Lập trình hệ thống nhúng

hệ thống nhúng nó dành cho những công việc phức tạp lúc đó viết trên hệ điều hành của nó sẽ đơn giản hơn là mình lập trình thông thường. mình lấy ví dụ đơn giản như khi lập trình giao diện đồ họa trên C sẽ khó khăn hơn là lập trình giao diện đồ hoạ trên C# vì nó hỗ trợ nhiều hơn lập trình nhúng cũng như vậy

BÙI QUỐC BẢO

LẬP TRÌNH HỆ THỐNG

NHÚNG

Concurrency (Tác vụ chạy ñồng

thời)

Một hệ thống có thể có 2 hay nhiều tác vụ chạy ñộc

lập nhau.

VD: Một hệ thống dùng 8051 ñể:

Bật/Tắt 1 LED gắn vào P1.0 sau chu kỳ 500 ms.

Cho 3 LED vàng-xanh-ñỏ lần lượt sáng-tắt sau chu

kỳ 500 ms

Chia 2 tác vụ trên thành 2 máy trạng thái SM

ñồng bộ với chu kỳ 500 ms

BM Kỹ Thuật ðiện Tử - ðH Bách Khoa TP.HCM 3

LEDON LEDOFF

GREEN_ON YELLOW_ON RED_ON

Blink LED Period: 500 ms

Rotate LED Period: 500 ms

LED SHOW

enum BLState_t {OFF_STATE,ON_STATE} BLState;

enum RTState_t {YELLOW_STATE, GREEN_STATE,

RED_STATE} RTState;

unsigned char timerFlag = 0;

timerFlag = 1;

}

…

}

void RT_Update() {

…

}

BM Kỹ Thuật ðiện Tử - ðH Bách Khoa TP.HCM 5

{

outputInit();

timerInit();

BLStateInit();

STStateInit();

while (1)

{

while (!timerFlag);

BL_Update();

RT_Update();

timerFlag = 0;

}

}

Shared variable (biến dùng chung)

Hoạt ñộng của một hệ thống có thể ñược

chia thành nhiều tác vụ ñộc lập mặc dù

chúng có liên quan tới nhau.

VD:

Một hệ thống phát hiện chuyển ñộng sử dụng 1 sensor kết nối vào

chân P1.0 Một chuyển ñộng ñược phát hiện khi sensor bằng 1 trong

2 lần lâý mẫu liên tiếp cách nhau 200ms

LED1 (nôí vào P1.1) ñược nhấp nháy sau với chu kỳ 200ms trong

thời gian phát hiện chuyển ñộng

LED2 (nôí vào P1.2) ñược bật khi phát hiện chuyển ñộng và tắt 10s

sau khi chuyển ñộng không còn bị phát hiện

BM Kỹ Thuật ðiện Tử - ðH Bách Khoa TP.HCM 7

Shared variable (biến dùng chung)

!P1.0 !P1.0

P1.0 P1.0

P1.0

!P1.0

mnt = 0 mnt = 1

!mnt

mnt

mnt

!mnt

cnt = 0

!mnt && (cnt < 50)

cnt++

!mnt && !(cnt < 50)

mnt

Shared variable (biến dùng chung)

Chú ý:

Chỉ có 1 tác vụ ghi vào biến chung Nhiều

tác vụ có thể cùng ñọc một biến chung.

VD

Vẽ máy trạng thái cho hệ thống làm việc sau:

Bật lò ñốt bằng cách set P1.0 khi nhiệt ñộ ño ñược (ñọc

vào từ P2) nhỏ hơn 100.

Trong khi bật lò, chớp nháy LED nối vào P1.1 với chu kỳ

500ms ñể báo cho người dùng biết là lò ñang bật.

