的多任务调度程序”的60个回复

paul说道：

2013-12-01 15:57

看起来很不错通过什么原理实现的？

回复
1. Blanboom – https://blanboom.org/about
  
  Blanboom说道：
  
  2013-12-01 16:43
  
  通过定时器产生中断，每隔一毫秒时间加一，并检查一下当前时间有没有任务需要运行。
  
  回复
dd说道：

2013-12-07 14:50

我试了多次，编译时出错，能不能把库打包一下，做个下载连接，1.5.5版本里有一个Scheduler编译时一样提示错误。

回复
1. Blanboom – https://blanboom.org/about
  
  Blanboom说道：
  
  2013-12-07 17:12
  
  编译时有没有错误信息之类的？能不能发一下错误信息或截图？
  
  应该不需要下载链接就行，GitHub 里面有 Download ZIP ( https://github.com/blanboom/Arduino-Task-Scheduler/archive/master.zip )，可以直接下载。
  
  回复
2. Blanboom – https://blanboom.org/about
  
  Blanboom说道：
  
  2013-12-07 17:24
  
  1.5.5 的 Scheduler 只能在 Arduino Due 上使用，好像 AVR 芯片的 Arduino 还不能用。
  
  回复
GK说道：

2014-02-27 00:21

在TaskScheduler.cpp里引用的是Scheduler.h，改成TaskScheduler.h就可以用了，可能是版主没改到吧!

回复
1. Blanboom – https://blanboom.org/about
  
  Blanboom说道：
  
  2014-02-27 10:22
  
  谢谢提醒。
  Arduino 新版也有让 Arduino DUE 用的 Scheduler 库，头文件也叫 Scheduler.h，为了防止重名，就把文件名改了。
  结果忘记改源码了…
  
  回复
yfj说道：

2014-08-13 10:53

TaskScheduler.h: No such file or directory

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1. Blanboom – https://blanboom.org/about
  
  Blanboom说道：
  
  2014-08-14 15:26
  
  检查一下 TaskScheduler.cpp 和 TaskScheduler.h 是不是已经放在了正确的位置。
  
  回复
zzq说道：

2014-11-15 16:09

怎么配置定时器修改单位啊

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1. Blanboom – https://blanboom.org/about
  
  Blanboom说道：
  
  2014-11-18 18:59
  
  在 TaskScheduler.cpp 中找到 //Set up timer1. 1ms per interrupt ，下面的内容就是
  
  回复
Torah Awesome说道：

2014-11-27 00:27

感谢楼主的分享，不过我试着套用，发现有三个问题解决不了：

1、Sch.addTask(lightUpdate,0,21600000,1); //从第 0 毫秒开始闪烁 LED，每隔 6h, LED 状态改变一次

这里，我想把周期间隔的时间放到天这样的水平，但是尝试后发现实际效果不对。
2、这句代码如果把间隔时间放大后，LED的闪烁时间极短，怎样改可以让LED持续一段时间再灭掉呢？
3、发现在这个文件里面添加#include 以后，编译通不过，总会提示编译出错，但具体原因不明。

回复
1. Blanboom – https://blanboom.org/about
  
  Blanboom说道：
  
  2015-02-08 10:27
  
  1. 任务执行周期是 uint16_t (unsigned int) 型的，最大支持 65535. 不过可以修改定时器 1 的初值来修改时间单位，例如修改成每隔 5 毫秒中断一次。
  
  2. 是不是也是因为时间间隔超过 65535 导致的？不是的话能不能吧代码贴出来？
  
  3. 为了驱动舵机，需要通过定时器产生 PWM 波。servo 库在有些情况下也用到了定时器 1，导致两者冲突。这时候可能要通过其他方式来实现任务调度器或舵机驱动，或者通过两片 Arduino 配合使用。
  
  似乎评论系统出了点问题，一直没收到通知邮件，这么晚才回复，抱歉。
  
  回复
  1. tity_zhang说道：
    
    2020-02-21 14:52
    
    添加抢占式任务，会不会影响CPU 处理其他的任务呢？干扰主程序的运行时间？
    
    回复
    1. im Blanboom
      
      Blanboom说道：
      
      2020-02-21 23:05
      
      会影响，不过返回后主任务继续执行。
      使用这样的合作式调度器，需要合理设计每个任务的运行时间，尽量将一个大的任务分解成多个子任务来执行。避免一个任务占用过长时间。
      
      回复
ca007

Cleiton Souza说道：

2015-04-28 21:37

Hello Blanboom, My name is Cleiton, I’m from Brazil and I want thanks a lot for your sharing! Your library is simple and very useful!
One Question, Would I need some modification to use it on Teensy 3.1?

