freertos-patterns

ESP32 および RP2040 向け FreeRTOS パターン

ESP32 または RP2040 で実際の並行処理の問題が発生した場合に、このスキルを使用します。メインの処理は要点に絞り、ユーザーの具体的な問題に合った詳細なリファレンスを読み込みます。

リソース

• references/patterns-task-creation.md - タスクのライフサイクル、優先度、スタックサイズ、タスクの起動
• references/patterns-queues.md - キューを使ったタスク間通信
• references/patterns-synchronization.md - ミューテックス、セマフォ、クリティカルセクション、ISR との連携
• references/patterns-memory.md - スタックサイズ、ヒープチェック、モニタリング
• references/patterns-advanced.md - ウォッチドッグ、通知、イベントグループ、タイマー、アフィニティ
• assets/workflow.mmd - アーキテクチャの概要

使用する状況

次の内容を含むリクエストでは、このスキルを使用します。

• ESP32 での複数の並行ジョブ
• タスクの優先度やプリエンプション
• キュー、セマフォ、ミューテックス、通知の設計
• RP2040 の setup1 と loop1 を使ったマルチコア連携
• ウォッチドッグに対応した長時間動作
• 競合状態、スタックオーバーフロー、デッドロックのデバッグ

次の場合は、このスキルを使用しないでください。

• 対象が UNO またはその他のシングルコアボードの場合
• シンプルな millis() スケジューラで問題を解決できる場合
• リクエストが、並行処理の要件を含まない単一のブロッキングループだけに関する場合

ワークフロー

1. まず対象プラットフォームを確認します。
   • ESP32 -> FreeRTOS のタスクモデル
   • RP2040 -> デュアルコア連携モデル
2. 主な問題を特定します。
   • タスクの起動 -> patterns-task-creation.md を開く
   • 通信 -> patterns-queues.md を開く
   • 共有データまたは ISR のシグナリング -> patterns-synchronization.md を開く
   • スタックまたはヒープのリスク -> patterns-memory.md を開く
   • ウォッチドッグ、通知、タイマー、アフィニティ -> patterns-advanced.md を開く
3. 同期境界を一度に 1 つずつ解決します。設計上本当に必要な場合を除き、キュー、ミューテックス、通知の各アドバイスを混在させないでください。
4. ボード固有の詳細を明確にします。ESP32 向け FreeRTOS のガイダンスと RP2040 向けマルチコアのガイダンスは、互換性がありません。

基本ルール

• 問題を解決できる最小の並行処理プリミティブを優先します。
• 共有状態を明示的に保護します。「おそらく安全」は安全ではありません。
• ESP32 では vTaskDelay() またはイベント駆動のブロッキングを使用し、タスク内では決して delay() を使用しないでください。
• スタックサイズを慎重に割り当て、実行時の証拠で検証します。
• RP2040 では、データを共有する前にコアの所有権を明確に定義します。

検証

• 各タスクまたはコアに、明確で固有の責任があることを確認します。
• 具体的なデータ経路に照らして、キューの深さ、通知の流れ、またはミューテックスによる保護範囲を確認します。
• ESP32 では、タスクサイズが不確かな場合、uxTaskGetStackHighWaterMark() でスタックの余裕を調べます。
• デッドロックやビジーウェイトを起こさずに、スケッチが処理を継続できることを検証します。
• ISR が関与する場合は、そのプラットフォームで同期プリミティブが ISR セーフであることを確認します。

よくある失敗要因

• タスクスタックのサイズ不足
• FreeRTOS タスク内での delay() の使用
• 共有データが保護されていない
• 一貫性のないロック順序によるデッドロック
• ミューテックスや所有権の管理をせずに RP2040 のコア起動を想定すること

統合

• ユーザーが設計ガイダンスではなくスケッチ全体を必要とする場合は、arduino-code-generator と組み合わせます。
• 並行処理の設計に問題がないことを確認した後も、ハードウェアのタイミング問題が残る場合に限り、circuit-debugger と組み合わせます。
• 並行処理の設計にタスク、キュー、またはイベントフローの図が必要な場合は、mermaid-diagram-generator と組み合わせます。

共通出力の契約

Arduino スキル共通契約に従ってください。前提条件、必要なツールとバージョン、実装手順、証明段階ごとのテストおよび証拠、既知の制限事項、復旧とセキュリティに関する注意事項を明記します。