MCU長耗時任務的優化策略

轉自 | 大橙子瘋嵌入式

在 MCU 裸機開發中，采用分時片的方式進行多任務處理是一種常見的技術。

然而，長耗時任務可能會影響系統的響應性和性能，因此需要采取一系列優化策略來處理這些情況。

本文將介紹針對長耗時任務的幾種常見優化策略，并著重探討任務分割的思路與方法。

優化策略

以下是針對長耗時任務的幾種常見優化策略：

任務分割和優先級設置

將長耗時任務分割成多個較小的子任務，每個子任務只在每個時間片內執行一部分。同時，通過設置任務的優先級，確保高優先級任務能夠在適當時刻得到執行，從而保證系統的響應性。

時間片調整

對于特別耗時的任務，可以將它們的時間片調整為更大，以確保它們能夠在較長的時間段內得到充分的執行時間。這樣可以減少任務切換的開銷，提高長耗時任務的效率；同時也有更多的時間執行其他任務，保證其他任務能夠及時被調度。

使用中斷處理

對于一些需要高實時性的任務，可以考慮使用中斷處理。將長耗時任務分為多個階段，在每個時間片內執行一個階段，當中斷觸發時，可以切換到中斷處理程序，然后再回到任務繼續執行。這樣可以在不中斷其他任務的情況下，保證某些任務得到及時處理。

任務延時和休眠

對于一些不需要即時執行的任務，可以在任務中添加適當的延時或休眠。這樣可以讓其他高優先級任務有更多的執行時間，同時降低長耗時任務對系統的影響。

優化算法和數據結構

針對特定的長耗時任務，可以優化算法和數據結構，以減少計算量和內存使用。這可以顯著提高任務的執行效率。

任務優先級監控和動態調整

實時監控系統中各個任務的執行狀態和響應時間，根據實際情況動態調整任務的優先級和時間片大小，以適應不同的工作負載。

示例

任務分割的思路與方法

任務分割是優化長耗時任務的關鍵策略之一。它的核心思想是將長耗時任務切分成多個較小的子任務，每個子任務在一個時間片內執行一部分工作。以下是任務分割的大致步驟：

任務分析：首先，對長耗時任務進行詳細分析，確定任務的執行流程、涉及的計算和操作，以及可能的耗時瓶頸點。

子任務劃分：將任務劃分為多個子任務，每個子任務代表一個可以在一個時間片內完成的工作單元。確保劃分后的子任務是相對獨立的，不會導致數據依賴性問題。

優先級設置：為每個子任務設置適當的優先級，確保高優先級任務在必要時能夠及時執行。通常，長耗時任務的子任務應該具有相對較高的優先級。

時間片分配：根據子任務的數量和優先級，合理分配時間片。對于長耗時任務的子任務，可以將其時間片設置為較大值，以確保每個子任務能夠得到充分的執行時間。

任務執行與切換：在每個時間片內，依次執行每個子任務的一部分工作。在任務切換時，確保上下文的正確保存和恢復，以保證任務的連續性。

中斷處理：如果長耗時任務需要高實時性，可以在適當的地方引入中斷處理，以在必要時切換到中斷處理程序，然后返回繼續執行子任務。

通過任務分割，長耗時任務可以被有效地分解成可管理的部分，從而提高系統的響應性和效率。然而，需要注意的是，任務分割過程需要綜合考慮任務之間的依賴關系、優先級設置以及任務切換的開銷，以達到最佳的優化效果。

如何實現？

在優化初期，可以結合狀態機的思想完成任務的拆分和切換，比如10毫秒的任務，而一個執行時長需要5毫秒的任務，在運行周期10毫秒無法調整的情況下，而任務可細分時，可以分成多個子狀態（子任務）執行，如5個狀態（子任務），那么該任務周期為2毫秒，所有子狀態（子任務）運行時間依然是10毫秒（理想狀態下）。

當然，這種優化需要保證大部分的子狀態（子任務）執行時長不要超過時間片，如果不能保證，那么繼續細分多個子狀態（子任務），直到無法繼續細分為止（比如IIC/SPI發送數據等場景）。

voidTask_10ms(void)
{
....
}

//改為
voidTask_2ms(void)
{
staticuint8_ts_state=0;

switch(s_state)
{
case0:
....
s_state=1;
break;
case1:
....
s_state=2;
break;
case2:
....
s_state=3;
break;
case3:
....
s_state=4;
break;
case4:
....
s_state=0;
break;
}
}

審核編輯：湯梓紅