回复
1. Blanboom – https://blanboom.org/about
  
  Blanboom说道：
  
  2015-04-28 23:11
  
  The library uses some special registers on AVR CPU to set up timer and interrupt. However, Teensy 3.1 is based on a Freescale Cortex-M4 Microcontroller. So, to use this library on it, additional changes are needed.
  
  Cortex-M4 is much more powerful than AVR, you can also consider using an RTOS.
  
  回复
  1. ca007
    
    Cleiton Souza说道：
    
    2015-04-28 23:56
    
    Ok, thanks for your quick reply and the tip. I will reasearch more about RTOS on Teensy.
    
    回复
GXW说道：

2015-05-03 20:44

楼主我用的是Arduino UNO 能使用您编写的这个任务调度器的库吗

回复
1. Blanboom – https://blanboom.org/about
  
  Blanboom说道：
  
  2015-05-03 21:13
  
  UNO 可以用
  
  回复
2. 郭说道：
  
  2015-09-15 15:52
  
  为什么我同样是Arduino UNO头文件调用不了？
  
  回复
  1. Blanboom – https://blanboom.org/about
    
    Blanboom说道：
    
    2015-09-16 09:22
    
    把 TaskScheduler 文件夹放入 Arduino 的 libraries 文件夹里，经测试，Arduino 1.6.5 可以正常编译。
    
    回复
zeroXone说道：

2015-05-20 00:09

Bingo.这个调度器确实很简单实用，之前在一些单片机系统里面用，还想着我也试试写一下，看来源码，发现“志同道合”呀。

回复
宇文杨峰说道：

2015-09-11 10:26

如何删除调度任务没有太看懂，请问你提到的会返回ID是什么数据类型呢？就删除调度任务能否举个例子。谢谢。

回复
1. Blanboom – https://blanboom.org/about
  
  Blanboom说道：
  
  2015-09-13 19:28
  
  任务 ID 为 uint8_t 类型。
  
  回复
  1. 宇文杨峰说道：
    
    2015-09-14 11:23
    
    我想向您询问：举例说明，有两个任务函数，A任务优先级0（高），B任务优先级1（相对较低）。如果在执行A任务的时候，B任务的开启时间已到，那么会不会从A任务跳出呢？
    建议2：可否加入一个指令，比如从B任务跳到执行A任务，A任务执行完后再回到B任务时候能否从B任务的从头开始执行。
    
    回复
    1. Blanboom – https://blanboom.org/about
      
      Blanboom说道：
      
      2015-09-15 10:57
      
      高优先级能打断低优先级任务，例如 B (低优先级) 在执行的过程中，检测到 A (高优先级) 需要执行，则先执行 A，当 A 执行完毕后，**继续**执行 B 的**剩余部分**。
      
      如果需要在 A 执行完之后，B 从头开始执行，我现在想到两种思路，还不知道可行性如何：
      
      1. 在 A 执行后，清除堆栈中的相关信息。这样，一旦 A 运行结束，就不会再接着执行 B. 此时可以通过一定的方式让 B 再次执行。
      2. 如果有执行完 A 后重新执行 B 的需要，我感觉有可能是你对 B 的执行时间/时序方面有较高的要求。可以在 B 的关键部分加上时间判断的语句，如果发现超时，则回到 B 的开头重新执行 B。或者在 B 执行到关键部分时，通过禁用中断等方法（当然，要考虑这些方法的副作用），防止任务被 A 抢占。
      
      ————————————————————————————————
      
      不过，这只是一个简单的任务调度器，如果有比较复杂的需求，最好还是直接用操作系统。
      
      回复
宇文杨峰说道：

2015-09-11 11:47

纠正，您再3.删除任务说明：Sch.DeleteTask(任务ID)
实际库函数中是：boolean deleteTask(uint_8)
所以正确调用删除线程是Sch.deleteTask（任务ID）

