ESP32 上间歇性的 NaN 和 INF 值

Question

我正在为 ESP32 开发模块开发一些 PID 代码。大多数时候，我执行代码时，

integral

值为 NaN 或 INF。然而，在拔出并重新插入 USB 连接时，偶尔会按预期计算积分值。我已经测试了多种不同类型的开发套件并观察到相同的行为，这让我相信这是一个软件错误。

导致此错误的原因可能是什么？您还建议采取哪些故障排除步骤？

//==============Variables================
// Frequency Counter
const byte        interruptPin = 22;              // Assign the interrupt pin
volatile uint64_t StartValue = 0;                 // First interrupt value
volatile uint64_t PeriodCount;                    // period in counts
float             freq;                           // frequency

hw_timer_t * timer = NULL;                        // pointer to a variable of type hw_timer_t

// PID
const int OUTPUT_PIN = 23;

double dt = 0.1;
double last_time = 0;
double integral = 0;
double previous = 0;
double output = 75;
double kp, ki, kd;
double setpoint = 35.00;                          // idle speed of ~35 Hz

//==============Functions================
// Interrupt
void IRAM_ATTR handleInterrupt()
{
  uint64_t TempVal = timerRead(timer);            // value of timer at interrupt
  PeriodCount = TempVal - StartValue;             // period count between rising edges
  StartValue = TempVal;                           // puts latest reading as start for next calculation
}

// PID Function
double pid(double error)
{
  double proportional = error;
  double area = error * dt;
  integral += area;                               // issue found: integral = inf or nan
  double derivative = (error - previous) / dt;
  previous = error;
  double output = (kp * proportional) + (ki * integral) + (kd * derivative);
  Serial.print("integral: ");
  Serial.println(integral, 6);
}
//=======================================

void setup(){
  Serial.begin(115200);
  pinMode(interruptPin, INPUT);                                       // sets pin as input
  
  attachInterrupt(interruptPin, handleInterrupt, FALLING);            // attaches pin to interrupt on Falling Edge
  timer = timerBegin(0, 2, true);                                     // configure timer 
  // 0 = first timer
  // 2 is prescaler so 80 MHZ divided by 2 = 40 MHZ signal
  // true - counts up
  timerStart(timer);                                                  // starts the timer

//=======================================
  // PID setup
  kp = 0.8;
  ki = 0.5;
  kd = 0;
  last_time = 0;
  analogWrite(OUTPUT_PIN, 23);
}
  
void loop(){
  freq = 40000000.00 / ((double) PeriodCount);                       // calculate frequency 

//=======================================
  // PID Loop
  double now = millis();
  dt = (now - last_time) / ((double) 1000);
  last_time = now;
  delay(1);
  
  double error = freq - setpoint;
  output = pid(error);                                              // output is the PWM value

  analogWrite(OUTPUT_PIN, output);                                  // set the output pin to the PWM value determined by the output variable
}

Answer 1

我会指出一些容易发现的问题。

1. 此语句不考虑

   PeriodCount

   为 0 的情况。这就是您获得 Inf 的方式 :)
   

   freq = 40000000.00 / ((double) PeriodCount);

2. 所有变量的长度都是 8 个字节（double 和 uint64_t）。您无法在 4 字节架构上的中断和任务循环之间安全地共享这些内容。这是因为中断可以插入并更改处理前 4 个字节和后 4 个字节的主循环之间的值。因此，主循环的计算运行在经过阈值处理的值上。
   解决方案是使用互斥体或其他线程同步机制来保护它们。
3. 重复 romkey 的注释 - 主函数和中断之间共享的变量必须是易失性的，否则编译器将随意使用它们。