Laboratorio de Sistemas Embebidos Desarrollo de aplicaciones en LPCXpresso basadas en RTOS Alan Kharsansky

Mario Azcueta

4 - Marzo - 2011

Alan Kharsansky, Mario Azcueta ()

Desarrollo de aplicaciones en LPCXpresso basadas en RTOS 4 - Marzo - 2011

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Introducci´ on LPCXpresso

Introducci´ on

Section 1 Introducci´on LPCXpresso

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Introducci´ on LPCXpresso

Introducci´ on

Introducci´on

El LPCXpresso es un toolchain completo para evaluaci´on y desarrollo con microcontroladores de NXP. Esta compuesto por: LPCXpresso IDE y ”development tools” IDE basado en Eclipse Compiler y linker GNU GDB debugger

LPCXpresso target board (stick) BaseBoard o hardware adicional (opcional)

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Introducci´ on LPCXpresso

Introducci´ on

Introducci´on

El LPCXpresso es un toolchain completo para evaluaci´on y desarrollo con microcontroladores de NXP. Esta compuesto por: LPCXpresso IDE y ”development tools” IDE basado en Eclipse Compiler y linker GNU GDB debugger

LPCXpresso target board (stick) BaseBoard o hardware adicional (opcional)

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Introducci´ on LPCXpresso

Introducci´ on

Introducci´on

El LPCXpresso es un toolchain completo para evaluaci´on y desarrollo con microcontroladores de NXP. Esta compuesto por: LPCXpresso IDE y ”development tools” IDE basado en Eclipse Compiler y linker GNU GDB debugger

LPCXpresso target board (stick) BaseBoard o hardware adicional (opcional)

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Introducci´ on LPCXpresso

Introducci´ on

Introducci´on

El LPCXpresso es un toolchain completo para evaluaci´on y desarrollo con microcontroladores de NXP. Esta compuesto por: LPCXpresso IDE y ”development tools” IDE basado en Eclipse Compiler y linker GNU GDB debugger

LPCXpresso target board (stick) BaseBoard o hardware adicional (opcional)

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Introducci´ on LPCXpresso

LPCXpresso Target board

LPCXpresso target board

El target board es un un microcontrolador con todo lo necesario para encender y tambi´en una herramienta que incluye un programador y debugger.

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Introducci´ on LPCXpresso

LPCXpresso Target board

LPCXpresso target board

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Introducci´ on LPCXpresso

LPCXpresso Target board

LPCXpresso target board

Del lado del target este incluye algunos perif´ericos b´asicos y se comercializan con diferentes micrcontroladores. Por el momento se encuentran disponibles: LPC1114: ARM Cortex-M0, 32KB flash, 4/8KB SRAM LPC1343: ARM Cortex-M3, 32KB flash, 8K SRAM, USB LPC1768: ARM Cortex-M3, 512KB flash, 64KB SRAM, Ethernet, USB On the go.

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Introducci´ on LPCXpresso

LPCXpresso Target board

LPCXpresso target board En este tutorial vamos a utilizar el target que viene con el LPC1768.

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Introducci´ on LPCXpresso

BaseBoard

LPCXpresso BaseBoard El BeseBoard fue dise˜ nado por Embedded Artists Junto con NXP. Permite conectarle un MBed o un LPCXpresso Target.

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Introducci´ on LPCXpresso

BaseBoard

LPCXpresso BaseBoard

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Introducci´ on LPCXpresso

BaseBoard

LPCXpresso BaseBoard

La placa contiene perif´ericos para desarrollo y experimentaci´on: Generales: Socket for LPCXpresso and mbed module

Anal´ ogicos:

50 pin expansion dual row pin/header list connector

Trimming potentiometer input (analog input)

Battery powering (small coin battery) USB interface

PWM to analog LP-filtering (PWM output and analog input)

Reset pushbutton

Speaker output (PWM output) Oscilloscope probe inout stage

Digitales: RGB-LED (can be PWM controlled)

Serial - UART:

5-key joystick switch

USB-to-serial bridge, with automatic ISP activation

2 pushbuttons, one for activating bootloader

RS422/485 interface

Rotary switch with quadrature encoding (timer capture)

Interface socket for XBee RF-module

Temperature sensor with PWM output (timer capture)

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Introducci´ on LPCXpresso

BaseBoard

LPCXpresso BaseBoard

Continuaci´ on: Serial - SPI: Shift register driving 7-segment LED

Serial - I2C/SPI SC16IS752 - I2C/SPI to 2xUART bridge; connected to RS232 full-modem interface and one expansion UART

SD/MMC memory card interface Dataflash SPI-NOR flash

96x64 pixel white OLED (alternative I2C/SPI interface)

Serial - I2C: PCA9532 port expander connected to 16 LEDs

Extras

8kbit E2PROM

CAN bus interface (can be simulated with LPCXpresso LPC1114/LPC1343)

MMA7455L accelerometer with I2C interface

Ethernet RJ45 connector with integrated magnetic

Light sensor

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Introducci´ on LPCXpresso

BaseBoard

Informaci´on adicional

Se recomienda revisar los siguientes documentos: LPC1768 User Manual (datasheet)

Ver

LPCXpresso 1768 Target board: Esquem´aticos LPCXpresso BaseBoard: Gu´ıa de usuario LPCXpresso BaseBoard: Esquem´aticos

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Ver

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Introducci´ on LPCXpresso

LPCXpresso IDE

LPCXpresso IDE (Eclipse) El LPCXpresso IDE fue desarrollado por CodeRed junto a NXP. El mismo incluye un entorno de Eclipse espec´ıficumente adaptado para interactuar con el target board.

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Introducci´ on LPCXpresso

LPCXpresso IDE

Eclipse - Conceptos b´asicos

Eclipse utiliza algunos conceptos que no siempre son comunes a otros entornos de desarrollo por lo que vamos a ver algunos de ellos.

rkspace Es el contenedor de nuestros proyectos. Estos proyectos pueden ser aplicaciones y/o bibliotecas. Tambi´en almacena todas las configuraciones del entorno por lo que se puede mover muy f´ acilmente de computadora en computadora.

royecto Este puede ser de dos tipos. Biblioteca est´ atica o una aplicaci´ on ejecutable. Contiene archivos de c´ odigo fuente (.c), encabezados (.h) y cualquier otro archivo que se desee. En general utilizaremos el workspace para intercambiar proyectos (en el sentido convencional de la palabra) ya que el mismo inclu´ıra todas las bibliotecas necesarias.