BM Kỹ Thuật ðiện Tử - ðH Bách Khoa TP.HCM 9

Máy trạng thái có chu kỳ khác nhau

Các tác vụ với chu kỳ khác nhau có thể ñược

chạy bằng cách sử dụng một biến ñể ñếm số

lần cờ timerFlag ñược bật (Timer tick) và thực

thi khi biến ñó ñạt ñến giá trị mong muốn

VD:

Viết chương trình ñể 8051 chớp LED gắn vào

P1.0 với chu kỳ 600 ms, và cho 3 LED xanh,

vàng, ñỏ lần lượt sáng sau khoảng thời gian 1s.

enum blState_t {LEDON, LEDOFF} BLState;

static unsigned char timerFlag = 0;

void timerISR(void)

{

timerFlag = 1;

}

{

…

}

{

…

}

BM Kỹ Thuật ðiện Tử - ðH Bách Khoa TP.HCM 11

void main(void)

{

unsigned char BLTickCount = 0;

unsigned char RTTickCount = 0;

unsigned char BLTickPeriod = 3;

unsigned char RTTickCount = 5;

timerPeriodSet(200);

BLInit();

RTInit();

runTimer();

while (1) { While (!timerFlag);

BLTickCount++;

RTTickCount++;

If (BLTickCount == BLTickPeriod ) {

BLUpdate();

BLTickCount = 0;

}

If (RTTickCount == RTTickCount ) {

RTUpdate();

RTTickCount = 0;

} } }

Task Scheduler

Trong chương trình có nhiều tác vụ chạy song

song, ñoạn chương trình quyết ñịnh xem tác vụ

nào sẽ ñược chạy gọi là 1 scheduler.

Một scheduler gồm:

Hàm khởi tạo.

Hàm cập nhật các thông số của các tác vụ,

thực thi trong ngắt timer.

Một hàm thực thi tác vụ ñến thời ñiểm ñược

chạy (dispatcher).

Một hàm thêm tác vụ vào scheduler

BM Kỹ Thuật ðiện Tử - ðH Bách Khoa TP.HCM 13

Task Structure

Mỗi tác vụ (task) ñều có các thông số sau: (ví dụ tác vụ chớp led)

Tên tác vụ (BLUpdate)

Hằng số chứa thời gian giữa 2 lần thực thi (BLTickPeriod )

Biến ñếm số lần timer tick

Một cờ báo tác vụ ñuợc cho phép chạy

typedef data struct

{

void (code * ptask) (void);

unsigned char period ;

unsigned char count ;

unsigned char runMe;

} taskStructType;

Simple scheduler

void main (void)

{

schedulerInit(); //khởi tạo scheduler

/*Thêm tác vụBLLED vào scheduler, tác vụnày ñảo LED

sau 1000 lần timer tick*/

schedulerAddTask(BLLed, 1000, 0);

schedulerStart();

while (1)

{

schedulerDispatch();

}

}

void schedulerUpdate(void) interrupt 1 using 0

{

//update tasks

}

BM Kỹ Thuật ðiện Tử - ðH Bách Khoa TP.HCM 15

Scheduler.h

#ifndef SCHEDULER_H

#define SCHEDULER_H

#include <reg51.h>

#ifndef SCHEDULER_GLOBAL

#else

#define SCHEDULER_GLOBAL

#endif

Scheduler.h

typedef data struct

{

void (code * ptask) (void);

unsigned char period ;

unsigned char count ;

} taskStructType;

void schedulerGotoSleep(void);

void schedulerInit(void);

void schedulerStart(void);

unsigned char schedulerAddTask(void (code * pfunction)() ,

const unsigned char period, const unsigned char count );

#endif

BM Kỹ Thuật ðiện Tử - ðH Bách Khoa TP.HCM 17

Scheduler.c

#define SCHEDULER_GLOBAL

#include "scheduler.h"

unsigned char errorCode;

Khởi tạo scheduler

void schedulerInit()

{

unsigned char i;

for (i=0;i<SCHEDULER_MAX_TASK; i++)

{

schedulerTask[i].ptask = 0x0000;

schedulerTask[i].period = 0;

schedulerTask[i].count = 0;

schedulerTask[i].runMe = 0;

