Начиная программировать на языке ассемблера для микроконтроллеров ARM первое, с чем вы столкнетесь — это отсутствие какой либо среды для программирования (c первым проектом, программами для компиляции и сборки я уже разбирался). Причем бытует мнение, что для ассемблера ничего кроме блокнота и не нужно (максимум, «для гурманов» сообщество предложит использовать редактор с подсветкой кода). И этот подход в принципе имеет место быть — ровно на столько, на сколько удобно писать программы на С++ в блокноте — то есть до того момента, как вы перейдете от программ «Hello, Word» к чему то более сложному.

Некоторое время назад я высказал предложение о необходимости написания среды разработки (или хотя бы редактора) для программ на ассемблере, но в ответ не услышал ничего. Значит, нужно написать среду самому. Понятно, что это не будет уровень современных сред программирования, над которыми трудятся целые коллективы разработчиков (да и опыта у них намного больше чем у меня), но я и не ставлю цель конкурировать с ними по «навороченности» — мне всего лишь нужна среда для комфортного программирования на ассемблере.

Если вам нужно тоже самое и нужно именно «ехать, а не шашечки» — тогда добро пожаловать под кат.

Всем привет!

В данной статье речь пойдет о числах в формате с плавающей точкой и в частности о реализации специализированного формата FP23 на программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС). В рамках конкретного проекта у меня родилась мысль реализовать оптимальный для определенных нужд формат данных с плавающей точкой. В итоге эта мысль переросла в реальный проект, который впоследствии нашел применение в некоторых интересных задачах цифровой обработки сигналов. В статье рассмотрены основные сложности при реализации формата данных floating point на ПЛИС Xilinx, рассмотрены базовые математические операции в формате FP23. Также в конце статьи вы можете найти исходный код проекта, которой можно свободно использовать в своих задачах или на его основе реализовать похожие форматы данных.

В настоящее время получили распространение различные жидкокристаллические дисплеи, которые отлично подключаются к контроллерам семейства STM32. В данной статье речь пойдет об одном из распространенных контроллеров STM32F103C8T6 и дисплее 7" на контроллере SSD1963. Оба в виде законченных узлов легко доступны на Aliexpress и относительно недорого стоят. Конечно, все рассмотренное ниже справедливо и для других дисплеев с параллельным интерфейсом и большинства контроллеров STM32.

Предыдущая часть цикла Alljoyn: взгляд embedded разработчика. Часть 1: знакомство

Продолжаем повествование о том как получить «реальную железку», работающую по протоколу AllJoyn. Конечной целью цикла является получение прототипа «умной Wi-Fi лампочки». Причем именно «прототипа», потому что реализации силовой части нашей лампочки мы касаться не станем, так как это отдельная большая тема, не имеющая отношения к фреймворкам и способам управления. Потому ограничимся светодиодом на отладочной плате SAMD21-XPRO.

Прежде чем начать портирование фреймворка на микроконтроллер, разберемся со вспомогательными средствами, которые окажут нам неоценимую помощь в процессе разработки. В принципе, AllJoyn — кроссплатформенный фреймворк и Вы вольны использовать удобный именно Вам вариант операционной системы. Я использовал Linux (Ubuntu) — просто потому, что он мне привычнее.

Кто-то парсирует текстовый файл программой на Питоне, другой пишет скрипт с регулярными выражениями на Перле, Си-программист стыдливо возится с буферами и указателями, иногда применяя Yacc и Lex.

А можно ли парсировать текст голым железом? Вообще без программы?

— А как это?, — спросил меня знакомый, — С помощью Ардуино?

— Внутри Ардуино стоит вполне фон-неймановский процессор и работает программа, — ответил я, — Нет, еще более голое железо.

— А-а-а-а, этот, микрокод?, — догадался мой товарищ и взглянул на меня победно.

— Нет, термин «микрокод» использовался для специфической организации процессоров в 1970-е годы, потом его использование сошло на нет, — ответил я и добавил, — Правда есть еще микрооперации в интеловских процессорах, в которые перекодируется x86, но это тоже другое. Нет, я имею в виду парсинг текста устройством, состоящим из логических элементов И-ИЛИ-НЕ и Д-триггерами, как на картинке ниже.