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Introducci´ on LPCXpresso

LPCXpresso IDE

Tipos de proyectos

Los proyectos pueden ser de dos tipos: Aplicaciones: Se compilan y se pueden descargar directamente al target. Bibliotecas est´ aticas: Se pueden compilar, pero para usarlas, un proyecto de tipo aplicaci´ on debe hacer llamadas a las funciones que este contiene. Es decir, no puede tener un main(). Este tipo de proyectos no se puede descargar por si solo al microcontrolador.

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Introducci´ on LPCXpresso

LPCXpresso IDE

Tipos de proyectos - Ejemplo

Para ejemplificar pensemos en un ejemplo de un sistema embebido: un reproductor de MP3. Este podr´ıa estar compuesto por una memoria SD, una pantalla t´actil y un decodificaro de MP3. Todos estos perif´ericos est´an controlados por un microcontrolador, por ejemplo un LPC1768.

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Introducci´ on LPCXpresso

LPCXpresso IDE

Tipos de proyectos - Ejemplo Las bibliotecas est´aticas que podr´ıamos tener son: Para el manejo de una memoria SD Para el manejo del display Para el manejo del touchscreen Para el manejo del decodificador Nuestra aplicaci´on en s´ı ser´ıa la que tendr´a el programa principal y desde donde se ejecutara nuestro programa. Pero las bibliotecas nos proveen funciones para el manejo de estos perif´ericos. Puede darse el caso en el que el fabricante nos provea de estas bibliotecas ya compiladas. En ese caso solo debemos conocer los prototipos de las funciones.

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LPCXpresso IDE

Tipos de proyectos - Ejemplo Las bibliotecas est´aticas que podr´ıamos tener son: Para el manejo de una memoria SD Para el manejo del display Para el manejo del touchscreen Para el manejo del decodificador Nuestra aplicaci´on en s´ı ser´ıa la que tendr´a el programa principal y desde donde se ejecutara nuestro programa. Pero las bibliotecas nos proveen funciones para el manejo de estos perif´ericos. Puede darse el caso en el que el fabricante nos provea de estas bibliotecas ya compiladas. En ese caso solo debemos conocer los prototipos de las funciones.

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LPCXpresso IDE

Tipos de proyectos - Ejemplo Las bibliotecas est´aticas que podr´ıamos tener son: Para el manejo de una memoria SD Para el manejo del display Para el manejo del touchscreen Para el manejo del decodificador Nuestra aplicaci´on en s´ı ser´ıa la que tendr´a el programa principal y desde donde se ejecutara nuestro programa. Pero las bibliotecas nos proveen funciones para el manejo de estos perif´ericos. Puede darse el caso en el que el fabricante nos provea de estas bibliotecas ya compiladas. En ese caso solo debemos conocer los prototipos de las funciones.

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LPCXpresso IDE

Tipos de proyectos - Ejemplo Las bibliotecas est´aticas que podr´ıamos tener son: Para el manejo de una memoria SD Para el manejo del display Para el manejo del touchscreen Para el manejo del decodificador Nuestra aplicaci´on en s´ı ser´ıa la que tendr´a el programa principal y desde donde se ejecutara nuestro programa. Pero las bibliotecas nos proveen funciones para el manejo de estos perif´ericos. Puede darse el caso en el que el fabricante nos provea de estas bibliotecas ya compiladas. En ese caso solo debemos conocer los prototipos de las funciones.

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LPCXpresso IDE

Tipos de proyectos - Ejemplo Las bibliotecas est´aticas que podr´ıamos tener son: Para el manejo de una memoria SD Para el manejo del display Para el manejo del touchscreen Para el manejo del decodificador Nuestra aplicaci´on en s´ı ser´ıa la que tendr´a el programa principal y desde donde se ejecutara nuestro programa. Pero las bibliotecas nos proveen funciones para el manejo de estos perif´ericos. Puede darse el caso en el que el fabricante nos provea de estas bibliotecas ya compiladas. En ese caso solo debemos conocer los prototipos de las funciones.

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Introducci´ on LPCXpresso

LPCXpresso IDE

Tipos de proyectos - Ejemplo Las bibliotecas est´aticas que podr´ıamos tener son: Para el manejo de una memoria SD Para el manejo del display Para el manejo del touchscreen Para el manejo del decodificador Nuestra aplicaci´on en s´ı ser´ıa la que tendr´a el programa principal y desde donde se ejecutara nuestro programa. Pero las bibliotecas nos proveen funciones para el manejo de estos perif´ericos. Puede darse el caso en el que el fabricante nos provea de estas bibliotecas ya compiladas. En ese caso solo debemos conocer los prototipos de las funciones.

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Conceptos de RTOS

Section 2 Conceptos de RTOS

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Conceptos de RTOS

¿Qu´ e es?

RTOS - ¿Qu´e es?

Un RTOS (Real Time Operating System) es un programa que se encarga de: Ordenar con precisi´on el tiempo de ejecuci´ on de las tareas Administrar los recursos del sistema como tiempo de uso de procesador, memoria, etc. Proveer una base consistente para el desarrollo del c´odigo

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Conceptos de RTOS

¿Qu´ e es?

RTOS - ¿Qu´e es?

Un RTOS (Real Time Operating System) es un programa que se encarga de: Ordenar con precisi´on el tiempo de ejecuci´ on de las tareas Administrar los recursos del sistema como tiempo de uso de procesador, memoria, etc. Proveer una base consistente para el desarrollo del c´odigo

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Conceptos de RTOS

¿Qu´ e es?

RTOS - ¿Qu´e es?

Un RTOS (Real Time Operating System) es un programa que se encarga de: Ordenar con precisi´on el tiempo de ejecuci´ on de las tareas Administrar los recursos del sistema como tiempo de uso de procesador, memoria, etc. Proveer una base consistente para el desarrollo del c´odigo

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Conceptos de RTOS

¿Qu´ e es?

RTOS - ¿Qu´e es?

Un RTOS (Real Time Operating System) es un programa que se encarga de: Ordenar con precisi´on el tiempo de ejecuci´ on de las tareas Administrar los recursos del sistema como tiempo de uso de procesador, memoria, etc. Proveer una base consistente para el desarrollo del c´odigo

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Conceptos de RTOS

¿Qu´ e es?

RTOS - ¿Qu´e es? Las aplicaciones que utilizan un RTOS son diversas:

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¿Qu´ e es?