}

TMOD &= 0xF0;

TMOD |= 0x01;

TH0 = ((65536 - 50000) >> 8);

TL0 = ((65536 - 50000) &0xFF);

ET0 = 1;

TR0 = 1;

}

BM Kỹ Thuật ðiện Tử - ðH Bách Khoa TP.HCM 19

Cập nhật trạng thái tác vụ

void schedulerUpdate(void) interrupt 1 using 0 {

unsigned char i;

TR0 = 0;

TF0 = 0;

TH0 = ((65536 - 50000) >> 8);

TL0 = ((65536 - 50000) &0xFF);

TR0 = 1;

for (i=0; i< SCHEDULER_MAX_TASK; i++)

if (schedulerTask[i].ptask)

{

if ( schedulerTask[i].count == 0)

{ schedulerTask[i].runMe += 1;

schedulerTask[i].count = schedulerTask[i].period;

} }

}

Thêm tác vụ vào scheduler

unsigned char schedulerAddTask(void (code * pfunction)() ,

const unsigned char period, const unsigned char count ) {

unsigned char i;

while ((schedulerTask[i].ptask != 0) && (i < SCHEDULER_MAX_TASK))

i++;

if (i == SCHEDULER_MAX_TASK)

{

errorCode = ERROR_TOO_MANY_TASK;

return SCHEDULER_MAX_TASK;

}

schedulerTask[i].ptask = pfunction;

schedulerTask[i].period = period;

schedulerTask[i].count = count + 1;

schedulerTask[i].runMe = 0;

return i;

}

BM Kỹ Thuật ðiện Tử - ðH Bách Khoa TP.HCM 21

Dispatcher

void schedulerDispatch()

{

unsigned char i;

for (i=0;i<SCHEDULER_MAX_TASK;i++)

{

if (schedulerTask[i].runMe > 0) {

(*schedulerTask[i].ptask)();

schedulerTask[i].runMe -= 1;

} }

schedulerGotoSleep();

}

void schedulerStart()

{

EA = 1;

}

void schedulerGotoSleep()

{

PCON |= 0x01;

}

BM Kỹ Thuật điện Tử - đH Bách Khoa TP.HCM 23

main.c

#include "scheduler.h"

void BlinkLED()

{

P1 ^= 0x01;

}

void main(void)

{

schedulerInit();

schedulerAddTask(BlinkLED,20,0);

schedulerStart();

while (1)

{

schedulerDispatch();

}

}

Triggered task

đôi khi, một tác vụ ựược cho phép bởi 1 tác

ựộng từ bên ngoài

VD: đèn giao thông có thể ựược ựiều khiển bằng

tay dùng các nút bấm.

Tác vụ có thể ựược thiết kế bằng cách lấy mẫu

tắn hiệu vào mỗi khi ựược gọi.

để tăng tốc ựộ ựáp ứng hệ thống, tác vụ có thể

ựược cho phép chạy bằng cách dùng ngắt (trong

trường hợp này là ngắt ngoài).

BM Kỹ Thuật ðiện Tử - ðH Bách Khoa TP.HCM 25

Triggered task

void extISR0(void) interrupt 0 using 0

{

schedulerTask[0].runMe = 1;

schedulerTask[0].count = schedulerTask[0].period;

}

Non-preemptive kernel

Những hệ ñiều hành giống như trên gọi là

non-preemptive kernel.

Tác vụ phải tự trả quyền ñiều khiển CPU cho hệ

ñiều hành.

Các “event” bất ñồng bộ ñược ñiều khiển bởi

ISR.

Một ISR có thể làm 1 tác vụ có ñộ ưu tiên cao

sẵn sàng chạy nhưng chỉ khi nào tác vụ hiện

hành chấm dứt, tác vụ này mới ñược chạy.

BM Kỹ Thuật ðiện Tử - ðH Bách Khoa TP.HCM 27

Non-preemptive kernel

Question

trợ mức ñộ ưu tiên cho tác vụ?