— Невозможно! — воскликнул мой приятель, — в таком устройстве где-то сбоку должен сидеть процессор и хитро подмигивать!

— Почему это невозможно?, — парировал я, — Вот машину Тьюринга знаешь? Парсирует текст на ленте, а сбоку никакие интелы и ардуино не подмигивают.

— Нуу, машина Тьюринга, — протянул приятель, — это абстракция, типа Демона Максвелла.

— Никакой абстракции, сейчас увидишь работающую схему, парсирующую текст, — сказал я и прибавил, — но сначала расскажу, зачем мне вообще это понадобилось.

Последняя статья про классические примитивы синхронизации.

(Наверное, потом напишу ещё одну про совсем уже нетипичную задачу, но это потом.)

Сегодня мы немножко заглянем в процессор. Чуть-чуть.

По сути, мы будем говорить про единственный примитив, который принципиально отличается от остальных: спинлок. Spinlock.

В комментариях к предыдущим заметкам возникла дискуссия — насколько справедливо вообще выделять спинлок как примитив, ведь по сути он — просто мьютекс, верно? Он выполняет ту же функцию — запрещает одновременное исполнение фрагмента кода несколькими параллельными нитями.

На уровне процесса всё так и есть — различия между спинлоком и мьютексом — чисто технические, вопрос реализации и производительности.

Но меня эта тема интересует не только с позиции программиста юзерленда, но и с позиции разработчика ядра, а так же и разработчика самих примитивов синхронизации. И тут уже различие принципиально.

Дело в том, что внутри ядра мьютекс реализован с помощью спинлоков, а вот спинлоки реализованы сами по себе, автономно. Они — действительно базовый примитив. Ниже — только сам процессор.

Есть и ещё одно, семантическое различие. Мьютекс допускает и предполагает снятие нити с процессора, долгую остановку вызывающей нити. Мьютексом можно запереть объект на час или сутки, это приемлемо и нормально. Спинлок принципиально рассчитан только на кратчайшие приостановки, это всегда работа с неатомарным стейтом объекта. Присваивание группы переменных, небольшой цикл — это максимум того, что можно сделать под спинлоком.

Итак, иерархия реализации такова: mutex/cond/sema сделаны на базе спинлоков, спинлоки — на базе атомарных операций, предоставляемых процессором. Мы в них немного заглянем сегодня.

Как устроен спинлок?

В прошлой заметке мы обсудили самую известную пару из лагеря инструментов синхронизации тредов — mutex и cond. Сегодня встретимся с sema — примитивом, который умеет заменять предыдущие два в одиночку.

Но сначала — пара слов о случайных пробуждениях. (Спасибо xaizek, который мне об этом напомнил.) В принципе, строго реализованные механизмы синхронизации этим не страдают, но, тем не менее, опытный программист на это никогда не полагается.

Напомню фрагмент кода:

while(total_free_mem <= 0)
    {
    wait_cond(&got_free_mem, &allocator_mutex);
    }

Здесь цикл вокруг wait_cond гарантирует нам, что даже если мы вернёмся из ожидания события случайно или по ошибке, ничего страшного не случится — проверка в while обеспечит нам уверенность, что нужное состояние проверяемого объекта достигнуто. Если нет — поспим ещё в ожидании.

Отметим ещё раз, что проверяем мы состояние объекта (total_free_mem <= 0) при запертом мьютексе, то есть никто не может его менять в то же самое время.

Синхронизация нужна в любой малтитредной программе. (Если, конечно, она не состоит из локлесс алгоритмов на 100%, что вряд ли). Будь то приложение или компонента ядра современной операционной системы.

Меня всё нижесказанное, конечно, больше волнует с точки зрения разработки ядра ОС. Но почти всё применимо и к пользовательскому коду.

