姿态控制系统实时性优化实战 · 课程目录

01

实时性概述基础

姿态控制实时要求 · 硬实时vs软实时 · 延迟/抖动/吞吐量

02

任务调度基础 FreeRTOS

任务状态机 · 优先级抢占 · 创建/删除API

03

调度策略分析 EDF

时间片轮转 · 优先级抢占 · Deadline调度适用性

04

中断管理临界区

中断优先级配置 · 嵌套与抢占 · taskENTER_CRITICAL

05

任务间通信队列/信号量

Queue实时性 · 优先级翻转 · 事件组场景

06

内存管理静态池

malloc不可预测 · 静态内存池 · 栈溢出检测

07

时间管理 DWT

Tick配置 · 软件定时器精度 · 高精度时间戳

08

代码优化定点化

循环展开 · 浮点定点化 · 编译器选项-O2/-O3

09

数据结构优化 RingBuffer

环形缓冲区 · 链表vs数组 · 避免动态结构

10

外设驱动优化 DMA

SPI DMA · I2C中断vs轮询 · ADC多通道并发

11

传感器数据融合 IMU

IMU时序约束 · 互补滤波器优化 · Mahony/Madgwick实时

12

控制环路设计 PID

PID离散化 · 控制频率匹配 · 前馈补偿

13

状态估计器卡尔曼

KF实时挑战 · Steady-State KF · EKF优化

14

通信协议优化 CAN/EtherCAT

CAN优先级 · UART DMA · EtherCAT实时特性

15

任务优先级分配 RMS

RMS理论 · 优先级反转解决方案 · 继承/天花板

16

死锁与饥饿看门狗

死锁四条件 · 预防/避免 · 看门狗恢复

17

实时性测试方法 SystemView

逻辑分析仪 · 示波器中断延迟 · Percepio Trace

18

性能分析工具 DWT

Cortex-M DWT · Cycle Counter · Profiling热点

19

功耗与实时性平衡 DVFS

动态电压频率调整 · 睡眠模式 · 任务分组调度

20

多核处理 AMP/SMP

AMP vs SMP · IPC实时性 · 缓存一致性

21

FPGA协处理 HLS

硬件加速器 · FPGA与MCU接口 · HLS控制算法

22

安全关键系统 IEC61508

SIL等级 · 三模冗余TMR · 故障注入测试

23

RTOS选型对比

FreeRTOS vs RT-Thread vs VxWorks · 商业认证

24

Bootloader设计 A/B升级

安全启动 · 固件升级实时性 · 双备份策略

25

故障诊断 Watchdog

任务看门狗 · 堆栈监控 · CPU负载率计算

26

代码规范 MISRA-C

MISRA-C · assert使用 · 低开销日志

27

版本管理 CI/HIL

Git Flow · CI自动化 · 硬件在环测试

28

案例1：四旋翼姿态控制无人机

任务划分 · 传感器融合 · 控制环路优化

29

案例2：机械臂关节控制 EtherCAT

EtherCAT实时性 · 多轴同步 · 碰撞检测响应

30

总结与展望 TSN/RISC-V

常见误区 · 未来趋势 · 学习资源推荐

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