回复
1. Blanboom – https://blanboom.org/about
  
  Blanboom说道：
  
  2015-09-13 19:27
  
  谢谢提醒！
  
  回复
Torah说道：

2015-09-22 23:52

hi,你好！你的思路很好！但是我在使用时发现间隔时间如果长一点就完全不行了。比如

#include // include this file to use this library

#define PUMPPIN 2

void setup()

{

pinMode(PUMPPIN,OUTPUT);

Sch.init(); // Initialize task scheduler

Sch.addTask(pump,0,3600000,1);

Sch.start(); // Start the task scheduler

}

void loop()

{

Sch.dispatchTasks();

}

void pump(){

****

}

另外，官方有个ticker()的库好像和这个类似，但是没有优先级。不知道是不是？ticker()对于间隔时间好像也特别敏感。我还真有点犯愁对于多任务的长间隔时间怎样处理。有限状态机不是所有情况都适用的。

回复
1. Blanboom – https://blanboom.org/about
  
  Blanboom说道：
  
  2015-09-24 10:53
  
  可以改下与时间相关的变量/参数的数据类型，改成 uint32_t 应该就可以，最大支持 4294967295. 我现在用的是 uint16_t, 最大支持 65535.
  
  有没有 ticker() 的链接？在网上只找到了这个：https://github.com/sandeepmistry/esp8266-Arduino/blob/master/esp8266com/esp8266/libraries/Ticker/Ticker.cpp 程序里关于时间的数据类型是 uint32_t, 如果用的就是这个，应该没问题。或者如果时间间隔比较大时，在数字后面加上 UL, 例如 3600000UL.
  
  回复
yuepub说道：

2015-10-07 21:25

arduino 中，AD转换能否用中断？

回复
1. Blanboom – https://blanboom.org/about
  
  Blanboom说道：
  
  2015-10-08 13:39
  
  可以用，需要直接操作 AVR 的寄存器。最好看看 AVR 的手册。
  
  回复
牟老师说道：

2015-10-24 21:21

arduino1.5.2；1.6.5都是如此报错，请教楼主

Build options changed, rebuilding all

TaskSchedulerSketch.ino:3:69: error: TaskScheduler.h: No such file or directory

TaskSchedulerSketch.ino: In function ‘void setup()’:

TaskSchedulerSketch:14: error: ‘Sch’ was not declared in this scope

TaskSchedulerSketch.ino: In function ‘void loop()’:

TaskSchedulerSketch:31: error: ‘Sch’ was not declared in this scope

回复
1. Blanboom – https://blanboom.org/about
  
  Blanboom说道：
  
  2015-11-01 19:14
  
  需要把 TaskScheduler 文件夹放到 Arduino 的 libraries 文件夹。经过我测试，Arduino 1.0, 1.5, 1.6 均可使用。
  
  回复
  1. 牟老师说道：
    
    2015-11-06 11:15
    
    可以了。呵呵，下载了库直接解压全部拖进去了。现在好了，改过来了
    
    回复
tom说道：

2015-12-26 13:50

为甚么和舵机库一起编译就会报错：collect2.exe: error: ld returned 1 exit status,和舵机库的参数TIMER1_COMPA_vect 是重的

回复
1. Blanboom – https://blanboom.org/about
  
  Blanboom说道：
  
  2015-12-27 12:26
  
  两个库使用相同的定时器，无法同时使用。
  
  9 和 10 脚的 analogWrite() 也不能和这个库一起使用。
  
  回复
小郭说道：

2018-09-06 09:27

我希望机械臂上的关节电机转角不同，希望同时运转，可以用这个函数吧，我把电机脉冲数信息全放到定义的led2Update函数的if语句里，为什么还是不同时转呢？

回复
1. im Blanboom
  
  Blanboom说道：
  
  2018-09-06 10:26
  
  用舵机的话，需要检查一下你用的舵机库，和这个库里的定时器是否冲突
  
  回复
abc说道：

2019-04-29 07:42

这个语句报错
Sch.dispatchTasks();
显示的是这个
‘Sch’ was not declared in this scope
arduino版本1.8.8
用的UNO

