MCU長(zhǎng)耗時(shí)任務(wù)的優(yōu)化策略

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在 MCU 裸機(jī)開發(fā)中，采用分時(shí)片的方式進(jìn)行多任務(wù)處理是一種常見的技術(shù)。

然而，長(zhǎng)耗時(shí)任務(wù)可能會(huì)影響系統(tǒng)的響應(yīng)性和性能，因此需要采取一系列優(yōu)化策略來處理這些情況。

本文將介紹針對(duì)長(zhǎng)耗時(shí)任務(wù)的幾種常見優(yōu)化策略，并著重探討任務(wù)分割的思路與方法。

優(yōu)化策略

以下是針對(duì)長(zhǎng)耗時(shí)任務(wù)的幾種常見優(yōu)化策略：

任務(wù)分割和優(yōu)先級(jí)設(shè)置

將長(zhǎng)耗時(shí)任務(wù)分割成多個(gè)較小的子任務(wù)，每個(gè)子任務(wù)只在每個(gè)時(shí)間片內(nèi)執(zhí)行一部分。同時(shí)，通過設(shè)置任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，確保高優(yōu)先級(jí)任務(wù)能夠在適當(dāng)時(shí)刻得到執(zhí)行，從而保證系統(tǒng)的響應(yīng)性。

時(shí)間片調(diào)整

對(duì)于特別耗時(shí)的任務(wù)，可以將它們的時(shí)間片調(diào)整為更大，以確保它們能夠在較長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)得到充分的執(zhí)行時(shí)間。這樣可以減少任務(wù)切換的開銷，提高長(zhǎng)耗時(shí)任務(wù)的效率；同時(shí)也有更多的時(shí)間執(zhí)行其他任務(wù)，保證其他任務(wù)能夠及時(shí)被調(diào)度。

使用中斷處理

對(duì)于一些需要高實(shí)時(shí)性的任務(wù)，可以考慮使用中斷處理。將長(zhǎng)耗時(shí)任務(wù)分為多個(gè)階段，在每個(gè)時(shí)間片內(nèi)執(zhí)行一個(gè)階段，當(dāng)中斷觸發(fā)時(shí)，可以切換到中斷處理程序，然后再回到任務(wù)繼續(xù)執(zhí)行。這樣可以在不中斷其他任務(wù)的情況下，保證某些任務(wù)得到及時(shí)處理。

任務(wù)延時(shí)和休眠

對(duì)于一些不需要即時(shí)執(zhí)行的任務(wù)，可以在任務(wù)中添加適當(dāng)?shù)难訒r(shí)或休眠。這樣可以讓其他高優(yōu)先級(jí)任務(wù)有更多的執(zhí)行時(shí)間，同時(shí)降低長(zhǎng)耗時(shí)任務(wù)對(duì)系統(tǒng)的影響。

優(yōu)化算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

針對(duì)特定的長(zhǎng)耗時(shí)任務(wù)，可以優(yōu)化算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以減少計(jì)算量和內(nèi)存使用。這可以顯著提高任務(wù)的執(zhí)行效率。

任務(wù)優(yōu)先級(jí)監(jiān)控和動(dòng)態(tài)調(diào)整

實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中各個(gè)任務(wù)的執(zhí)行狀態(tài)和響應(yīng)時(shí)間，根據(jù)實(shí)際情況動(dòng)態(tài)調(diào)整任務(wù)的優(yōu)先級(jí)和時(shí)間片大小，以適應(yīng)不同的工作負(fù)載。

示例

任務(wù)分割的思路與方法

任務(wù)分割是優(yōu)化長(zhǎng)耗時(shí)任務(wù)的關(guān)鍵策略之一。它的核心思想是將長(zhǎng)耗時(shí)任務(wù)切分成多個(gè)較小的子任務(wù)，每個(gè)子任務(wù)在一個(gè)時(shí)間片內(nèi)執(zhí)行一部分工作。以下是任務(wù)分割的大致步驟：

任務(wù)分析：首先，對(duì)長(zhǎng)耗時(shí)任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)分析，確定任務(wù)的執(zhí)行流程、涉及的計(jì)算和操作，以及可能的耗時(shí)瓶頸點(diǎn)。

子任務(wù)劃分：將任務(wù)劃分為多個(gè)子任務(wù)，每個(gè)子任務(wù)代表一個(gè)可以在一個(gè)時(shí)間片內(nèi)完成的工作單元。確保劃分后的子任務(wù)是相對(duì)獨(dú)立的，不會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)依賴性問題。

優(yōu)先級(jí)設(shè)置：為每個(gè)子任務(wù)設(shè)置適當(dāng)?shù)膬?yōu)先級(jí)，確保高優(yōu)先級(jí)任務(wù)在必要時(shí)能夠及時(shí)執(zhí)行。通常，長(zhǎng)耗時(shí)任務(wù)的子任務(wù)應(yīng)該具有相對(duì)較高的優(yōu)先級(jí)。

時(shí)間片分配：根據(jù)子任務(wù)的數(shù)量和優(yōu)先級(jí)，合理分配時(shí)間片。對(duì)于長(zhǎng)耗時(shí)任務(wù)的子任務(wù)，可以將其時(shí)間片設(shè)置為較大值，以確保每個(gè)子任務(wù)能夠得到充分的執(zhí)行時(shí)間。

任務(wù)執(zhí)行與切換：在每個(gè)時(shí)間片內(nèi)，依次執(zhí)行每個(gè)子任務(wù)的一部分工作。在任務(wù)切換時(shí)，確保上下文的正確保存和恢復(fù)，以保證任務(wù)的連續(xù)性。

中斷處理：如果長(zhǎng)耗時(shí)任務(wù)需要高實(shí)時(shí)性，可以在適當(dāng)?shù)牡胤揭胫袛嗵幚?，以在必要時(shí)切換到中斷處理程序，然后返回繼續(xù)執(zhí)行子任務(wù)。

通過任務(wù)分割，長(zhǎng)耗時(shí)任務(wù)可以被有效地分解成可管理的部分，從而提高系統(tǒng)的響應(yīng)性和效率。然而，需要注意的是，任務(wù)分割過程需要綜合考慮任務(wù)之間的依賴關(guān)系、優(yōu)先級(jí)設(shè)置以及任務(wù)切換的開銷，以達(dá)到最佳的優(yōu)化效果。

如何實(shí)現(xiàn)？

在優(yōu)化初期，可以結(jié)合狀態(tài)機(jī)的思想完成任務(wù)的拆分和切換，比如10毫秒的任務(wù)，而一個(gè)執(zhí)行時(shí)長(zhǎng)需要5毫秒的任務(wù)，在運(yùn)行周期10毫秒無法調(diào)整的情況下，而任務(wù)可細(xì)分時(shí)，可以分成多個(gè)子狀態(tài)（子任務(wù)）執(zhí)行，如5個(gè)狀態(tài)（子任務(wù)），那么該任務(wù)周期為2毫秒，所有子狀態(tài)（子任務(wù)）運(yùn)行時(shí)間依然是10毫秒（理想狀態(tài)下）。

當(dāng)然，這種優(yōu)化需要保證大部分的子狀態(tài)（子任務(wù)）執(zhí)行時(shí)長(zhǎng)不要超過時(shí)間片，如果不能保證，那么繼續(xù)細(xì)分多個(gè)子狀態(tài)（子任務(wù)），直到無法繼續(xù)細(xì)分為止（比如IIC/SPI發(fā)送數(shù)據(jù)等場(chǎng)景）。

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....
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//改為
voidTask_2ms(void)
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....
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....
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....
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審核編輯：湯梓紅