RTOS - ¿Qu´e es? Las aplicaciones que utilizan un RTOS son diversas:

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¿Qu´ e es?

RTOS - ¿Qu´e es? Las aplicaciones que utilizan un RTOS son diversas:

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¿Qu´ e es?

RTOS - ¿Qu´e es? Las aplicaciones que utilizan un RTOS son diversas:

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¿Qu´ e es?

RTOS - ¿Qu´e es? Las aplicaciones que utilizan un RTOS son diversas:

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Conceptos de RTOS

¿Qu´ e es?

RTOS - ¿Qu´e es?

Todas tienen un denominador com´ un:

TAREAS CONCURRENTES El RTOS crea la ilusi´on de m´ ultiples tareas ejecut´andose en simult´aneo.

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¿Qu´ e es?

RTOS - ¿Qu´e es?

Todas tienen un denominador com´ un:

TAREAS CONCURRENTES El RTOS crea la ilusi´on de m´ ultiples tareas ejecut´andose en simult´aneo.

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Conceptos de RTOS

¿Qu´ e es?

RTOS - ¿Qu´e es?

Todas tienen un denominador com´ un:

TAREAS CONCURRENTES El RTOS crea la ilusi´on de m´ ultiples tareas ejecut´andose en simult´aneo.

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Conceptos de RTOS

¿Qu´ e es?

RTOS - ¿Qu´e es?

El RTOS se sit´ ua entre la capa BSP (Board Support Package, o ”port”) y la capa de aplicaci´on. Puede incluir varios m´odulos (protocolos de red, sistema de archivos, etc.)

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Conceptos de RTOS

¿Qu´ e es?

RTOS - ¿Qu´e es?

El RTOS se sit´ ua entre la capa BSP (Board Support Package, o ”port”) y la capa de aplicaci´on. Puede incluir varios m´odulos (protocolos de red, sistema de archivos, etc.)

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Conceptos de RTOS

Componentes

RTOS - Componentes

Los componentes de un RTOS pueden clasificarse ampliamente en 3 grupos: Scheduler: maneja los hilos de ejecuci´ on de las tareas. Objetos: tareas, colas, sem´aforos, etc. Servicios: operaciones realizadas sobre los objetos (manejo de interrupciones, de memoria, etc.)

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Componentes

RTOS - Componentes

Los componentes de un RTOS pueden clasificarse ampliamente en 3 grupos: Scheduler: maneja los hilos de ejecuci´ on de las tareas. Objetos: tareas, colas, sem´aforos, etc. Servicios: operaciones realizadas sobre los objetos (manejo de interrupciones, de memoria, etc.)

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Componentes

RTOS - Componentes

Los componentes de un RTOS pueden clasificarse ampliamente en 3 grupos: Scheduler: maneja los hilos de ejecuci´ on de las tareas. Objetos: tareas, colas, sem´aforos, etc. Servicios: operaciones realizadas sobre los objetos (manejo de interrupciones, de memoria, etc.)

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Componentes

RTOS - Componentes

Los componentes de un RTOS pueden clasificarse ampliamente en 3 grupos: Scheduler: maneja los hilos de ejecuci´ on de las tareas. Objetos: tareas, colas, sem´aforos, etc. Servicios: operaciones realizadas sobre los objetos (manejo de interrupciones, de memoria, etc.)

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Componentes

RTOS - Scheduler

El Scheduler determina cu´ando se ejecutar´a cada tarea. Existen diferentes esquemas de scheduling: Cooperativo: La tarea en ejecuci´ on cede el uso de CPU a otra voluntariamente. Preemptive: La tarea en ejecuci´ on cede el uso de CPU a otra por orden del scheduler. Priority-Based: Se asignan prioridades a las tareas para acceder al uso de CPU. Round-Robin: Se asigna un tiempo fijo de uso de CPU a cada tarea en orden circular. Puede combinarse con el uso de prioridades.

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Componentes

RTOS - Scheduler

El Scheduler determina cu´ando se ejecutar´a cada tarea. Existen diferentes esquemas de scheduling: Cooperativo: La tarea en ejecuci´ on cede el uso de CPU a otra voluntariamente. Preemptive: La tarea en ejecuci´ on cede el uso de CPU a otra por orden del scheduler. Priority-Based: Se asignan prioridades a las tareas para acceder al uso de CPU. Round-Robin: Se asigna un tiempo fijo de uso de CPU a cada tarea en orden circular. Puede combinarse con el uso de prioridades.

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Componentes

RTOS - Scheduler

El Scheduler determina cu´ando se ejecutar´a cada tarea. Existen diferentes esquemas de scheduling: Cooperativo: La tarea en ejecuci´ on cede el uso de CPU a otra voluntariamente. Preemptive: La tarea en ejecuci´ on cede el uso de CPU a otra por orden del scheduler. Priority-Based: Se asignan prioridades a las tareas para acceder al uso de CPU. Round-Robin: Se asigna un tiempo fijo de uso de CPU a cada tarea en orden circular. Puede combinarse con el uso de prioridades.

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Componentes

RTOS - Scheduler

El Scheduler determina cu´ando se ejecutar´a cada tarea. Existen diferentes esquemas de scheduling: Cooperativo: La tarea en ejecuci´ on cede el uso de CPU a otra voluntariamente. Preemptive: La tarea en ejecuci´ on cede el uso de CPU a otra por orden del scheduler. Priority-Based: Se asignan prioridades a las tareas para acceder al uso de CPU. Round-Robin: Se asigna un tiempo fijo de uso de CPU a cada tarea en orden circular. Puede combinarse con el uso de prioridades.

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Componentes

RTOS - Scheduler

El Scheduler determina cu´ando se ejecutar´a cada tarea. Existen diferentes esquemas de scheduling: Cooperativo: La tarea en ejecuci´ on cede el uso de CPU a otra voluntariamente. Preemptive: La tarea en ejecuci´ on cede el uso de CPU a otra por orden del scheduler. Priority-Based: Se asignan prioridades a las tareas para acceder al uso de CPU. Round-Robin: Se asigna un tiempo fijo de uso de CPU a cada tarea en orden circular. Puede combinarse con el uso de prioridades.

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Componentes

RTOS - Scheduler

Ejemplo de esquema Priority-Based

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Componentes

RTOS - Scheduler

Ejemplo de esquema Round-Robin con prioridades.

