BLE 4.2 Controller：高精度调度器与冲突仲裁

由于芯片通常只有一个 Radio（单射频），我们不能同时进行广播、扫描和保持连接。如果我在 37 信道广播时，连接的锚点（Anchor Point）也到了，该怎么办？如果我正在扫描，突然需要回复一个连接请求，怎么保证时间差精确在 150µs？

这就是我们需要一个高精度调度器（High-Precision Scheduler）的原因。通用的 RTOS（如 FreeRTOS）基于 SysTick 的 1ms 调度精度在这里完全不够看，我们需要的是微秒级的控制。

1 设计哲学：时间轴上的俄罗斯方块

BLE Controller 的调度本质上是时分复用（TDM）。我们可以把时间看作一条无限延伸的单行铁轨，而每一个任务（广播一次、连接交互一次）就是一列列火车。

我们的调度器只有两个核心目标：

1. 不撞车：保证任意两个任务在时间轴上不重叠。
2. 准点率：任务必须在预定的微秒时刻触发（误差 < 2µs）。
   

为了实现这一点，我们需要抛弃“线程优先级”的概念，转而使用基于绝对时间的有序链表。

2 冲突仲裁

显然，这样插入非常容易出现时间上的重叠。但幸好，蓝牙中并不是所有事件都对时间要求非常严格，为了解决冲突，可以根据事件的优先级和一定的策略调整不同事件开始的时间。

下面以 Cordio 源码为例，分析不同情况的处理方法。

2.1.1 新事件优先级更高

如果新事件优先级更高，新事件获胜，则移除旧的事件，插入新的事件，然后通过回调函数abortCback通知旧事件被取消了。回调函数针对不同的事件单独实现。

/* by yours.tools - online tools website : yours.tools/zh/quchong.html */ static bool_t SchResolveConflict(BbOpDesc_t *pItem, BbOpDesc_t *pTgt) { schRemoveForConflict(pTgt); schInsertToEmptyList(pItem); if (pDeleted->abortCback) { pDeleted->abortCback(pDeleted); } return TRUE; }

2.1.2 优先级相同

如果新事件优先级相同，就使用冲突回调函数conflictCback来决定怎么处理。回调函数针对不同的事件单独实现。

/* by yours.tools - online tools website : yours.tools/zh/quchong.html */ static bool_t SchIsBodResolvable( BbOpDesc_t *pItem, // 新BOD BbOpDesc_t *pTgt, // 现有BOD BbConflictAct_t conflictCback ) { // 策略1: 比较重调度策略（优先级） if (pItem->reschPolicy < pTgt->reschPolicy) { return TRUE; // 新BOD优先级更高，可以抢占 } // 策略2: 优先级相同，使用冲突回调 else if ((pItem->reschPolicy == pTgt->reschPolicy) && conflictCback) { if (conflictCback(pItem, pTgt) == pItem) { return TRUE; // 回调选择了新BOD } } // 策略3: 新BOD优先级更低或相同但无回调 else { LL_TRACE_WARN2("!!! Scheduling conflict: existing=%u vs incoming=%u", pTgt->reschPolicy, pItem->reschPolicy); return FALSE; // 保留现有BOD } return FALSE; }

2.1.3 新事件优先级更低

如果新事件优先级更低，则保留旧事件，调整新事件的事件重新尝试插入。
例如一个普通的广播事件在调度时碰到了更高优先级的连接事件，广播事件重新计算下一次的广播事件，然后重新尝试调度。对于广播，错过一次几乎不影响用户体验。

static bool_t SchResolveConflict( BbOpDesc_t *pItem, // 要插入的BOD BbOpDesc_t *pTgt // 冲突的BOD ) { BbOpDesc_t *pCur = pTgt; int numDeletedBod = 0; BbOpDesc_t *pDeleted[SCH_MAX_DELETE_BOD]; // 最多删除8个 // 1. 遍历并移除所有冲突的BOD while (TRUE) { // 防止删除过多 if (numDeletedBod == SCH_MAX_DELETE_BOD) { result = FALSE; break; } pDeleted[numDeletedBod++] = pCur; // 如果只与pCur冲突 if ((pCur->pNext == NULL) || SCH_IS_DONE_BEFORE(pItem, pCur->pNext)) { result = schRemoveForConflict(pCur); break; } // 继续移除下一个冲突的BOD if (!schRemoveForConflict(pCur)) { result = FALSE; break; } pCur = pCur->pNext; } // 2. 如果成功移除，插入新BOD if (result == TRUE) { if (pCur->pNext) { schInsertBefore(pItem, pCur->pNext); } else if (pTgt->pPrev) { schInsertAfter(pItem, pTgt->pPrev); } else { schInsertToEmptyList(pItem); } // 3. 调用所有被移除BOD的中止回调 for (int i = 0; i < numDeletedBod; i++) { if (pDeleted[i]->abortCback) { pDeleted[i]->abortCback(pDeleted[i]); } } } return result; }