Кстати, ядра старых ОС в примитивах синхронизации не нуждались, поскольку преемптивной мультизадачности внутри ядра в старые добрые времена не было. (Уж за Юникс 7-й версии я отвечаю. Не было.) Точнее, единственным методом синхронизации был запрет прерываний. Но об этом позже.

Сначала перечислим героев. Мне известны следующие примитивы синхронизации:

User/kernel mode: mutex+cond, sema, enter/leave critical section.
Kernel only: spinlock, управление прерываниями.

Зачем всё это нужно, читатель, наверное, знает, но всё же уточним.

Если некоторая структура данных может быть доступна двум параллельно работающим нитям (или нити и прерыванию), и являет собой сущность, к которой нельзя обеспечить атомарный доступ, то работу с такой структурой нужно производить так, чтобы только одна нить одновременно выполняла сложные манипуляции с состоянием структуры.

Приветствую всех.

Данный пост будет о том, как написать очередную простейшую игрушку на языке программирования FBD (конечно данная реализация языка программирования отходит от стандартов FBD, но большинство «особых фишек» не используется, поэтому написанная программа может быть легко перенесена на классический FBD в любой системе), загрузить программу в контроллер и предаться воспоминаниям о начале двухтысячных.

Недавно с одним из коллег зашел разговор про начало двухтысячных, и почему-то вспомнились первые наши мобильные телефоны Siemens и игра Wappo. В итоге сама собой родилась идея написать эту игрушку использую средства проектирования ПТК «Квинт 7». Т.к. больших усилий и кучи времени на это не требовалось, то вот результат:



На все это дело затрачено две половинки обеденных перерывов (совместно с распитием кофе) и пара часов вечером на рисование картинок в MS Paint.

Решил создать союз между arduino и Master Scada.

Почему именно Master Scada? Отвечу: Master Scada работает через собственный OPC сервер имеющий множество настроек, что позволяет хорошо рассмотреть процесс опроса каналов, ну и он бесплатный на 32 канала).

Для теста воспользовался двумя ультразвуковыми дальномерами HC-04 и платой arduino uno.

Передачу осуществил по протоколу modbus.

Не сочтите за расовые предрассудки, но в сегодняшней статье понятие «embedded разработка» будет означать разработку и программирование устройств на микроконтроллерах с использованием языка Си, безо всяких процессоров, Linux'ов, Windows'ов, Pyton'ов и прочего «не хардкора». Я намеренно сделал эту оговорку в самом начале, чтобы не пришлось постоянно акцентировать внимание на этом в дальнейшем.

Alljoyn — это протокол взаимодействия между устройствами разрабатываемый альянсом Allseen. В отличии от распространенных ныне протоколов промавтоматики (ModBus, KNX, BacNET и пр.) Alljoyn изначально рассчитан на применение в бытовых устройствах, т.е. тот самый пресловутый Интернет вещей. Причем Alljoyn претендует на статус глобального мирового стандарта и если взглянуть на список комнаний-участников альянса, вполне можно допустить, что его амбиции не безосновательны.
Сегодня мы попытаемся заглянуть за ширму маркетинговых заявлений об «универсальности, кросплатформенности и простоте использования» и понять что же за зверя пытается изобрести группа самых известных IT компаний со всего мира.

При передачи данных по линиям связи, используется контрольная сумма, рассчитанная по некоторому алгоритму. Алгоритм часто сложный, конечно, он обоснован математически, но очень уж неудобен при дефиците ресурсов, например при программировании микроконтроллеров.



Чтобы упростить алгоритм, без потери качества, нужно немного «битовой магии», что интересная тема сама по себе.

Всем привет!

Давненько мы ничего не писали. А тем временем...

В тридевятом царстве, в тридесятом государстве, в баварской вотчине, в средневековом городе Нюрнберге проходит выставка под названием Embedded World. Цель выставки — собрать в одном месте производителей, разработчиков, студентов и других заинтересованных граждан. Проходит она три дня — с 23 по 25 февраля.