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Componentes

RTOS - Tareas

Una tarea es un hilo de ejecuci´ on independiente que puede competir con otras tareas por tiempo de ejecuci´ on. Pueden ser creadas y eliminadas en tiempo de ejecuci´on.

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Componentes

RTOS - Tareas

Una tarea es un hilo de ejecuci´ on independiente que puede competir con otras tareas por tiempo de ejecuci´ on. Pueden ser creadas y eliminadas en tiempo de ejecuci´on.

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Componentes

RTOS - Tareas

Se compone de: Nombre/ID Prioridad (esquema preemptive) Stack Rutina (c´ odigo) Bloque de control

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Componentes

RTOS - Tareas

Se compone de: Nombre/ID Prioridad (esquema preemptive) Stack Rutina (c´ odigo) Bloque de control

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Componentes

RTOS - Tareas

Se compone de: Nombre/ID Prioridad (esquema preemptive) Stack Rutina (c´ odigo) Bloque de control

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Componentes

RTOS - Tareas

Se compone de: Nombre/ID Prioridad (esquema preemptive) Stack Rutina (c´ odigo) Bloque de control

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Componentes

RTOS - Tareas

Se compone de: Nombre/ID Prioridad (esquema preemptive) Stack Rutina (c´ odigo) Bloque de control

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Componentes

RTOS - Tareas

Se compone de: Nombre/ID Prioridad (esquema preemptive) Stack Rutina (c´ odigo) Bloque de control

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Componentes

RTOS - Tareas

Algunos ejemplos de tareas: Inicializaci´on del sistema (ejecuta solo una vez) Filtrar una se˜ nal (posiblemente peri´ odica) Mostrar en pantalla (puede activarse ante un evento) Tarea idle Las tareas pueden tener diferentes requerimientos de temporizaci´on.

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Componentes

RTOS - Tareas

Algunos ejemplos de tareas: Inicializaci´on del sistema (ejecuta solo una vez) Filtrar una se˜ nal (posiblemente peri´ odica) Mostrar en pantalla (puede activarse ante un evento) Tarea idle Las tareas pueden tener diferentes requerimientos de temporizaci´on.

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Componentes

RTOS - Tareas

Algunos ejemplos de tareas: Inicializaci´on del sistema (ejecuta solo una vez) Filtrar una se˜ nal (posiblemente peri´ odica) Mostrar en pantalla (puede activarse ante un evento) Tarea idle Las tareas pueden tener diferentes requerimientos de temporizaci´on.

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Componentes

RTOS - Tareas

Algunos ejemplos de tareas: Inicializaci´on del sistema (ejecuta solo una vez) Filtrar una se˜ nal (posiblemente peri´ odica) Mostrar en pantalla (puede activarse ante un evento) Tarea idle Las tareas pueden tener diferentes requerimientos de temporizaci´on.

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Componentes

RTOS - Tareas

Algunos ejemplos de tareas: Inicializaci´on del sistema (ejecuta solo una vez) Filtrar una se˜ nal (posiblemente peri´ odica) Mostrar en pantalla (puede activarse ante un evento) Tarea idle Las tareas pueden tener diferentes requerimientos de temporizaci´on.

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Conceptos de RTOS

Componentes

RTOS - Tareas

Algunos ejemplos de tareas: Inicializaci´on del sistema (ejecuta solo una vez) Filtrar una se˜ nal (posiblemente peri´ odica) Mostrar en pantalla (puede activarse ante un evento) Tarea idle Las tareas pueden tener diferentes requerimientos de temporizaci´on.

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Conceptos de RTOS

Componentes

RTOS - Tareas

Los estados posibles de una tarea son: Ready: compite por tiempo de ejecuci´ on Running: tarea activa Blocked: esperando pasar a Ready (podr´a activarse ante un evento o cuando pase cierto tiempo)

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Conceptos de RTOS

Componentes

RTOS - Tareas

Los estados posibles de una tarea son: Ready: compite por tiempo de ejecuci´ on Running: tarea activa Blocked: esperando pasar a Ready (podr´a activarse ante un evento o cuando pase cierto tiempo)

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Conceptos de RTOS

Componentes

RTOS - Tareas

Los estados posibles de una tarea son: Ready: compite por tiempo de ejecuci´ on Running: tarea activa Blocked: esperando pasar a Ready (podr´a activarse ante un evento o cuando pase cierto tiempo)

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Conceptos de RTOS

Componentes

RTOS - Tareas

Los estados posibles de una tarea son: Ready: compite por tiempo de ejecuci´ on Running: tarea activa Blocked: esperando pasar a Ready (podr´a activarse ante un evento o cuando pase cierto tiempo)

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Conceptos de RTOS

Componentes

RTOS - Tareas

Estructura t´ıpica de una tarea: void t a r e a t i p i c a () { /∗ C o d i g o de i n i c i a l i z a c i o n ∗/ for ( ; ; ) { /∗ Cuerpo p r i n c i p a l ∗/ /∗ Llama a b l o q u e a r ∗/ } /∗ La t a r e a NUNCA d e b e l l e g a r a q u i ∗/ }

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Conceptos de RTOS

Componentes

RTOS - Colas

Su funci´on principal es proveer un mecanismo de intercambio de datos entre tareas. Son FIFO.

Se compone de: Nombre/ID Tama˜ no y tipo de datos a almacenar Bloque de control

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Conceptos de RTOS

Componentes

RTOS - Colas

Su funci´on principal es proveer un mecanismo de intercambio de datos entre tareas. Son FIFO.

Se compone de: Nombre/ID Tama˜ no y tipo de datos a almacenar Bloque de control

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Conceptos de RTOS

Componentes

RTOS - Colas

Su funci´on principal es proveer un mecanismo de intercambio de datos entre tareas. Son FIFO.

Se compone de: Nombre/ID Tama˜ no y tipo de datos a almacenar Bloque de control

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Conceptos de RTOS

Componentes

RTOS - Colas

Su funci´on principal es proveer un mecanismo de intercambio de datos entre tareas. Son FIFO.

Se compone de: Nombre/ID Tama˜ no y tipo de datos a almacenar Bloque de control

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Conceptos de RTOS

Componentes

RTOS - Colas

Varias tareas pueden acceder a una misma cola.

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Conceptos de RTOS

Componentes

RTOS - Colas

Varias tareas pueden acceder a una misma cola. Una tarea puede elegir bloquearse si su cola est´a vac´ıa. Al llegar un elemento, autom´aticamente pasa a Ready.

