См. две другие статьи этой группы — Делаем многозадачность и Преемптивность: как отнять процессор.

Сразу просьба к строгим читателям. Если вы не поняли какой-либо термин из применённых — спросите, я подскажу, что я имел в виду. А если вам нравится другое написание или перевод этого термина — укажите его в комментарии. Я применяю те, которые нравятся мне.

Итак, в прошлых статьях описан механизм реализации многозадачности за вычетом планировщика, он же шедулер, он же скедулер, он же Васька меченый, сорри, заговариваюсь я с этими терминами…

Как я уже говорил, шедулер — это просто функция, которая отвечает на вопрос: какую нить и на сколько времени поставить на процессор.

Кстати, в SMP системе шедулер ничем не отличается от однопроцессорного. Вообще, чтобы проще понимать структуру взаимодействия сущностей на одном и нескольких процессорах, проще всего представить себе следующую модель: для каждого процессора есть нить «простоя» (которая работает, если вообще больше некому и просто останавливае процессор до прерывания), которая постоянно пытается «отдать» процессор (которым она как бы владеет) другим нитям, выбирая нить с помощью шедулера.

Говоря о шедулере нельзя не сказать о приоритетах.

Приоритет — свойство нити (или процесса) влияющее на конкуренцию этой нити с другими нитями за процессор.

Приоритет обычно описывается парой <класс приоритета, значение приоритета внутри класса>.

Наша компания «RTL Service» занимается разработкой системы локального позиционирования, с помощью которой можно точно определить, где в помещении находится определенный человек. Помимо этого, наша система позволяет связаться с этим человеком с помощью собственных коммуникаторов (рисунок 1) по защищенному каналу связи.

Введение

В предыдущей статье я только начинал работать с Arduino, в результате чего закономерно получилась метеостанция. В этой статье пойдём дальше — будем делать аутентификацию с помощью RFID карт и Arduino в приложении InterSystems Caché.

Эта статья не имеет смысла без предыдущей, в которой описывались основные механизмы переключения контекстов в многозадачной ОС.

Здесь я расскажу, как кооперативная многозадачность превращается во враждебную преемптивную.

Суть этого превращения проста. В машине есть таймер, таймер генерирует прерывания, прерывания приостанавливают код нити и отдают процессор в руки механизма многозадачности. Оный уже вполне кооперативно переключает процессор на новую нить, как и описано в предыдущей статье.

Но, как обычно, есть нюансы. См. код для интела.

Сам «отъём» процессора делается как в рамках обычного хардверного прерывания, обычно — по таймеру, так и в рамках «софтверного» прерывания — которое, собственно, такое же прерывание, но вызванное специальной инструкцией процессора. Такой способ переключения контекста нужен, если мы (например, в рамках примитива синхронизации) явно останавливаем нить и не хотим ждать, пока прилетит таймерное прерывание.

Я стараюсь чередовать статьи про разработку ОС вообще и специфические для ОС Фантом статьи. Эта статья — общего плана. Хотя, конечно, я буду давать примеры именно из кода Фантома.

В принципе, реализация собственно механизма многозадачности — довольно простая вещь. Сама по себе. Но, во-первых, есть тонкости, и во-вторых, она должна кооперироваться с некоторыми другими подсистемами. Например, та же реализация примитивов синхронизации очень тесно связана с реализацией многозадачности. Есть небанальная связь так же и с подсистемой обслуживания прерываний и эксепшнов. Но об этом позже.

Начнём с того, что есть два довольно мало связанных модуля — собственно подсистема переключения задач (контекстов) и подсистема шедулинга. Вторую мы сегодня обсуждать почти не будем, просто опишем кратко.

Шедулер — это функция, которая отвечает на вопрос «какой нити отдать процессор прямо сейчас». Всё. Простейший шедулер просто перебирает все нити (но, конечно, готовые к исполнению, не остановленные) по кругу (RR алгоритм). Реальный шедулер учитывает приоритеты, поведение нити (интерактивные получают больше, чем вычислительные), аффинити (на каком процессоре нить работала в прошлый раз) и т.п., при этом умеет сочетать несколько классов приоритетов. Типично это класс реального времени (если есть хотя бы одна нить этого класса — работает она), класс разделения времени и класс idle (получает процессор только если два предыдущих класса пустые, то есть в них нет нитей, готовых к исполнению).

На сём пока про шедулер закончим.

Перейдём к собственно подсистеме, которая умеет отнять процессор у одной нити и отдать его другой.

