在 RTOS 中使用队列从 ISR 发送大量数据

Question

我正在使用 STM32F401 MC 进行音频采集，我正在尝试使用队列将音频数据（正好 384 字节）从 ISR 发送到任务。 ISR 的频率太高，因此我相信由于队列已满而丢弃了一些数据。从运行代码录制的音频有噪音。有没有更简单的方法可以将大量数据从 ISR 发送到任务？

使用的RTOS是FreeRTOS，ISR是来自I2S麦克风外设的DMA回调。

Answer 1

这些情况下的一般方法是：

对 ISR 中接收到的原始数据进行下采样（例如，仅保存 4 个样本中的 1 个）
在将样本发送到任务的消息中之前积累一定数量的样本

Answer 2

如果定期调用接收数据的线程，则队列的大小应足以容纳在该时间间隔内可能接收到的所有数据。确保队列足够大以至少保存两个间隔的数据可能是个好主意。

如果接收数据的线程根本跟不上传入的数据，那么可以考虑提高其优先级。

每次向队列中推送和从队列中拉取时，都会有一些开销处理，因为 FreeRTOS 将检查以确定是否应唤醒更高优先级的任务以响应该操作。同时向队列写入或读取多个项目时，在传输进行时暂停调度程序可能会有所帮助。

另一种解决方案是实现循环缓冲区并将其放入共享内存中。这将基本上执行与队列相同的功能，但没有额外的开销。您可能需要使用互斥锁来阻止同时访问缓冲区，具体取决于循环缓冲区的实现方式。

Answer 3

您可以通过创建指向内存块的指针队列而不是复制内存本身来实现“零复制”队列。将音频数据直接写入一个块（例如通过 DMA），然后在满时将指向该块的指针排入队列，然后切换到池中的下一个可用块。然后接收任务可以直接在内存块上操作，而不需要将数据复制到队列中和从队列中复制出来——唯一复制的是指针。

接收任务完成后，returns将块放回池中。池中的块数应与队列长度相同。

要创建内存池，您将从静态数组开始：

tAudioSample block[QUEUE_LENGTH][BLOCK_SIZE] ;

然后用指向每个块元素的指针填充一个 block_pool 队列 - 伪代码：

for( int i = 0; i < QUEUE_LENGTH; i++ )
{
    queue_send( block_pool, block[i] ) ;
}

然后要获得一个“可用”块，您只需从队列中取出一个指针，填充它，然后发送到您的音频流队列，接收方在完成该块后将指针发回 block_pool.

一些 RTOS 提供了一个固定的块分配器，它完全按照我上面描述的 block_pool 队列执行。如果您使用的是 CMSIS RTOS API 而不是本机 FreeRTOS API，则提供 memory pool API.

但是，听起来这可能是一个 X-Y 问题 - 您已经提出了您的诊断（可能正确也可能不正确）并决定了您随后寻求帮助的解决方案。但是，如果它是错误的或不是最佳解决方案怎么办？最好包括一些显示数据如何生成和使用的代码，并提供具体信息，例如这些数据来自何处、ISR 生成的频率、采样率、它所在的平台运行、优先级和接收任务的调度，以及其他哪些任务运行可能会延迟它。

在大多数平台上384字节的数据量不是很大，中断率必须非常高或者接收任务被过度延迟（即不是实时的）或者做过多或非确定性的工作导致这个问题。问题可能不是 ISR 频率，而是接收任务的性能和可调度性。

不清楚你的 384 字节是单次中断还是 384 次中断还是什么？

也就是说，这可能是一个更全面的设计问题，而不仅仅是如何更有效地传递数据——尽管这不是坏事。

在 RTOS 中使用队列从 ISR 发送大量数据

Sending large amount of data from ISR using queues in RTOS

c

queue

rtos

stm32

freertos