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Conceptos de RTOS

Componentes

RTOS - Colas

Varias tareas pueden acceder a una misma cola. Una tarea puede elegir bloquearse si su cola est´a vac´ıa. Al llegar un elemento, autom´aticamente pasa a Ready. Cuidado! Cargar datos en una cola causa una copia de los datos en memoria. Puede ser conveniente pasar un puntero.

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Conceptos de RTOS

Componentes

RTOS - Sem´aforos Son objetos como las colas. Pueden ser creados y destruidos. Su funci´on principal es proveer un mecanismo de sincronizaci´ on entre tareas.

Ejemplo: acceder a un recurso (como escribir en una pantalla): Para acceder al recurso la tarea pide el sem´aforo Si est´a disponible, toma el sem´aforo y realiza la operaci´on. Al terminar, lo libera para que otros puedan acceder. Alan Kharsansky, Mario Azcueta ()

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Conceptos de RTOS

Componentes

RTOS - Sem´aforos Son objetos como las colas. Pueden ser creados y destruidos. Su funci´on principal es proveer un mecanismo de sincronizaci´ on entre tareas.

Ejemplo: acceder a un recurso (como escribir en una pantalla): Para acceder al recurso la tarea pide el sem´aforo Si est´a disponible, toma el sem´aforo y realiza la operaci´on. Al terminar, lo libera para que otros puedan acceder. Alan Kharsansky, Mario Azcueta ()

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Conceptos de RTOS

Componentes

RTOS - Sem´aforos

Tambi´en pueden utilizarse para disparar un handler ante una interrupci´on La Tarea 1 est´a activa hasta que en t2 ocurre una interrupci´on. El ISR se ejecuta y cede un sem´aforo asociado al Handler en t3. El Handler se desbloquea y toma el sem´aforo, de la misma manera que si le llegara un dato por una cola.

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Conceptos de RTOS

Componentes

RTOS - Sem´aforos

El Handler ejecuta su rutina dentro de un for( ;;) y cuando termina quiere volver a tomar el sem´aforo. Como no hubo otra interrupci´on que cediera un sem´aforo, el Handler se bloquea y vuelve el control a la Tarea 1 en t4.

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Conceptos de RTOS

Componentes

RTOS - Sem´aforos

Los reci´en descriptos se conocen como sem´aforos binarios (tienen 2 estados). Existen otros m´etodos de sincronizaci´ on: Sem´ aforos de conteo: pueden tomarse o liberarse m´as de una vez. Mutex: similares a los sem´aforos binarios pero con funciones adicionales (como herencia de prioridades).

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Conceptos de RTOS

Componentes

RTOS - Sem´aforos

Los reci´en descriptos se conocen como sem´aforos binarios (tienen 2 estados). Existen otros m´etodos de sincronizaci´ on: Sem´ aforos de conteo: pueden tomarse o liberarse m´as de una vez. Mutex: similares a los sem´aforos binarios pero con funciones adicionales (como herencia de prioridades).

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Conceptos de RTOS

Componentes

RTOS - Sem´aforos

Los reci´en descriptos se conocen como sem´aforos binarios (tienen 2 estados). Existen otros m´etodos de sincronizaci´ on: Sem´ aforos de conteo: pueden tomarse o liberarse m´as de una vez. Mutex: similares a los sem´aforos binarios pero con funciones adicionales (como herencia de prioridades).

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Conceptos de RTOS

Utilidad

RTOS - ¿Por qu´e usarlo? Existen varias razones por las cuales usar un RTOS: Abstracci´on de la implementaci´ on del scheduling Mayor modularidad Facilita el desarrollo en grupos Mayor facilidad al debuggear Mayor reusabilidad del c´ odigo Posibilidad de realizar profiling (tarea idle) Reducen el tiempo de desarrollo y la lista sigue ...

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Conceptos de RTOS

Utilidad

RTOS - ¿Por qu´e usarlo? Existen varias razones por las cuales usar un RTOS: Abstracci´on de la implementaci´ on del scheduling Mayor modularidad Facilita el desarrollo en grupos Mayor facilidad al debuggear Mayor reusabilidad del c´ odigo Posibilidad de realizar profiling (tarea idle) Reducen el tiempo de desarrollo y la lista sigue ...

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Conceptos de RTOS

Utilidad

RTOS - ¿Por qu´e usarlo? Existen varias razones por las cuales usar un RTOS: Abstracci´on de la implementaci´ on del scheduling Mayor modularidad Facilita el desarrollo en grupos Mayor facilidad al debuggear Mayor reusabilidad del c´ odigo Posibilidad de realizar profiling (tarea idle) Reducen el tiempo de desarrollo y la lista sigue ...

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Utilidad

RTOS - ¿Por qu´e usarlo? Existen varias razones por las cuales usar un RTOS: Abstracci´on de la implementaci´ on del scheduling Mayor modularidad Facilita el desarrollo en grupos Mayor facilidad al debuggear Mayor reusabilidad del c´ odigo Posibilidad de realizar profiling (tarea idle) Reducen el tiempo de desarrollo y la lista sigue ...

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Utilidad

RTOS - ¿Por qu´e usarlo? Existen varias razones por las cuales usar un RTOS: Abstracci´on de la implementaci´ on del scheduling Mayor modularidad Facilita el desarrollo en grupos Mayor facilidad al debuggear Mayor reusabilidad del c´ odigo Posibilidad de realizar profiling (tarea idle) Reducen el tiempo de desarrollo y la lista sigue ...

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Utilidad

RTOS - ¿Por qu´e usarlo? Existen varias razones por las cuales usar un RTOS: Abstracci´on de la implementaci´ on del scheduling Mayor modularidad Facilita el desarrollo en grupos Mayor facilidad al debuggear Mayor reusabilidad del c´ odigo Posibilidad de realizar profiling (tarea idle) Reducen el tiempo de desarrollo y la lista sigue ...

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Utilidad

RTOS - ¿Por qu´e usarlo? Existen varias razones por las cuales usar un RTOS: Abstracci´on de la implementaci´ on del scheduling Mayor modularidad Facilita el desarrollo en grupos Mayor facilidad al debuggear Mayor reusabilidad del c´ odigo Posibilidad de realizar profiling (tarea idle) Reducen el tiempo de desarrollo y la lista sigue ...