Введение

Сейчас о концепции IoT («интернета вещей») говорят везде. Появляется «умная» бытовая техника, которая может подключиться к сети (Bluetooth/Wi-Fi) по беспроводному интерфейсу и начать рассылать уведомления о том, что задача по стирке/готовке еды/кипячению воды завершена и неплохо бы что-то с этим сделать. Большинство таких «умных» устройств получает питание непосредственно из электросети. Но как быть, если хочется получать информацию от беспроводного термометра и при этом не менять батарейку каждую неделю? Или иметь беспроводной выключатель с небольшим аккумулятором для которого не понадобится штробить стены? И хорошо бы объединить такие устройства в единую распределенную сеть, которой можно управлять удаленно и которая сама, основываясь на показаниях датчиков/извещателей/счетчиков, могла бы принимать какие-то решения.

Специально для решения таких задач была создана беспроводная технология ZigBee, о которой мы и начнем разговор.

Британская компания, две американские компании и 18 университетов (включая российские МИЭТ, ИТМО, СГАУ, ННТУ) сотрудничали, чтобы выпустить современный курс по микроконтроллерам c небольшой привязкой к интернету вещей. Об этом – сегодняшний пресс-релиз Imagination Technologies, Microchip Technology и Digilent (отделения National Instruments). Главный автор — профессор Александр Дин из университета Северной Каролины. В отличие от более легковестных курсов интернета вещей, новый курс подводит под предмет твердую инженерную базу – в нем подробно обсуждается использование RTOS-ов, архитектура микропроцессорного ядра микроконтроллера, протоколы периферии и даже оптимизация алгоритмов при программировании.



Скачать курс можно здесь:

https://community.imgtec.com/downloads/connected-microcontroller-lab-v1.2/

В пресс-релизе, помимо цитат из США, Великобритании, Германии, Китая, есть и цитата из России:

“MIET is part of Imagination’s MIPSfpga and Connected MCU Lab beta-testing programs. Our students have benefited from the MIPSfpga hands-on workshops and we are looking forward to implementing the Connected MCU Lab at our university because this course offers an up-to-date and well-structured curriculum for teaching embedded solutions to future engineers.”

– Alexey Pereverzev, Head of Computer Engineering, National Research University of Electronic Technology (MIET), Russia

Пару десятков слайдов из курса, чтобы вы почувствовали его вкус:

Продолжение электронной версии статьи из номера №2 за 2016 год журнала Компоненты и технологии. Автор Курниц Андрей. Ссылка на первую часть

Создание, запуск и отладка примитивной программы на Atmel SAM4S микроконтроллере

Теперь, когда на рабочую станцию установлено и настроено программное обеспечение для разработки под Atmel SAM4S микроконтроллеры, можно убедиться в работоспособности системы, создав простейшую программу, которая будет зажигать и гасить светодиод на плате SAM4S-EK.
Чтобы собрать работоспособную программу для микроконтроллера, помимо инструментария GCC необходимы следующие компоненты:

1. Библиотека CMSIS (Cortex Microcontroller Software Interface Standard) — описывает единый интерфейс взаимодействия с ядром микроконтроллеров ARM Cortex-M — общая для микроконтроллеров ARM Cortex-M различных производителей.
2. Библиотека для взаимодействия с периферией данного семейства микроконтроллеров — своя для каждого производителя, будь то Atmel, STMicroelectronics, NXP и др.
3. Скрипт линковщика (linker script) — файл с указаниями о размещении программы во flash-памяти микроконтроллера, а также о размещении в ОЗУ служебных областей (секций): стек, куча и др. Для различных микроконтроллеров с разными объемами памяти используются соответственно различные скрипты линковщика.
4. Файл syscalls.c — содержит системные функции, необходимые для работы стандартной библиотеки языка C (реализация newlib). Обычно эти функции являются частью операционной системы, для которой предназначена программа. Однако в случае же микроконтроллера, который чаще всего работает без операционной системы, в сборку должен быть включен файл syscalls.c, содержащий в большинстве своем пустые системные функции [10].
5. Справедливости ради следует отметить, что существует множество операционных систем, разработанных специально для микроконтроллеров.
6. Код начальной инициализации (startup code) — отвечает за заполнение таблицы векторов прерываний соответствующими обработчиками, в том числе и обработчиком прерывания по сбросу микроконтроллера (reset handler).
7. Также содержит реализацию обработчика прерывания по сбросу, который обнуляет необходимые секции памяти, инициализирует стандартную библиотеку C и передает управление в точку входа программы — в функцию main().

Прошло около трех месяцев с момента создания нашего первого рабочего образца паспортного сканера. Получив хорошие результаты по качеству и скорости распознавания, мы, подняв на флаг практически Олимпийский девиз “Быстрее! Качественнее! Компактнее!”, приступили к созданию следующей модели ПАК. Если вам интересно, что у нас получилось в результате, добро пожаловать под кат.