回复
1. im Blanboom
  
  Blanboom说道：
  
  2019-04-29 11:59
  
  方便的话，帮忙贴一下你的程序吧
  
  回复
李说道：

2019-07-01 23:26

程序：#include “TaskScheduler.h” // include this file to use this library

// the state of LEDs
boolean g_led1State=1;
boolean g_led2State=0;

void setup()
{
pinMode(13,OUTPUT);
pinMode(12,OUTPUT);

Sch.init(); // Initialize task scheduler

/*
* use Sch.addTask(task, start_time, period, priority) to add tasks
* task – tasks to be scheduled
* start_time – when the task starts (ms)
* period – repeat period of the task (ms)
* priority – 1: mormal priority, 0: high priority
*/
Sch.addTask(led1Update,0,1000,1); //从第 0 毫秒开始闪烁 LED，每隔 1s, LED 状态改变一次
Sch.addTask(led2Update,20,500,1); //从第 20 毫秒开始闪烁 LED，每隔 0.5s, LED 状态改变一次

Sch.start(); // Start the task scheduler
}

void loop()
{
Sch.dispatchTasks();
}

// Put task to be scheduled below

// Blink LED on pin 13
void led1Update()
{
if(g_led1State==0)
{
g_led1State=1;
digitalWrite(13,HIGH);
}
else
{
g_led1State=0;
digitalWrite(13,LOW);
}
}

// Blink LED on pin 12
void led2Update()
{
if(g_led2State==0)
{
g_led2State=1;
digitalWrite(12,HIGH);
}
else
{
g_led2State=0;
digitalWrite(12,LOW);
}
}
报错：
exit status 1
‘Sch’ was not declared in this scope
报错代码：Sch.dispatchTasks();

回复
1. im Blanboom
  
  Blanboom说道：
  
  2019-07-05 20:04
  
  我试了一下，是能编译通过的。可以确认一下这个库有没有放到合适的位置。
  
  如果放到了合适的位置，编译输出里面会有如下字样：
  
  使用库 TaskScheduler 在文件夹： /Users/blanboom/Documents/Arduino/libraries/TaskScheduler (legacy)
  
  回复
2. poppy说道：
  
  2020-04-07 17:31
  
  我之前也出现了这个问题，是我用别的TaskScheduler库，名字都一样不知道为什么不能用。
  解决办法：按楼主提供的连接下压缩包
  https://github.com/blanboom/Arduino-Task-Scheduler/archive/master.zip )
  解压缩后将里面TaskScheduler文件夹复制到arduino IDE里的libraries文件夹里就行啦
  
  回复
sagalinzp

sagalin说道：

2019-12-27 11:01

我这个也不能编译通过，提示invalid use of void expression
我贴一下代码
https://shimo.im/docs/QjyKRV3rRt3y6GJC/ 《代码》，可复制链接后用石墨文档 App 或小程序打开

回复
1. im Blanboom
  
  Blanboom说道：
  
  2019-12-29 19:03
  
  我把 FastLED.h，以及相关代码删掉是可以编译通过的。建议再检查下 FastLED.h 相关的 lib 使用方式是否正确。
  
  回复
LYL说道：

2020-04-04 19:09

我用了五个LED灯，发现有两个LED灯有问题，其中一个常亮，一个不亮。不知道怎么回事，代码完全是按照你原有的代码扩展的。

回复
1. im Blanboom
  
  Blanboom说道：
  
  2020-04-05 15:55
  
  可以在 Gist 或者 Pastbin.com 上贴一下现在的代码，我看下出什么原因。
  
  回复
poppy说道：

2020-04-07 17:26

亲测arduino mega2586可用

回复
poppy说道：

2020-04-10 21:46

从第几秒开始这个参数只能是写好的吗？，我发现只能在编译或上电后计算几秒后开始闪烁。我想接收串口信息后再开始闪烁应该怎么实现呢？我尝试了将Sch.addTask和Sch.start放到loop里的判断句里，结果没有反应

