ESP32/ESP32-S2 CPU加速建议

背景介绍

ESP32 和 最新的 ESP32-S2 CPU 时钟可以达到 240Mhz， 在通用形单片机中算是比较高的，但是如果进行复杂的计算，有时还是不够用。我最近将之前做过的 ESP32 WiFi无人机项目，移植到 ESP32-S2 ，由于 ESPIDF 对两款芯片在代码库上进行了一致的封装，因此在基本功能的移植上比较通畅，但是在移植光流定点部分时遇到了问题。

由于 ESP32 是双核 CPU，因此在 CPU 资源上有很大空间，在多任务系统的开发上比较友好。ESP32-S2 虽然对 CPU 内核进行了升级，但是毕竟只有一个核，如果存在一个优先级比较高的复杂任务，那低优先级任务将难以获得 CPU 时间。

在本项目中，存在一个 KALMAN 状态估计 task，其中需要用软件实现矩阵乘法运算，均为单精度浮点类型，姿态计算以 10ms 一次的频率进行，但是单是计算时间就花费了 6ms，也就是说只剩 4ms 能够分给其他 task。由于更高优先级的 task 总的运行时间大于 4ms，因此低优先级任务无法获得 CPU 时间，导致系统无法正常工作。

如果连接了串口，芯片会打印 task 看门狗被触发 （不一定是报 KALMAN task 触发看门狗，也可能是任意优先级大于 KALMAN 的 task，可以看ESP32 system 看门狗思考一下为什么，哈哈 ）

ESP32-S2 与 ESP32 的不同请参考：ESP32-S2 ESP32 ESP8266参数对比表格

解决方法

1. 在menuconfig中提高 CPU 主频，最大可以开到240MHz。
2. 在menuconfig中开启编译优化，Compiler options>optimize for performance>Optimize for permance。
3. 使用inline内联频繁调用的函数，减少函数调用花销，但是应该注意 inline 用法。
4. 使用IRAM_ATTR宏定义，将频繁调用的代码放在 IRAM 中，加快运行速度。参考：ram-instruction-ram

   	#include "esp_attr.h"
   	void IRAM_ATTR gpio_isr_handler(void* arg)
   	{
   	        // ...
   	}
   

5. 在menuconfig中提高 flash 频率，提高 IROM 中代码读取速率。
6. 在menuconfig中增加cache大小，具体增加多少，根据 ram 空间确定，cache 增加会消耗内存空间。
7. 利用 ULP低功耗内核，将简单任务分配其中，减小主 CPU 任务数
8. 调整 task，降低高耗时 task 优先级，提高其他关键 task 优先级，关闭不必要的 task 。
9. 降低高耗时 task 运行频率