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Utilidad

RTOS - ¿Por qu´e usarlo? Existen varias razones por las cuales usar un RTOS: Abstracci´on de la implementaci´ on del scheduling Mayor modularidad Facilita el desarrollo en grupos Mayor facilidad al debuggear Mayor reusabilidad del c´ odigo Posibilidad de realizar profiling (tarea idle) Reducen el tiempo de desarrollo y la lista sigue ...

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Utilidad

RTOS - ¿Por qu´e usarlo? Existen varias razones por las cuales usar un RTOS: Abstracci´on de la implementaci´ on del scheduling Mayor modularidad Facilita el desarrollo en grupos Mayor facilidad al debuggear Mayor reusabilidad del c´ odigo Posibilidad de realizar profiling (tarea idle) Reducen el tiempo de desarrollo y la lista sigue ...

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Utilidad

RTOS - ¿Por qu´e usarlo?

Existen varias razones por las cuales usar un RTOS: Mejoran la escalabilidad Facilitan la portabilidad Mejoran la mantenibilidad Reducen la incertidumbre etc...

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RTOS - ¿Por qu´e usarlo?

Existen varias razones por las cuales usar un RTOS: Mejoran la escalabilidad Facilitan la portabilidad Mejoran la mantenibilidad Reducen la incertidumbre etc...

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Utilidad

RTOS - ¿Por qu´e usarlo?

Existen varias razones por las cuales usar un RTOS: Mejoran la escalabilidad Facilitan la portabilidad Mejoran la mantenibilidad Reducen la incertidumbre etc...

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Utilidad

RTOS - ¿Por qu´e usarlo?

Existen varias razones por las cuales usar un RTOS: Mejoran la escalabilidad Facilitan la portabilidad Mejoran la mantenibilidad Reducen la incertidumbre etc...

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Utilidad

FreeRTOS Por qu´e decidimos usar FreeRTOS: Es de c´odigo abierto C´ odigo ampliamente comentado Sencillo de portar (existen m´as de 23 ports)

Ocupa poco espacio en flash (∼5KB) necesita poca RAM (∼5KB + Heap) y el overhead que introduce es m´ınimo (entre 1% y 4% del tiempo de CPU) a cambio de una gran utilidad. Ampliamente documentado Existe una comunidad de usuarios importante Libre de regal´ıas. Puede ser usado en aplicaciones comerciales bajo licencia GNU versi´on 2.

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Utilidad

FreeRTOS Por qu´e decidimos usar FreeRTOS: Es de c´odigo abierto C´odigo ampliamente comentado Sencillo de portar (existen m´as de 23 ports)

Ocupa poco espacio en flash (∼5KB) necesita poca RAM (∼5KB + Heap) y el overhead que introduce es m´ınimo (entre 1% y 4% del tiempo de CPU) a cambio de una gran utilidad. Ampliamente documentado Existe una comunidad de usuarios importante Libre de regal´ıas. Puede ser usado en aplicaciones comerciales bajo licencia GNU versi´on 2.

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Utilidad

FreeRTOS Por qu´e decidimos usar FreeRTOS: Es de c´odigo abierto C´odigo ampliamente comentado Sencillo de portar (existen m´as de 23 ports)

Ocupa poco espacio en flash (∼5KB) necesita poca RAM (∼5KB + Heap) y el overhead que introduce es m´ınimo (entre 1% y 4% del tiempo de CPU) a cambio de una gran utilidad. Ampliamente documentado Existe una comunidad de usuarios importante Libre de regal´ıas. Puede ser usado en aplicaciones comerciales bajo licencia GNU versi´on 2.

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Utilidad

FreeRTOS Por qu´e decidimos usar FreeRTOS: Es de c´odigo abierto C´odigo ampliamente comentado Sencillo de portar (existen m´as de 23 ports)

Ocupa poco espacio en flash (∼5KB) necesita poca RAM (∼5KB + Heap) y el overhead que introduce es m´ınimo (entre 1% y 4% del tiempo de CPU) a cambio de una gran utilidad. Ampliamente documentado Existe una comunidad de usuarios importante Libre de regal´ıas. Puede ser usado en aplicaciones comerciales bajo licencia GNU versi´on 2.

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Utilidad

FreeRTOS Por qu´e decidimos usar FreeRTOS: Es de c´odigo abierto C´odigo ampliamente comentado Sencillo de portar (existen m´as de 23 ports)

Ocupa poco espacio en flash (∼5KB) necesita poca RAM (∼5KB + Heap) y el overhead que introduce es m´ınimo (entre 1% y 4% del tiempo de CPU) a cambio de una gran utilidad. Ampliamente documentado Existe una comunidad de usuarios importante Libre de regal´ıas. Puede ser usado en aplicaciones comerciales bajo licencia GNU versi´on 2.

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Conceptos de RTOS

Utilidad

FreeRTOS Por qu´e decidimos usar FreeRTOS: Es de c´odigo abierto C´odigo ampliamente comentado Sencillo de portar (existen m´as de 23 ports)

Ocupa poco espacio en flash (∼5KB) necesita poca RAM (∼5KB + Heap) y el overhead que introduce es m´ınimo (entre 1% y 4% del tiempo de CPU) a cambio de una gran utilidad. Ampliamente documentado Existe una comunidad de usuarios importante Libre de regal´ıas. Puede ser usado en aplicaciones comerciales bajo licencia GNU versi´on 2.

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Utilidad

FreeRTOS Por qu´e decidimos usar FreeRTOS: Es de c´odigo abierto C´odigo ampliamente comentado Sencillo de portar (existen m´as de 23 ports)

Ocupa poco espacio en flash (∼5KB) necesita poca RAM (∼5KB + Heap) y el overhead que introduce es m´ınimo (entre 1% y 4% del tiempo de CPU) a cambio de una gran utilidad. Ampliamente documentado Existe una comunidad de usuarios importante Libre de regal´ıas. Puede ser usado en aplicaciones comerciales bajo licencia GNU versi´on 2.

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Conceptos de RTOS

Utilidad

FreeRTOS Por qu´e decidimos usar FreeRTOS: Es de c´odigo abierto C´odigo ampliamente comentado Sencillo de portar (existen m´as de 23 ports)

Ocupa poco espacio en flash (∼5KB) necesita poca RAM (∼5KB + Heap) y el overhead que introduce es m´ınimo (entre 1% y 4% del tiempo de CPU) a cambio de una gran utilidad. Ampliamente documentado Existe una comunidad de usuarios importante Libre de regal´ıas. Puede ser usado en aplicaciones comerciales bajo licencia GNU versi´on 2.