Сайт выставки: http://www.embedded-world.de

Около 900 участников, примерно 25 тысяч посетителей. Двух дней еле-еле хватает, чтобы понять, что к чему. Поэтому выставка длится три дня :)

Судьба забрасывает меня на это мероприятие уже не в первый раз: мы с коллегами по НТЦ Метротек посещали выставку в 2013, 2014 и 2015 годах. Именно здесь мы впервые увидели Cyclone V SoC (System On Chip c ARM и FPGA на борту), который впоследствии лёг в основу новых девайсов производства НТЦ Метротек (это — Беркут-ЕТ, EthOnd, BlueSoM, ETL-N). Именно здесь мы нашли производителей корпусов EMKO и наладили с ними сотрудничество, теперь все стоечные приборы (свитч Metrotek X10-24, Беркут-МХ) выглядят единообразно. Здесь мы узнаём о новинках и трендах.

Под катом больше информации об участниках, новых продуктах и просто вещах, которые нам понравились и запомнились.
С фотографиями и ссылками.

Так уж вышло, что у нас на складе оказалось довольно много микроконтроллеров EFM32ZG110F32, это серия Zero Gecko от компании SiLabs. Контроллеры классные, но пока не особенно популярные, потому я и пишу эту статью.


На правах рекламы мы предлагаем вот такой набор: ARM Cortex-M0+, 32 Кбайт Flash, 4 Кбайт ОЗУ, DMA, I2C, UART, USART, 12-разрядный АЦП, токовый ЦАП, компаратор, аппаратный счетчик импульсов, часы реального времени и разные штуки для снижения энергопотребления в корпусе QFN-24 за $0.96.
upd: да, можно поштучно

Под катом длинный пост с подробным обзором кристалла и отладочной платы, описанием доступных средств программирования и отладки. Приведены примеры работы с различными периферийными блоками кристалла, используются фирменные средства разработки и платформа mbed от ARM.

Пара часов из жизни математика-программиста или читаем википедию

Для начала в качестве эпиграфа цитирую rocknrollnerd:

— Здравствуйте, меня зовут %username%, и втайне раскрываю суммы из сигма-нотации на листочке, чтобы понять, что там происходит.
— Привет, %username%!

Итак, как я и говорил в своей прошлой статье, у меня есть студенты, которые панически боятся математики, но в качестве хобби ковыряются паяльником и сейчас хотят собрать тележку-сигвей. Собрать-то собрали, а вот держать равновесие она не хочет. Они думали использовать ПИД-регулятор, да вот только не сумели подобрать коэффициенты, чтобы оно хорошо работало. Пришли ко мне за советом. А я ни бум-бум вообще в теории управления, никогда и близко не подходил. Но зато когда-то на хабре я видел статью, которая говорила про то, что линейно-квадратичный регулятор помог автору, а пид не помог.

Если ПИД я ещё себе худо-бедно на пальцах представляю (вот моя статья, которую с какого-то перепугу перенесли на гиктаймс), то про другие способы управления я даже и не слышал толком. Итак, моя задача — это представить себе (и объяснить студентам, а заодно и вам), что такое линейно-квадратичный регулятор. Пока что работы с железом не будет, я просто покажу, как я работаю с литературой, ведь именно это и составляет львиную долю моей работы.

Раз уж пошёл эксгибиционизм про мою работу, то вот вам моё рабочее место (кликабельно):

Мигаем светодиодом, с помощью ПЛИС Altera Cyclone iv, ПО Quartus и языка Verilog.
В этом видео я рассказываю о том, как сделать мигалку светодиодом: создам проект, напишу модуль, назначу выводы ПЛИС и прошью микросхему.

Пожалуйста, прибавьте громкость.



PS. Как выяснилось, Хабр не любит смотреть видео. Статья оставлена, как пример для других хаброписателей.

ARM Cortex-M3 — это, пожалуй, самое популярное на сегодняшний день 32-разрядное процессорное ядро для встраиваемых систем. Микроконтроллеры на его базе выпускают десятки производителей. Причина этому — универсальная, хорошо сбалансированная архитектура, а следствие — непрерывно растущая база готовых программных и аппаратных решений.

