Я вообще-то любитель RTOS. С кешем как-то проблем не имел явных, поскольку с кэшем работаю напрямую без всяких оберток оси. Где нужен жесткий детерминизм запускаю во внутренней RAM проца и не кэширую эту область.
Есть также простой способ зафиксировать код в одном из путей кэша.
Наконец можно просто запустить процедуру два раза, и использовать только результаты 2-го выполнения. Тож не брезгую.
Но джитер все равно при работе с периферией в пределах микросекунды будет.