В этой статье я продемонстрирую проекты тестирования библиотеки FatFs портированой на модуль K66BLEZ1. Библиотека с открытым исходным кодом FatFs хорошо известна программистам микроконтроллеров и реализует поддержку файловой системы FAT32 на SD и MMC картах. Незаменимая вещь при разработке логгеров, программируемых логических контроллеров, звукозаписывающих устройств, треккеров и проч. Но иногда она может стать узким местом в системах реального времени.

Представляем электронную версию статьи из номера №2 за 2016 год журнала Компоненты и технологии. Автор Курниц Андрей.

В статье описан процесс развертывания экосистемы разработки приложений для микроконтроллеров Atmel серии SAM4S в среде операционной системы Linux. Читатель познакомится также с оценочной платой SAM4S-EK и семейством ARM Cortex-M4 микроконтроллеров фирмы Atmel. Приведены рекомендации по работе с адаптером отладки SAM-ICE (он же J-LINK) и программой OpenOCD.

Введение

Выбор операционной системы Linux в качестве среды для программирования микроконтроллеров ARM Cortex-M4 фирмы Atmel сложно назвать общепринятой практикой. Напротив, для разработки под свои микроконтроллеры Atmel свободно распространяет среду Atmel Studio 7, предназначенную исключительно для операционных систем Windows. Не будет секретом и тот факт, что разворачивание и настройка среды Atmel Studio 7 для новичка окажется куда проще, чем выбранный автором путь.
Автор предлагает использовать среду разработки Qt Creator в связке с инструментарием для кросс-компиляции GCC и с пакетом OpenOCD для отладки. В качестве операционной системы автор выбрал Linux Lubuntu 14.04 LTS (выполняющуюся на виртуальной машине, но это не существенно). Такой подход позволяет с легкостью переходить на другие ARM (и не только) микроконтроллеры, не меняя при этом привычный комплект инструментов. Например, в [1] приводится пример разработки для микроконтроллеров STM32F4 фирмы ST microelectronics с применением такого же комплекта инструментов.
Несколько слов об используемой терминологии. Аппаратное устройство, которое подключается к целевому микроконтроллеру и к рабочей станции, далее называется отладочным адаптером. Отладчиком же будет называться компьютерная программа, служащая для пошагового выполнения программы, просмотра значений ячеек памяти и т.д.

Аппаратная платформа

Рис. 1. Внешний вид платы SAM4S-EK с подключенным отладочным адаптером.

K66BLEZ1 — плата модуля для разработки широкого класса устройств преимущественно в сфере IoT, носимой электроники и малой автоматизации. Отличается разнообразием портов ввода/вывода и интерфейсов, что придает ей необычайную универсальность. Создана на новейших микроконтроллерах фирмы NXP семейства Kinetis. Имеет на борту радио модуль с поддержкой Bluetooth LE 4.2 и ZigBee. Также есть разъёмы для microSD карты и USB 2.0 HS с поддержкой режимов device, host, OTG и зарядник литиевого аккумулятора 3.6 В. С нижней стороны выведено два разъёма по 60 контактов. Есть энергонезависимые часы реального времени с отдельным элементом питания. Плата сопровождается открытым программным обеспечением.

По роду своей работы часто приходится проектировать различные виды управляющих и измерительных систем. Разумеется на базе микроконтроллеров. Сначала использовали AVR, потом следующее семейство ATxMega, в конце концов остановились на семействе STM32. Несмотря на разные функционал проектируемых устройств, масса функций остается неизменной: интерфейс с пользователем и внешними устройствами, сохранение данных, часы реального времени и т. п. Поэтому появилась идея сделать универсальную плату контроллера содержащую основные узлы, а дополнительные подключаемые платы будут расширять функционал до необходимого. Сначала это был контроллер на STM32F103, потом на 207, потом на 429. И вот на 746 кристалле.

Но главная новинка на этой плате — это видеовыход. До этого, как правило, использовался графический дисплей (монохром, 320 х 240). Но у этого подхода есть свои недостатки:

1. При переходе на цветной дисплей приличного размера > 5" с встроенным контроллером цена становится достаточной большой.
2. Использовать приходиться только один тип дисплея, так как интерфейсы, как правило несовместимы.

Но тут пришла мысль использовать стандартные автомобильные мониторы, цена которых, достаточно демократична, существует большое количество производителей и есть разные размеры.

Для этого пришлось реализовать видео выход.

Или как мы зажгли лампочку со смартфона через облачную службу на глазах изумленных студентов НГУ.

Полное техническое описание решения мы приводим внизу, а начнем с лирическо-философского пролога.

