環境は
・STM32F303K8
+SW4STM32(System Workbench for STM32)
+STM32CubeMX(HAL ライブラリ、F3 ver. 1.7.0)
です。
CubeMXの設定は下記の通りです。
MPU周波数は内臓RCで最大周波数の64MHzに設定しました。
ポイントはデフォルトでは無効のosDelayUntil関数を有効化する点です。
作成するスレッドは3つ。
void StartDefaultTask(void const * argument)
{
uint32_t PreviousWakeTime = osKernelSysTick();
for(;;)
{
HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_3);
osDelayUntil (&PreviousWakeTime, 1);
}
}
void StartTask02(void const * argument)
{
uint32_t PreviousWakeTime = osKernelSysTick();
for(;;)
{
HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_4);
osDelayUntil (&PreviousWakeTime, 1);
}
}
void StartTask03(void const * argument)
{
uint32_t PreviousWakeTime = osKernelSysTick();
for(;;)
{
HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_5);
osDelayUntil (&PreviousWakeTime, 1);
}
}
スレッドはそれぞれGPIOのトグルを実行し、
トグル実行時間含めて1tick分まで待機します。
スレッドの生成は3段階の優先度で設定しました。
スレッド1つor 2つの場合は2つ目、3つ目のスレッドをコメントアウトして
スレッドを減らして実行しました。
/* definition and creation of myTask01 */
osThreadDef(defaultTask, StartDefaultTask, osPriorityRealtime, 0, 128);
defaultTaskHandle = osThreadCreate(osThread(defaultTask), NULL);
/* definition and creation of myTask02 */
osThreadDef(myTask02, StartTask02, osPriorityHigh, 0, 128);
myTask02Handle = osThreadCreate(osThread(myTask02), NULL);
/* definition and creation of myTask03 */
osThreadDef(myTask03, StartTask03, osPriorityAboveNormal, 0, 128);
myTask03Handle = osThreadCreate(osThread(myTask03), NULL);
最小スレッド切替の定義は
FreeRTOSConfig.h内の
#define configTICK_RATE_HZ ((TickType_t)1000*10)
を変更して実験しました。
◆結果
結果一覧は下記の通り
configTICK_RATE 周期 スレッド1つ スレッド2つ スレッド3つ
10000 100us ○ ○ ○
20000 50us ○ ○ ○
30000 33us ○ ○ ×
40000 25us ○ △ ×
50000 20us △ × ×
60000 17us × × ×
○：スレッド通りの動作、△：ジッターが多く、時々スレッド通り動作していない
×：スレッド通り動作していない、他のスレッドが全く動作していない
◆スレッド1つ
スレッド1つの場合、configTICK_RATE_HZ 50000 が限界ラインのようです。
configTICK_RATE_HZ 60000 にすると
下記のように周期が一定でなく、非常にジッターが多い感じです。
◆スレッド2つ
スレッド2つの場合、configTICK_RATE_HZ 30000 が限界ラインのようです。
configTICK_RATE_HZ 40000 にすると
下記のようにスレッド1は周期一定ですが、
スレッド2の周期が一定でなく、非常にジッターが多い感じです。
更に周期を高く設定して、
configTICK_RATE_HZ 50000 にすると
下記のようにスレッド1は周期一定ですが、
スレッド2が全く動作していません。
◆スレッド3つ
スレッド3つの場合、configTICK_RATE_HZ 20000 が限界ラインのようです。
configTICK_RATE_HZ 30000 にすると
下記のようにスレッド1、スレッド2は周期一定ですが、
スレッド3は全く動作していません。
更に周期を高く設定して、
configTICK_RATE_HZ 40000 にすると
下記のようにスレッド1は周期一定ですが、
スレッド2の周期が安定せず、
スレッド3は全く動作していません。
◆スレッド切替時間
スレッド数2や3の場合は11us程度のようです。
厳密には同時にスレッドスタートできないため、
スレッド切替時間というよりも
スタート時の処理時間の差といった方が正しいかもしれません。
◆まとめ
スレッド1つ：25us周期、configTICK_RATE_HZ 40000が限界ライン
スレッド2つ：33us周期、configTICK_RATE_HZ 30000が限界ライン
スレッド3つ：50us周期、configTICK_RATE_HZ 20000が限界ライン
という感じです。
スレッド切替時間は11us程度。
ただ、今回のスレッド内のタスクはLEDトグルの最小限の処理のため、
実際に数値計算の処理やAD変換等の処理が入ると
もう少し限界ラインが変わってくると思います。
理想的な加速度制御系を構築するためには
電流制御周期20us程度が理想で
加速制御周期100us程度となると
スレッド2つでFreeRTOS＋F3だとちょっと厳しいかなと思いました。
ということで理想的な加速度制御系を実現するには
MPU周波数が高いF4、F7、H7 を使ってみるか
今まで通り、RTOSなしでタイマ処理で分けるのが良さそうです...
