Как обмениваться данными между задачами/потоками, не связывая их?

Из того, что вы описали в вопросе и комментариях, кажется, что вас больше всего беспокоит взаимодействие между датчиками и регуляторами с низким объемом памяти с минимальными деталями реализации и без знания явных деталей каждой реализации датчика.

Поскольку вы работаете в C и не имеете некоторых функций класса C++, которые упростили бы инкапсуляцию посредством наследования, я предлагаю вам создать общий пакет данных из каждого потока датчика, который передается в регуляторы, а не передавать указатель на функцию. Структура формы

struct SensorDataWrap {
    DataType *data;
    LockType *lock;
    ... other attributes such as newData or sensorName ...
};

позволит вам передавать данные регуляторам, где вы можете заблокировать их перед чтением. Точно так же датчики должны быть заблокированы перед записью. Если вы изменили данные на двойной указатель DataType **data, вы можете заставить команду записи блокироваться только на время, необходимое для замены базового указателя. Регулятору тогда просто нужна одна структура SensorDataWrap из каждого потока для обработки информации этого потока независимо от деталей реализации датчика.

LockType может быть семафором или любым объектом блокировки более высокого уровня, который обеспечивает получение однократного доступа. Объем памяти для любой такой блокировки должен составлять всего пару байтов. Кроме того, вы не дублируете данные здесь, поэтому у вас не должно быть мультипликативных эффектов на размер вашей памяти по сравнению с показаниями датчика. Аппаратное обеспечение, которое вы используете, должно иметь более чем достаточно места для хранения одной копии данных с описанных вами датчиков, а также достаточно флэш-памяти для размещения объектов семафора или блокировки.

Детали реализации для связи теперь ограничиваются блокировкой, выполнением операции, разблокировкой и не требуют сложных указателей функций или включения заголовка, специфичного для SensorN. Он должен быть близок к минимальной логике, необходимой для любой многопоточной программы с общими данными. Программа также должна быть перенесена на другие микроконтроллеры без существенных изменений - связь действительно ограничена только наличием/отсутствием потоковой передачи и блокировок.

Другой вариант — передать объект тройного буфера и выполнить переворот буфера, чтобы избежать семафоров и блокировок. Для этого подхода требуется поддержка атомарного целого числа/логического значения (которую вы, скорее всего, предоставили компилятору, если у вас есть семафоры). Руководство по использованию тройных буферов для параллелизма можно найти на этом блог. Этот подход будет использовать немного больше активной памяти, но это очень удобный способ избежать большинства проблем параллелизма.