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Conceptos de RTOS

Utilidad

FreeRTOS

Existen tambi´en otras licencias para este RTOS: Existe una licencia comercial con soporte oficial y garant´ıas legales (OpenRTOS). Existe una licencia certificada SIL3 para aplicaciones cr´ıticas (SafeRTOS). La versi´on FreeRTOS 6.0.0 portada a Cortex-M3 soporta MPU (Memory Protection Unit).

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Conceptos de RTOS

Utilidad

FreeRTOS

Existen tambi´en otras licencias para este RTOS: Existe una licencia comercial con soporte oficial y garant´ıas legales (OpenRTOS). Existe una licencia certificada SIL3 para aplicaciones cr´ıticas (SafeRTOS). La versi´on FreeRTOS 6.0.0 portada a Cortex-M3 soporta MPU (Memory Protection Unit).

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Conceptos de RTOS

Utilidad

FreeRTOS

Existen tambi´en otras licencias para este RTOS: Existe una licencia comercial con soporte oficial y garant´ıas legales (OpenRTOS). Existe una licencia certificada SIL3 para aplicaciones cr´ıticas (SafeRTOS). La versi´on FreeRTOS 6.0.0 portada a Cortex-M3 soporta MPU (Memory Protection Unit).

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Conceptos de RTOS

Utilidad

FreeRTOS

Existen tambi´en otras licencias para este RTOS: Existe una licencia comercial con soporte oficial y garant´ıas legales (OpenRTOS). Existe una licencia certificada SIL3 para aplicaciones cr´ıticas (SafeRTOS). La versi´on FreeRTOS 6.0.0 portada a Cortex-M3 soporta MPU (Memory Protection Unit).

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LPCXpresso + FreeRTOS

Distribuci´ on

Section 3 LPCXpresso + FreeRTOS

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LPCXpresso + FreeRTOS

Distribuci´ on

Es recomendable tener un workspace para cada proyecto que realicemos. En ´el configuraremos el RTOS. La estructura del workspace podr´a ser: FreeRTOS Library Biblioteca de funciones 1 Biblioteca de funciones 2 Driver DAC ADC MP3 Player

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LPCXpresso + FreeRTOS

Distribuci´ on

Es recomendable tener un workspace para cada proyecto que realicemos. En ´el configuraremos el RTOS. La estructura del workspace podr´a ser: FreeRTOS Library Biblioteca de funciones 1 Biblioteca de funciones 2 Driver DAC ADC MP3 Player

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LPCXpresso + FreeRTOS

Distribuci´ on

Es recomendable tener un workspace para cada proyecto que realicemos. En ´el configuraremos el RTOS. La estructura del workspace podr´a ser: FreeRTOS Library Biblioteca de funciones 1 Biblioteca de funciones 2 Driver DAC ADC MP3 Player

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LPCXpresso + FreeRTOS

Distribuci´ on

Es recomendable tener un workspace para cada proyecto que realicemos. En ´el configuraremos el RTOS. La estructura del workspace podr´a ser: FreeRTOS Library Biblioteca de funciones 1 Biblioteca de funciones 2 Driver DAC ADC MP3 Player

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LPCXpresso + FreeRTOS

Distribuci´ on

Es recomendable tener un workspace para cada proyecto que realicemos. En ´el configuraremos el RTOS. La estructura del workspace podr´a ser: FreeRTOS Library Biblioteca de funciones 1 Biblioteca de funciones 2 Driver DAC ADC MP3 Player

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LPCXpresso + FreeRTOS

Distribuci´ on

El FreeRTOS esta compuesto por: list.c queue.c tasks.c Portable heap X.c port.c portmacro.h

Include FreeRTOSConfig.h ...

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LPCXpresso + FreeRTOS

Distribuci´ on

El FreeRTOS esta compuesto por: list.c queue.c tasks.c Portable heap X.c port.c portmacro.h

Include FreeRTOSConfig.h ...

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LPCXpresso + FreeRTOS

Distribuci´ on

El FreeRTOS esta compuesto por: list.c queue.c tasks.c Portable heap X.c port.c portmacro.h

Include FreeRTOSConfig.h ...

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LPCXpresso + FreeRTOS

Configuraci´ on

Antes de ”instalarlo” en nuestro proyecto, debemos configurar el comportamiento del RTOS. Para ello freeRTOS provee un archivo FreeRTOSconfig.h en el que mediante macros podremos confiurarlo.

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LPCXpresso + FreeRTOS

Configuraci´ on

Este archivo tiene la siguiente forma: #d e f i n e #d e f i n e #d e f i n e #d e f i n e #d e f i n e #d e f i n e #d e f i n e

configUSE TICK HOOK 1 configCPU CLOCK HZ ( 100000000UL ) configTICK RATE HZ ( ( p o r t T i c k T y p e ) 1000 ) configMINIMAL STACK SIZE ( ( u n s i g n e d s h o r t ) 100 ) configTOTAL HEAP SIZE ( ( s i z e t ) ( 24 ∗ 1024 ) ) configMAX TASK NAME LEN ( 12 ) configUSE TRACE FACILITY 0

#d e f i n e #d e f i n e #d e f i n e #d e f i n e

INCLUDE INCLUDE INCLUDE INCLUDE

vTaskPrioritySet 1 uxTaskPriorityGet 1 vTaskDelete 1 vTaskCleanUpResources 0

FreeRTOSconfig.h

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LPCXpresso + FreeRTOS

Configuraci´ on

Los aspectos m´s importantes que debemos configurar son: configUSE PREEMPTION configUSE XXXX HOOK (diferentes hooks) configMAX PRIORITIES configCPU CLOCK HZ configTICK RATE HZ configMINIMAL STACK SIZE configTOTAL HEAP SIZE configUSE XXXX (recursos: mutex, semaphoros) INCLUDE XXXXX (funciones especiales)

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LPCXpresso + FreeRTOS

Configuraci´ on

Los aspectos m´s importantes que debemos configurar son: configUSE PREEMPTION configUSE XXXX HOOK (diferentes hooks) configMAX PRIORITIES configCPU CLOCK HZ configTICK RATE HZ configMINIMAL STACK SIZE configTOTAL HEAP SIZE configUSE XXXX (recursos: mutex, semaphoros) INCLUDE XXXXX (funciones especiales)

