如何在RTOS的Cortex-M3微控制器中运行高频(>100 run )的周期性线程？

Question

我正在用STM32F107VC微控制器实现一个高频(>100 with )数据采集系统。它使用spi外设与高频ADC芯片进行通信。我必须使用实时操作系统。我该怎么做呢？

我已经尝试过FreeRTOS，但它的最大滴答频率是1000‘t，所以我不能在FreeRTOS中运行线程，例如每1us运行一次。我也尝试过Keil RTX5，它的滴答频率可以达到1 1MHz，但我在某个地方研究过，不建议将滴答频率设置得很高，因为它会增加整体上下文切换时间。那么我该怎么做呢？谢谢。

Answer 1

您不希望以此频率运行任务。正如您所提到的，上下文切换会降低性能。这是非常低效的。

相反，您希望使用缓冲、中断和DMA。由于它是一个高频ADC芯片，它可能有自己的内部缓冲器。查看数据表以了解这一点。如果芯片具有16个采样缓冲器，则100 the采样只需要在6.25 the下进行处理。现在不要使用任务来处理6.25 the的样本。在中断(定时器或一些信号)中进行接收，中断应该只填充一个缓冲区，并在缓冲区已满时唤醒任务进行处理(并切换到另一个缓冲区，直到任务完成)。这样，你就可以拥有一个每10ms左右才运行一次的任务。中断不是上下文切换。在Cortex-M3上，它将有大约12个周期的延迟，这在6.25 low时足够低，可以忽略不计。

如果你的ADC芯片没有缓冲器(但我对此表示怀疑)，你可能可以接受100 but的中断，但请尽可能少地放入代码。

一个更好的解决方案是使用DMA，如果你的MCU支持它的话。例如，您可以使用定时器作为请求生成器，将DMA设置为从SPI接收。根据您的情况，它可能是不可能的或棘手的配置，但工作的DMA意味着您可以接收大量的样本缓冲区，而不需要在MCU上运行任何代码。

Answer 2

我必须使用实时操作系统。

不行。如果这是你的老板或客户的要求，那就迅速逃离这个项目。如果这不可能，现在就以书面形式表达您的担忧，以便在讨论失败原因时保留您的后顾之忧。如果这是你的主意，那么现在就重新考虑。

STM32F107的最大系统时钟速度为36 MHz (如果有外部高速缓存石英，则为72)，这意味着在100 kHz的节拍之间只有360到720个系统时钟周期。RTX5警告是正确的，这将需要大量的时间用于任务切换开销。

有可能有一个100 kHz的定时器中断，并在中断处理程序(don't even think about using HAL)中做一些简单的处理，但我建议首先调查一下是否真的有必要每10μ秒运行一次代码，或者是否有可能卸载一些它会对DMA或定时器硬件造成的影响。

Answer 3

由于输入之间只有几百个周期(指令)，典型的解决方案是使用中断来提醒数据可用，然后中断处理程序将数据放在某个位置，以便您可以在空闲时处理它们。当然，如果数据以这样的速率连续传入，您可能会遇到麻烦，没有时间进行实际处理。根据传入的数据量和频率，一个简单的循环缓冲区可能就足够了。如果数据量比较大(多大才算大？考虑到进行内存访问需要一个以上的CPU周期，并且每个传入的数据需要2次内存访问)，那么使用@Elderbug建议的DMA是一个很好的解决方案，因为它消耗的CPU周期最少。