基于RTOS开发时，经常会遇到一个棘手问题：有一堆周期性任务，大家都有自己的执行时间和截止期限，那到底该按照什么规则去分配优先级，才能既不浪费CPU，又能保证关键任务的实时性？这就引出了一个经典方法——速率单调调度，也就是大家常说的 RMA。
为什么需要调度算法
嵌入式系统，尤其是实时系统，讲究的是 时间就是生命。比如在汽车电子中，刹车控制系统的任务必须在几十毫秒内响应，否则后果不堪设想；在工业控制里，PLC的周期性任务也得严格按照时间点执行。实时调度算法的核心目标，就是确保任务能在截止时间前完成，即满足 硬实时 或 软实时 的要求。
静态优先级 vs 动态优先级
在嵌入式实时系统中，大多数会用 抢占式多任务 的方式，尤其是基于实时操作系统（RTOS）的场景。RTOS会根据任务的优先级，优先执行最高优先级的任务。而优先级怎么定？这就得靠调度算法了。常见的调度算法分为 静态优先级、动态优先级 和 混合优先级 三类。
静态优先级在设计时就固定好，任务运行期间不变；动态优先级会根据运行时的参数（比如截止时间）动态调整；混合优先级则是两者的结合。
对我们搞嵌入式开发的来说，静态优先级用得最多，原因很简单：易于分析，方便调试，而且多数商用RTOS都只提供固定优先级调度。
一个小例子
我们用一个例子来直观感受下。假设系统中有两个周期性任务：
任务1：周期T1=50ms，执行时间C1=25ms 任务2：周期T2=100ms，执行时间C2=40ms
先来算算 CPU利用率。任务的利用率定义为执行时间除以周期，即Ui = Ci/Ti。所以：
任务1的利用率 U1 = 25/50 = 50% 任务2的利用率 U2 = 40/100 = 40% 总利用率 U = U1 + U2 = 90%
90%的CPU利用率看起来没问题，CPU还有10%的空闲时间，理论上应该能跑得动这两个任务。但优先级怎么排？我们试试两种情况：
任务1优先级高于任务2：因为任务1的周期（50ms）比任务2（100ms）短，按照RMA规则，任务1优先级更高。这种情况下，两个任务都能按时完成。 任务1优先级低于任务2：这时候任务1可能会因为被任务2抢占，导致错过截止时间，即便CPU还有10%的空闲。
这个例子说明，优先级分配不当，哪怕CPU利用率不到100%，也可能导致任务超时。
RMA 的核心思想
RMA 的规则其实非常简单粗暴：谁的周期短，谁的优先级高。
为什么这么安排？因为周期短的任务执行频率高，通常意味着它对时间的敏感度更高。比如一个每10毫秒触发一次的任务，显然比一个每100毫秒触发一次的任务更急迫。
回到上面的例子，Task1 周期 50ms，比 Task2 的 100ms 更短，所以 Task1 优先级更高。事实证明，这样的分配方式才能保证两个任务都不超时。
RMA的厉害之处就在于，它通过 周期决定优先级 的简单规则，最大化了任务的可调度性（schedulability），也就是让所有任务都能按时完成。
RMA 的结论也很硬气：如果某个任务集合用 RMA 都调度不了，那它就不可能用任何静态优先级算法调度成功。
RMA是静态优先级算法中的 最优解。所谓最优，意思是如果一个任务集用RMA调度都无法满足所有截止时间，那换其他静态优先级算法也没戏。
RMA 的局限性
虽然 RMA 已经是固定优先级里最优的，但它还是有上限。最大的问题在于 CPU利用率的理论上限。理论上，RMA的调度能力受限于一个公式：
Wn = n × (2^(1/n) − 1)
这里 n 是任务数。随着任务数增加，这个上限会逐渐逼近 69.3%（约等于ln(2)）。 也就是说，哪怕你系统总利用率只有 70%，也可能因为任务周期分布不合理，导致调度失败。
举个例子，假设任务2的周期改成75ms，执行时间改成30ms，总利用率还是90%，但用RMA调度（任务1优先级高于任务2），任务2可能会错过截止时间。这种情况下，静态优先级算法无能为力，只能考虑动态优先级算法，比如 最早截止时间优先（EDF），但动态算法实现复杂，很多商用RTOS（比如国内常用的FreeRTOS）并不支持。
不过，如果任务的周期是谐波关系（比如 10ms、20ms、40ms），那CPU就能被充分利用到 100%。这也是为什么很多工业控制任务，周期都会设计成倍数关系，方便调度。
小结
最后总结几条经验：
固定优先级的系统里，优先级一定要按照 RMA 来分配，别自己拍脑袋。 如果总利用率小于等于理论上限 Wn，那不用再纠结，肯定能调度成功。 如果大于 Wn，就得具体分析，画时序图或者用工具仿真一下，看是不是能跑通。 周期设计尽量用谐波关系，这样CPU利用率能榨干到极致。
很多时候，RMA 不仅仅是一个算法，更是一种设计思路。只要掌握了它的原理，再结合项目的具体需求，就能在嵌入式系统里做到既稳定又高效的任务调度。