Глава 1. Лирическая

Практически все наши сотрудники получили высшее образование, и очень многие именно в Новосибирском государственном университете. Кто-то буквально недавно, кто-то – 10-20 лет назад, и все сталкивались с выбором будущей профессии. На последних курсах студентами мы выбирали кафедру, на которой проходили специализацию и защищали дипломы. И была такая замечательная традиция как Дни открытых дверей в институтах, лабораториях и компаниях, где сотрудники рассказывали, чем они занимаются, какие вопросы сейчас стоят перед наукой и технологиями и как можно в этом поучаствовать.

Что самое интересное в Днях открытых дверей для студента? Ходить, задавать вопросы, смотреть на реальных людей, которые занимаются настоящим делом, которое кому-то нужно.

Благодаря некоторым новым возможностям, доступным в Intel VTune Amplifier 2016 Update 1, в настоящее время сравнительно просто организовать одновременный анализ энергопотребления и производительности Android-устройств без необходимости их постоянного соединения с компьютером по USB.

Стоит отметить, что, хотя можно подключить Android-устройство к компьютеру по схеме «ADB over WiFi», и, таким образом избежать необходимости использования опции анализа отключённого устройства, обычно проще подключить целевое устройство по USB. Если вы вместо этого хотите использовать WiFi, можете найти инструкции по настройке этой схемы в документации к Intel VTune Amplifier.

В этой статье я хотел бы рассказать о своем знакомстве с протоком передачи данных МЭК 870-5-104 со стороны контролируемого (slave) устройства путем написания простой библиотеки на Arduino.

Что такое МЭК 870-5-104 это и где применяется?

МЭК 60870-5-104 – протокол телемеханики, предназначенный для передачи сигналов ТМ в АСТУ, регламентирующий использование сетевого доступа по протоколу TCP/IP. Чаще всего применяется в энергетике для информационного обмена между энергосистемами, а также для получения данных от измерительных преобразователей (вольтметры, счетчики электроэнергии и прочее).

Стэк протокола МЭК 670-5-104:

Однажды ко мне попал нерабочий лазерный датчик расстояния Keyence LK-G407. Мало того, что он был нерабочий, так его еще и нельзя было использовать без специального управляющего блока. Но ведь у датчика такие интересные характеристики: измерение расстояния с точностью до единиц микрон, и скорость работы — 50 килоизмерений/с. Так что, чтобы запустить его, придется заметно поковыряться в самом датчике, заодно и ценный опыт получить.

Постановка задачи: как со школьными знаниями дойти до выводов университетского уровня

Эта статья предполагает, что вы прочли мои статьи (ну или и без того знаете) про методы наименьших квадратов и про линейно-квадратичный регулятор.

Как я уже говорил в предыдущих статьях, мои знакомые студенты хотят построить обратный маятник, но умаялись подбирать коэффициенты ПИД-регулятора, поэтому я неспешно смотрю, что такое линейно-квадратичный регулятор, ну а заодно и вам пересказываю то, что прочитал. Задача для этой статьи — показать, как воплотить в железе одномерный пример из статьи про линейно-квадратичный регулятор. Грубо говоря, я хочу написать написать управление для сервомотора: у меня есть текущее положение оси привода и текущая скорость её вращения, я хочу её остановить в заданном положении. Я попытался было прочитать схожую статью на эту тему, но, признаться, ничего в ней не понял, поэтому сел разбираться самостоятельно, предпочтительно на пальцах и без страшных слов типа дифференциальных уравнений Лагранжа-Эйлера.

Продолжая рабочий эксгибиционизм, знакомлю вас с Bubble Bobble, который живёт у нас с коллегой в кабинете. Он рецензирует статьи для конференции SIGGRAPH.

Atmel ананонсировал запуск мобильной версии параметрического поиска микроконтроллеров — Microcontroller Selector. Функционально поиск повторяет аналогичный инструмент для ПК и работает для всех действующих семейств микроконтроллеров Atmel от AVR и Cortex-M0 до Cortex-M7 и -A5.

В последнее время корпорация Intel затрачивает значительные усилия на создание и развитие open source проектов, совместно с другими крупными игроками в соответствующих областях. Сами проекты возникают с завидной регулярностью, так, совсем недавно мы писали о проекте Zephyr Project — open source ОС реального времени. Сегодня речь пойдет еще об одной ОС с открытым исходным кодом, на этот раз предназначенной для такой перспективной области, как «Интернет вещей», а также о первом устройстве, созданном на ее основе.
Как вы уже, наверное, догадались, пост этот — первоапрельский. Но не целиком. Все, что сказано в разделе «Программная основа — Ostro Project» — истинная правда!