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LPCXpresso + FreeRTOS

Configuraci´ on

Los aspectos m´s importantes que debemos configurar son: configUSE PREEMPTION configUSE XXXX HOOK (diferentes hooks) configMAX PRIORITIES configCPU CLOCK HZ configTICK RATE HZ configMINIMAL STACK SIZE configTOTAL HEAP SIZE configUSE XXXX (recursos: mutex, semaphoros) INCLUDE XXXXX (funciones especiales)

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LPCXpresso + FreeRTOS

Configuraci´ on

Los aspectos m´s importantes que debemos configurar son: configUSE PREEMPTION configUSE XXXX HOOK (diferentes hooks) configMAX PRIORITIES configCPU CLOCK HZ configTICK RATE HZ configMINIMAL STACK SIZE configTOTAL HEAP SIZE configUSE XXXX (recursos: mutex, semaphoros) INCLUDE XXXXX (funciones especiales)

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LPCXpresso + FreeRTOS

Configuraci´ on

Los aspectos m´s importantes que debemos configurar son: configUSE PREEMPTION configUSE XXXX HOOK (diferentes hooks) configMAX PRIORITIES configCPU CLOCK HZ configTICK RATE HZ configMINIMAL STACK SIZE configTOTAL HEAP SIZE configUSE XXXX (recursos: mutex, semaphoros) INCLUDE XXXXX (funciones especiales)

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LPCXpresso + FreeRTOS

Configuraci´ on

Los aspectos m´s importantes que debemos configurar son: configUSE PREEMPTION configUSE XXXX HOOK (diferentes hooks) configMAX PRIORITIES configCPU CLOCK HZ configTICK RATE HZ configMINIMAL STACK SIZE configTOTAL HEAP SIZE configUSE XXXX (recursos: mutex, semaphoros) INCLUDE XXXXX (funciones especiales)

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LPCXpresso + FreeRTOS

Configuraci´ on

Los aspectos m´s importantes que debemos configurar son: configUSE PREEMPTION configUSE XXXX HOOK (diferentes hooks) configMAX PRIORITIES configCPU CLOCK HZ configTICK RATE HZ configMINIMAL STACK SIZE configTOTAL HEAP SIZE configUSE XXXX (recursos: mutex, semaphoros) INCLUDE XXXXX (funciones especiales)

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LPCXpresso + FreeRTOS

Configuraci´ on

Los aspectos m´s importantes que debemos configurar son: configUSE PREEMPTION configUSE XXXX HOOK (diferentes hooks) configMAX PRIORITIES configCPU CLOCK HZ configTICK RATE HZ configMINIMAL STACK SIZE configTOTAL HEAP SIZE configUSE XXXX (recursos: mutex, semaphoros) INCLUDE XXXXX (funciones especiales)

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LPCXpresso + FreeRTOS

Configuraci´ on

Los aspectos m´s importantes que debemos configurar son: configUSE PREEMPTION configUSE XXXX HOOK (diferentes hooks) configMAX PRIORITIES configCPU CLOCK HZ configTICK RATE HZ configMINIMAL STACK SIZE configTOTAL HEAP SIZE configUSE XXXX (recursos: mutex, semaphoros) INCLUDE XXXXX (funciones especiales)

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LPCXpresso + FreeRTOS

Configuraci´ on

Total Heap Size El freeRTOS utiliza este HEAP para almacenar el TCB y los diferentes STACKs de las tareas. Tambi´en lo usar´a para guardar en memoria semaforos, mutex, etc.

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Instalaci´ on

Subsection 3 Instalaci´on

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Instalaci´ on

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Instalaci´ on

No! es m´as facil. Simplemente tenemos que compilar la biblioteca (CONFIGURADA) de FreeRTOS y linkearla con nuestro proyecto. Luego hay que hacer algunas modificaciones al c´ odigo generado por LPCXpresso.

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Instalaci´ on

Tabla de Handlers (IRQ) attribute (( section (” . i s r v e c t o r ” ))) v o i d (∗ c o n s t g p f n V e c t o r s [ ] ) ( v o i d ) = { // C o r e L e v e l − CM3 ( v o i d ∗)& v S t a c k T o p , Reset Handler , NMI Handler , HardFault Handler , MemManage Handler , BusFault Handler , UsageFault Handler , 0, 0, 0, 0, SVCall Handler , DebugMon Handler , 0 PendSV Handler , SysTick Handler ,

attribute (( section (” . i s r v e c t o r ” ))) v o i d (∗ c o n s t g p f n V e c t o r s [ ] ) ( v o i d ) = { // C o r e L e v e l − CM3 ( v o i d ∗)& v S t a c k T o p , Reset Handler , NMI Handler , HardFault Handler , MemManage Handler , BusFault Handler , UsageFault Handler , 0, 0, 0, 0, vPortSVCHandler , DebugMon Handler , 0 xPortPendSVHandler , xPortSysTickHandler ,

// C h i p L e v e l − LPC17 WDT IRQHandler , TIMER0 IRQHandler , TIMER1 IRQHandler , ......

// C h i p L e v e l − LPC17 WDT IRQHandler , TIMER0 IRQHandler , TIMER1 IRQHandler , ......

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Estructura de una aplicaci´ on

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Section 4 Estructura de una aplicaci´on

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Estructura de una aplicaci´ on

Esquema

Luego que ya tenemos instalado el freeRTOS, tenemos que crear tareas e inicializar el Scheduler. Entonces una aplicaci´ on que utilice este RTOS podr´ıa ser de la siguiente manera:

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Estructura de una aplicaci´ on

Esquema

// FreeRTOS i n c l u d e s #i n c l u d e ”FreeRTOS . h” #i n c l u d e ” t a s k . h” i n t main ( v o i d ) { // C r e o l a s t a r e a s x T a s k C r e a t e ( UART Driver , ”UART” , 2 0 0 , NULL , 3 , NULL ) ; x T a s k C r e a t e ( t e s t 1 , ”TEST” , 2 0 0 , NULL , 1 , NULL ) ; x T a s k C r e a t e (LCD , ”LCD” , 2 0 0 , NULL , 2 , NULL ) ; // I n i c i o e l s c h e d u l e r vTaskStartScheduler ( ) ; // Nunca l l e g o a c a for ( ; ; ); return 0; }

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Estructura de una aplicaci´ on

Esquema

¿C´omo es una tarea? v o i d miTarea ( v o i d ∗ p v P a r a m e t e r s ) { int i ; // C o s a s que s e t e n g a n que h a c e r s o l o una v e z // Loop p r i n c i p a l for (;;){ f o r ( i =0; i