[Note]Microcontroller的排程方式
[Note]Microcontroller的排程方式
這篇為我看完Microchip Technology 20024 FRM4 - Interrupt and Task Scheduling - No RTOS Required後所作的筆記。
Race condition與Synchronization
Race condition的觀念在恐龍書已經說很多了，所以就不提了。而Synchronization部份，Microcontroller常用interupt disabling和spin lock來做處理，而用到sempahore的部份也是有。另外值得注意的一點是，由於MCU同時有許多peripheral component(Timer,ADC,SPI,UART…)再運作，這些元件也會改變SFR(special function register)的值，所以建算你的程式是但執行序，仍可能會有race consition發生，例如：在PIC的 16 bit timer中，他是分成兩個register控制timer的值(TMR1L,TMR1H)，也就是說你要更動timer的值時，需要大於兩個cycle，才可辦到，但是如果在存取值的時候你的timer仍在運作，則可能發生，不合理的狀況。比方說你想要讀取TMR1的值(TMR1H + TMR1L)，原本TMR1H = 0x00,TMR1L = 0xFF，第一部份，你讀到了TMR1H的值為0x00，但在第二部份時你要讀TMR1L的時候，因為timer仍在計時，經過一個cycle，TMR1L的值已經加1並進位到TMR1H，所以TMR1L的值現在為0x00，你讀到的值就是0x00，在這個case中，你預期你會得到(0x00,0xFF)，但你實際上拿到(0x00,0x00)，這是在MCU常有的情況。避免的方法為暫停timer然後再去取值。
Review interrupt
在MCU中硬體發生的中斷會已硬體的context switch實做，也就是她會將當前的core register複製一份到shadow register儲存，保留狀態，當離開ISR後，CPU會將shadow register載回core register中。
在interupt中，對於跨ISR與main line的變數，可以考慮使用Volatile修飾字(一個資源有多個process使用時，透過這個修飾字可以告訴編譯器，不要對這個值做值域判斷優化)，以免編譯器編出你無法預期的行為。
interrupt在context switch時會有所謂的interrupt latency(在IVT中尋找對應的interrupt vector+context switch+當前指令的完成(例如說MUL))，這是MCU的效能指標之一，不過對於多層的interrupt，在第二層以後失去了硬體context swtich的優化，所以速度會慢很多。
Jitter injection為main line在被中斷後所暫停執行的時間，通常要盡量讓Jitter 愈小愈好。
interupt priority:MCU中的interrupt有priority，規範誰可以中斷誰，例如說PIC18F系列有兩個level，dsPIC30F系列有八個level，此外MCU中透過interrupt 在IVT的順序，有所謂的natural order priority，來處理相同level intertupt同時發生的問題。另外，ISR裡可以包裹多個interrupt handler，這部份一樣是透過IVT先後和priority還有發生時間決定進入點。(其他:可重入程序)。
一些ISR設計的注意細節:
1.盡量ISR短，減少jitter
2.避免無限的等待
3.盡量避免ISR與mainline使用相同的全域變數(有的話記的要加volatile)
Review scheduler(非Real time)與相關技術
有cooperative與preemptive兩大類，恐龍書有詳盡描述。此外還有兼容兩種特性的(hybird)。
常見排程方式與技術有：
1.sequential
任務是循序執行的，好處是簡單明瞭，非常好預期行為。缺點是容易多做一些不必要的任務，還有每個任務的latency變異大。
2.Round Robin
恐龍書有提到，就跳過了。
3.basic priority與advanced priority
透過簡單邏輯判斷該執行哪些任務，壞處是要維護判斷的變數狀態正確性，還有避免starvation，而且當判斷模式複雜時難除錯。
4.staged
透過將任務拆解成多個stage然後使用FSM的方式管理任務執行順序，缺點是增加許多資源管理state。
5.scheduled(這裡指時間上)
透過規劃何時該做什麼達成scheduled，好處是簡單好讀，執行時間可預期，好擴展。缺點是需要Timer來排行程，還有有需要維護Ticker。