Ругать Cortex-M3, в общем-то, не за что, но сегодня я предлагаю подробно рассмотреть Cortex-M4F — расширенную версию всеми любимого процессорного ядра. Перенести проект с микроконтроллера на базе Cortex-M3 на кристалл на базе Cortex-M4F довольно просто, а для ряда задач такой переход стоит затраченных усилий.

Под катом краткий обзор современных Cortex'ов, обстоятельное описание блоков и команд, отличающих Cortex-M4F от Cortex-M3, а также сравнение процессорных ядер на реальной задаче — будем измерять частоту мерцания лампы на микроконтроллерах с разными ядрами.

Некоторое время назад, хаброжитель DmitrySpb79 написал статьи о создании электронных часов. В них он рассмотрел источники точного времени, а так-же элементную базу для создания электронных часов. Были упомянуты Arduino, STM, Raspberry PI, ESP8266, но совсем забыли про ПЛИС.

Давайте заполним этот небольшой пробел. Узнаем, на сколько просто сделать часы на ПЛИС и какие аппаратные ресурсы для этого потребуются. К тому же, мне подарили микросхему ПЛИС очень малого объема — 64 макроячейки. Это ПЛИС LC4064v фирмы Lattice с которыми я до этого никогда не работал. Я думаю, будет интересно!

Цели:

• попытаться уместить логику работы часов в ПЛИС малого размера (64 макроячейки);
• освоить статическую либо динамическую светодиодную индикацию на ПЛИС для вывода времени;
• собрать кучу граблей, связанных с самостоятельной разработкой схем и получить новый опыт;
• освоить новую среду разработки и программирования для ПЛИС фирмы Lattice, оценить сложность перехода

Меня ожидает несколько очень приятных вечеров, посвященных разработке на ПЛИС!

Здравствуйте.

Этот пост посвящен краткому разбору того, как на FBD написать простейшую игрушку «2048».

Сразу помещу картинку с результатом:

Если интересно, как это сделано, добро пожаловать под кат.

Можно ли добавить в микропроцессор инструкции (команды)? Если вы используете микросхемы ПЛИС / FPGA с реконфигурируемой логикой и микропроцессорное ядро, которые синтезирутся из описания на языках Verilog и VHDL, то можете. Причем это будет «честное», настоящее расширение системы команд, а не трюк типа программной эмуляции инструкции в обработчике исключения от зарезервированной команды, и не «микрокод», популярный в исторических процессорах 1970-х годов.

Команды, добавленные в современный синтезируемый процессор с помощью модификации его исходников на Verilog или VHDL, могут работать в конвейере и обрабатываться процессором как его собственные, без временных задержек.

Главная проблема с модификацией исходников дизайна процессора на Verilog или VHDL — трудоемкость. Нужно понять, как работает логика различных блоков и избежать нежелательных побочных эффектов. К счастью, существует способ расширения процессора, который превращает семестровый студенческий проект в нечто, что студент может спроектировать за одну лабораторную работу. Этот способ — интерфейс CorExtend / UDI (User Defined Instructions) в микропроцессорном ядре MIPS microAptiv UP, которое используется в пакете для образования MIPSfpga.

В рамках университетской программы MIPSfpga компании Imagination Technologies можно скачать настоящий индустриальный код на Verilog процессора MIPS microAptiv UP.
https://community.imgtec.com/university/resources/

Одним из распространенных применений UDI является манипуляции битами в алгоритмах шифрования. Другой пример — создание специальных инструкций для ускорения алгоритмов ЦОС Accelerating DSP Filter Loops with MIPS® CorExtend® Instructions.

Однако в наборе документации к MIPSfpga интерфейс между ядром и CorExtend описан недостаточно подробно. Подробная документация предоставляется только лицензиатам ядер. В этой статье представлено мое описание данного интерфейса на основе изучения исходного кода. Его можно также скачать в формате pdf MIPS microAptiv UP Processor CorExtend UDI interface protocol guide.

CorExtend занимает следующее место в RTL иерархии ядра m14k microAptiv.