回复
1. poppy说道：
  
  2020-04-11 18:01
  
  今天看了一个学长的代码，他把循环检查信号放进一个task，就可以实现信号进来后才开始闪烁，耶耶耶
  
  回复
  1. im Blanboom
    
    Blanboom说道：
    
    2020-04-11 21:26
    
    对的，这种情况可以拆分成两个任务，一个用于检查串口信息，一个用于闪烁。
    
    平时使用的时候，尽可能把一个大任务拆分成多个独立的子任务就可以啦。
    
    回复
罗宾说道：

2021-01-12 15:16

请问一下，最多可以有多少条线程，这个受哪些条件的制约？谢谢！

回复
1. im Blanboom
  
  Blanboom说道：
  
  2021-01-13 20:31
  
  各个任务都是保存在数组中的，修改这个宏就能修改支持任务的数量：MAX_TASKS
  
  回复
张说道：

2021-03-24 03:02

不知道为什么之前的评论发不出。。。我的程序中，DHT11读取到的温湿度数据会被多个合作式任务用到，所以我的DHT11读取温湿度的任务需要使用抢占式，不然DHT11的温湿度刷新率会被其他合作式任务因为Delay而变得巨慢。但是我将DHT读取温湿度的任务使用抢占式时，其输出结果一直是nan，也就是无法读取到DHT11的数据，而使用合作式时是正常读取的。下面是使用抢占式的DHT11代码，麻烦楼主帮忙看看！

#include
#define DHTPIN 24//定义针脚
#define DHTTYPE DHT11//定义类型，DHT11或者其它
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);//进行初始设置

#include “TaskScheduler.h” //包含此头文件，才能使用调度器
void setup() {
Sch.init(); //初始化调度器
Sch.addTask(led1Update,0,1000,0);
Sch.start();//启动调度器
Serial.begin(9600);
dht.begin(); //DHT开始工作
}

void loop() {
Sch.dispatchTasks(); // 执行被调度的任务，用调度器时放上这一句即可
}

#include
#define DHTPIN 24//定义针脚
#define DHTTYPE DHT11//定义类型，DHT11或者其它
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);//进行初始设置
#include “TaskScheduler.h” //包含此头文件，才能使用调度器

void setup() {
Sch.init(); //初始化调度器
Sch.addTask(dhtvalue,0,1000,0);
Sch.start();//启动调度器
Serial.begin(9600);
dht.begin(); //DHT开始工作
}

void loop() {
Sch.dispatchTasks(); // 执行被调度的任务，用调度器时放上这一句即可
}

void dhtvalue(){
//delay(2000); // 两次检测之间，要等几秒钟，这个传感器有点慢。
// 读温度或湿度要用250毫秒
float h = dht.readHumidity();//读湿度
float t = dht.readTemperature();//读温度，默认为摄氏度
Serial.print(“Humidity: “);//湿度
Serial.println(h);
Serial.print(“Temperature: “);//温度
Serial.print(t);
Serial.println(” ℃ “);
}

回复
1. im Blanboom
  
  Blanboom说道：
  
  2021-03-24 12:42
  
  抢占式任务是直接在中断中运行的。可能你用的 DHT11 库用到了硬件定时器或者中断。可以试下这个：https://github.com/adidax/dht11
  不过一般情况下，中断里面的代码最好不要执行太长时间，否则会对其他任务有影响。如果要执行的任务比较多，又对任务的实时性有要求，建议还是自己写读取 DHT11 的代码，避免软件延迟占用太多时间。
  
  回复
  1. 张说道：
    
    2021-03-27 22:25
    
    你好我尝试了一下新的库文件也不行，当时我用同样的操作试了一下MQ135传感器，MQ135传感器读取数据的程序以抢占模式运行，其输出值能直接作为全局变量给其他合作模式下的程序使用。应该是DHT的问题，我尝试下iic协议下的sht系列下。谢谢解答！
    
    回复
shenye说道：

2021-06-26 19:31

HI blanboom 老师,想请问这个项目能否挪到ESP8266上进行使用呢？

回复
1. im Blanboom
  
  Blanboom说道：
  
  2021-06-26 19:57
  
  目前只支持 Arduino Uno。适配 ESP8266 的话，需要修改 TaskScheduler.cpp 里面设置定时器和中断的部分。
  
  不需要支持抢占式任务的话，也可以考虑使用这个调度器：https://github.com/arkhipenko/TaskScheduler
  
  回复

[Arduino 库] 适用于 Arduino Uno 的多任务调度程序

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