MCU长耗时任务的优化策略

转自 | 大橙子疯嵌入式

在 MCU 裸机开发中，采用分时片的方式进行多任务处理是一种常见的技术。

然而，长耗时任务可能会影响系统的响应性和性能，因此需要采取一系列优化策略来处理这些情况。

本文将介绍针对长耗时任务的几种常见优化策略，并着重探讨任务分割的思路与方法。

优化策略

以下是针对长耗时任务的几种常见优化策略：

任务分割和优先级设置

将长耗时任务分割成多个较小的子任务，每个子任务只在每个时间片内执行一部分。同时，通过设置任务的优先级，确保高优先级任务能够在适当时刻得到执行，从而保证系统的响应性。

时间片调整

对于特别耗时的任务，可以将它们的时间片调整为更大，以确保它们能够在较长的时间段内得到充分的执行时间。这样可以减少任务切换的开销，提高长耗时任务的效率；同时也有更多的时间执行其他任务，保证其他任务能够及时被调度。

使用中断处理

对于一些需要高实时性的任务，可以考虑使用中断处理。将长耗时任务分为多个阶段，在每个时间片内执行一个阶段，当中断触发时，可以切换到中断处理程序，然后再回到任务继续执行。这样可以在不中断其他任务的情况下，保证某些任务得到及时处理。

任务延时和休眠

对于一些不需要即时执行的任务，可以在任务中添加适当的延时或休眠。这样可以让其他高优先级任务有更多的执行时间，同时降低长耗时任务对系统的影响。

优化算法和数据结构

针对特定的长耗时任务，可以优化算法和数据结构，以减少计算量和内存使用。这可以显著提高任务的执行效率。

任务优先级监控和动态调整

实时监控系统中各个任务的执行状态和响应时间，根据实际情况动态调整任务的优先级和时间片大小，以适应不同的工作负载。

示例

任务分割的思路与方法

任务分割是优化长耗时任务的关键策略之一。它的核心思想是将长耗时任务切分成多个较小的子任务，每个子任务在一个时间片内执行一部分工作。以下是任务分割的大致步骤：

任务分析 ：首先，对长耗时任务进行详细分析，确定任务的执行流程、涉及的计算和操作，以及可能的耗时瓶颈点。

子任务划分 ：将任务划分为多个子任务，每个子任务代表一个可以在一个时间片内完成的工作单元。确保划分后的子任务是相对独立的，不会导致数据依赖性问题。

优先级设置 ：为每个子任务设置适当的优先级，确保高优先级任务在必要时能够及时执行。通常，长耗时任务的子任务应该具有相对较高的优先级。

时间片分配 ：根据子任务的数量和优先级，合理分配时间片。对于长耗时任务的子任务，可以将其时间片设置为较大值，以确保每个子任务能够得到充分的执行时间。

任务执行与切换 ：在每个时间片内，依次执行每个子任务的一部分工作。在任务切换时，确保上下文的正确保存和恢复，以保证任务的连续性。

中断处理 ：如果长耗时任务需要高实时性，可以在适当的地方引入中断处理，以在必要时切换到中断处理程序，然后返回继续执行子任务。

通过任务分割，长耗时任务可以被有效地分解成可管理的部分，从而提高系统的响应性和效率。然而，需要注意的是，任务分割过程需要综合考虑任务之间的依赖关系、优先级设置以及任务切换的开销，以达到最佳的优化效果。

如何实现？

在优化初期，可以结合状态机的思想完成任务的拆分和切换，比如10毫秒的任务，而一个执行时长需要5毫秒的任务，在运行周期10毫秒无法调整的情况下，而任务可细分时，可以分成多个子状态（子任务）执行，如5个状态（子任务），那么该任务周期为2毫秒，所有子状态（子任务）运行时间依然是10毫秒（理想状态下）。

当然，这种优化需要保证大部分的子状态（子任务）执行时长不要超过时间片，如果不能保证，那么继续细分多个子状态（子任务），直到无法继续细分为止（比如IIC/SPI发送数据等场景）。

 

void Task_10ms(void)
{
    ....
}

// 改为
void Task_2ms(void)
{
    static uint8_t s_state = 0;

    switch(s_state)
    {
    case 0:
        ....
        s_state = 1;
    break;
    case 1:
        ....
        s_state = 2;
    break;
    case 2:
        ....
        s_state = 3;
    break;
    case 3:
        ....
        s_state = 4;
    break;
    case 4:
        ....
        s_state = 0;
    break;
    }
}

 

 

　　审核编辑：汤梓红