工业自动化芯片多任务调度实战

📚 共计 30 章节

工业自动化芯片概述

什么是工业自动化芯片 · 工业芯片与消费芯片的区别 · 典型工业芯片架构（ARM Cortex-R/M系列、RISC-V）

实时操作系统(RTOS)基础

RTOS核心概念（任务、调度器、中断）· FreeRTOS与uC/OS-III对比 · 工业场景下的选型考量

任务创建与管理

任务控制块(TCB) · 任务栈配置 · 任务优先级设定 · 任务状态迁移（就绪、运行、阻塞、挂起）

调度算法深度解析

时间片轮转(RR) · 优先级抢占式调度 · 合作式调度 · 调度点与上下文切换开销分析

中断管理实战

中断优先级分组 · 中断嵌套 · 临界区保护（关中断/锁调度器）· 中断与任务的同步机制

中断临界区

任务间通信-队列

队列的工作原理 · 阻塞式发送与接收 · 队列集(Queue Set) · 工业数据采集中的队列应用

任务间通信-信号量

二值信号量 · 计数信号量 · 互斥信号量与优先级反转 · 死锁预防

信号量互斥

任务间通信-事件组

事件标志位 · 多事件同步（与/或逻辑）· 事件组在报警系统中的实战

事件组同步

任务间通信-消息邮箱

邮箱与队列的区别 · 邮箱的覆盖写策略 · 紧急消息处理

静态内存分配与动态内存分配 · 内存碎片问题 · heap_1到heap_5对比 · 工业场景下的内存保护

软件定时器

定时器回调函数 · 单次定时器与周期定时器 · 定时器任务优先级 · 看门狗定时器集成

定时器看门狗

任务通知(Task Notification)

轻量级IPC · 通知值的使用 · 通知替代信号量的性能对比

多核调度基础

AMP与SMP架构 · 核间通信(IPC) · 共享资源保护 · 缓存一致性初探

工业总线协议集成

CAN总线任务设计 · Modbus RTU任务封装 · EtherCAT从站任务模型

传感器数据采集任务

ADC轮询与DMA方式 · 传感器滤波算法（均值/中值/卡尔曼）· 数据发布频率控制

传感器滤波

执行器控制任务

PWM生成与占空比调节 · 步进电机梯形加减速 · PID控制任务化

人机交互(HMI)任务

LCD刷新与触摸扫描 · 按键消抖与长按检测 · 菜单系统任务设计

通信协议栈任务

TCP/IP协议栈（LwIP）任务化 · MQTT客户端任务 · HTTP服务器任务

日志与诊断任务

环形缓冲区日志 · Flash日志存储 · 远程诊断命令处理

安全与冗余设计

双机热备任务 · 看门狗任务 · 安全状态机 · Fail-Safe机制

低功耗任务设计

Tickless模式 · 睡眠与唤醒 · 外设电源管理 · 功耗测量与优化

低功耗Tickless

任务优先级反转与解决

优先级继承协议 · 优先级天花板协议 · 实际案例分析

死锁检测与预防

死锁产生的四个必要条件 · 银行家算法 · 工业系统中的死锁避免策略

死锁银行家

任务栈溢出检测

栈使用量统计 · 栈溢出钩子函数 · 栈深度优化技巧

栈溢出优化

系统启动与初始化流程

芯片启动文件(startup) · RTOS初始化 · 外设初始化 · 任务创建顺序

启动初始化

调试与性能分析

Tracealyzer工具使用 · 任务CPU占用率统计 · 系统Tick中断分析

单元测试与集成测试

任务桩(Stub)编写 · 模拟中断注入 · 覆盖率测试

工业自动化芯片选型实战

STM32H7系列 · TI AM64x系列 · NXP i.MX RT系列对比

项目实战：多轴运动控制器

任务分解（通信、插补、位置环、速度环、HMI）· 调度策略设计

运动控制多轴

项目实战：智能网关数据采集器

多协议转换任务 · 数据上云任务 · 本地存储任务 · OTA升级任务