单片机实现多线程的方法汇总

news2025/4/7 21:53:42

在单片机上实现“多线程”的方法有几种，下面按照从简单到复杂、从轻量到系统性来列出常见的方案：

🧵 一、伪多线程（最轻量）

方法：主循环 + 状态机 / 定时器轮询

主循环中轮流调用各个任务的处理函数，每个任务保存自己的状态。
没有真正的上下文切换，适合资源极少的 8/16 位 MCU。
每个任务必须是“非阻塞”的，不能使用 delay。

while (1) {
    task1();
    task2();
    task3();
}

优点：

简单、高效、占用资源极少。
不需要堆栈切换，不需要操作系统。

缺点：

不是真正的多线程，不能处理阻塞任务。

🕒 二、基于中断的任务分发

方法：中断触发事件 + 主循环消费

中断中设置标志或将事件放入队列；
主循环中根据事件执行任务处理。

volatile int flag = 0;

void USART_IRQHandler() {
    flag = 1;
}

int main() {
    while (1) {
        if (flag) {
            handle_uart();
            flag = 0;
        }
    }
}

优点：

响应快，适合 IO 驱动型任务。
不涉及线程切换和堆栈管理。

缺点：

中断中不能做太多事，逻辑要分拆。

🧠 三、协程（Coroutine）

方法：使用 `switch` 或 `Duff's device` 实现伪线程

基于状态保存和跳转的方式，实现类似线程挂起和恢复的机制。
只使用一个栈，代码结构像线程。

#define crBegin static int state=0; switch(state) { case 0:
#define crReturn(x) do { state=__LINE__; return x; case __LINE__:; } while (0)
#define crEnd }

int task() {
    crBegin;
    crReturn(1);
    crReturn(2);
    crEnd;
}

优点：

没有线程上下文切换。
写法更接近同步逻辑。

缺点：

不是真正的线程，不支持阻塞等待。

🧵 四、基于 RTOS（真正多线程）

方法：使用轻量级操作系统（如 FreeRTOS、RT-Thread）

每个线程有独立栈空间；
内核实现任务调度、抢占式多任务；
支持优先级、信号量、消息队列、互斥锁等。

void task1(void *arg) {
    while (1) {
        do_something();
        vTaskDelay(1000);
    }
}
xTaskCreate(task1, "T1", 128, NULL, 1, NULL);

优点：

真正多线程，支持阻塞、同步。
易于模块化和扩展。

缺点：

占用资源高（Flash/RAM）、上手略有门槛。
对调度和资源管理有更高要求。

🛠 五、软调度器（TinyOS、protothread等）

方法：轻量调度框架（介于 FSM 和 RTOS 之间）

有些库如 protothread，用极少资源实现多任务编排；
适合资源受限又希望更接近线程体验的项目。

总结表格：

方法	是否真多线程	RAM占用	复杂度	是否阻塞	推荐场景
主循环 + FSM	否	低	低	否	资源极少，超低功耗
中断触发	否	低	中	否	IO驱动系统
协程	否	低	中	否	写法优雅但简单任务
RTOS	是	中~高	高	是	任务多、同步复杂
轻量调度器	否	低	中	部分支持	资源受限但逻辑复杂