Существует огромное количество примеров и статей про Windows 10 IoT Core, рассказывающих о том, как легко и удобно делать с его помощью разнообразные устройства. Однако в реальности работа с любым "железом" всегда связана со множеством не самых очевидных нюансов, знание которых приходит только с практикой. Я расскажу о некоторых особенностях работы c GPIO на Raspberry Pi2 и Windows 10 IoT Core и заодно о новой функции Remote Client, доступной в версии Insider Preview.

Представляем вашему вниманию общий обзор Intel System Studio for Microcontrollers 2015. Мы поговорим о том, как использовать этот пакет приложений в деле разработки и отладки приложений для микроконтроллера Intel Quark D1000 на платформе Linux. В частности, рассмотрим организацию взаимодействия компьютера разработчика и микроконтроллера.
Для того, чтобы загрузить на Intel Quark D1000 код (прошить устройство), достаточно mini-USB кабеля. Кроме того, то же самое соединение используется для запуска сеанса отладки GDB с OpenOCD-соединением и обменом командами с UART.


Подключение Intel Quark D1000 к компьютеру

Modbus – это широко известный коммуникационный протокол, который нашёл применение и в промышленности, и в любительских проектах. На физическом уровне для организации связи между устройствами по этому протоколу могут использоваться последовательные интерфейсы (RS232 или RS485) или Ethernet (здесь задействованы протоколы TCP или UDP). Сегодня мы поговорим о том, как организовать взаимодействие Intel Edison с другими устройствами с помощью Modbus.

Не так давно я стал счастливым обладателем Genuino MKR1000. Ресурс Hackster.io совместно с Microsoft проводил конкурс на лучшую идею. Пусть я не успел воплотить свою идею в жизнь и принять участие во второй части конкурса, но я могу поделиться с вами информацией, которая поможет вам осуществить свои задумки. Под катом о том, как отправить данные с Arduino в облако и как их считать, если у вас есть WiFi шилд или MKR1000.

Первая статья про драйверы была уж совсем вводной, и мне подумалось, что её нельзя не дополнить рассказом про то, как устроены драйверы более современных устройств.

Для начала введём определение bus master: устройство, способное быть не только ведомым, но и ведущим на шине компьютера. То есть — не только отвечать на транзакции ввода-вывода, инициированные процессором, но и самостоятельно их инициировать — по собственной инициативе «ходить» в память.

История таких устройств уходит корнями в понятие DMA: ещё во времена прародителя микропроцессоров, микропроцессора 8080 (КР5080ИК80), появилось понимание, что процессор хорошо бы разгрузить от рутинной операции перетаскивания байтиков между устройствами в-в и памятью.

Недавно мы опубликовали учебные примеры кода для различных проектов, которые формируют интернет вещей. Сегодня расскажем об автоматической системе полива. Построена она с использованием Intel IoT Developer Kit, Intel Edison, в её работе применяются облачные платформы, различные API и другие технологии.

Уважаемые читатели, нам приятно сообщить, что участники DevCon 2016 смогут приять участие в особенном мастер-классе компании Intel на тему Интернета Вещей с платами Intel Edison.

Мастер-класс посвящен практической работе с Intel Edison. Вы узнаете о технических особенностях и возможностях, вариантах использования и тестирования одноплатного компьютера Intel Edison. Будет рассмотрена установка драйверов и подключение к Edison; работа в Linux: запуск SSH и подключение к Wi-Fi. В ходе тренинга будет предложено решение практических задач в мини-группах.

Каждый участник попробует написать собственные программы по включению светодиода и подключению различных датчиков. С помощью платформы Intel Edison участники своими руками смогут собрать такие устройства как интерактивные гаджеты, элементы умного дома, а также попробуют управлять объектами через интернет.

Опять вернёмся в традиционную область разработки операционных систем (и приложений для микроконтроллеров) — написание драйверов.

Я попробую выделить некоторые общие правила и каноны в этой области. Как всегда — на примере Фантома.

Драйвер — функциональная компонента ОС, ответственная за отношения с определённым подмножеством аппаратуры компьютера.

С лёгкой руки того же Юникса драйвера делятся на блочные и байт-ориентированные. В былые времена классическими примерами были драйвер диска (операции — записать и прочитать сектор диска) и драйвер дисплея (прочитать и записать символ).

В современной реальности, конечно, всё сложнее. Драйвер — типичный инстанс-объект класса, и классов этих до фига и больше. В принципе, интерфейс драйверов пытаются как-то ужать в прокрустово ложе модели read/write, но это самообман. У драйвера сетевой карты есть метод «прочитать MAC-адрес карты» (который, конечно, можно реализовать через properties), а у драйвера USB — целая пачка USB-специфичных операций. Ещё веселее у графических драйверов — какой-нибудь bitblt( startx, starty, destx, desty, xsize, ysize, operation ) — обычное дело.

Цикл жизни драйвера, в целом, может быть описан так:

• Инициализация: драйвер получает ресурсы (но не доступ к своей аппаратуре)
• Поиск аппаратуры: драйвер получает от ядра или находит сам свои аппаратные ресурсы
• Активация — драйвер начинает работу
• Появление/пропадание устройств, если это уместно. См. тот же USB.
• Засыпание/просыпание аппаратуры, если это уместно. В контроллерах часто неиспользуемая аппаратура выключается для экономии.
• Деактивация драйвера — обслуживание запросов прекращается
• Выгрузка драйвера — освобождаются все ресурсы ядра, драйвер не существует.

(Вообще я написал в прошлом году черновик открытой спецификации интерфейса драйвера — см. репозиторий и документ.)

Мне известны три модели построения драйвера:

• Поллинг
• Прерывания
• Нити (threads)

Intel начинает поставки двухчиповой платформы для разработки, состоящей из процессора Xeon E5-2600 v4 (Broadwell) и FPGA Altera Arria 10 — такую информацию озвучила вице-президент Intel Diane Bryant в своей речи на конференции IDF 2016 в Китае. Предполагается, что с помощью подобного гибрида удастся получить 70% прирост производительности при том же энергопотреблении и частоте. Плоды сотрудничества Intel и Altera, которое продолжается далеко не первый год, мы уже видели в лице прототипа платформы 5G — там скрещивались FPGA и Intel Core. И вот теперь — новый дуэт. В планах на будущее — полная интеграция обоих компонентов на одном кристалле. Первыми потребителями гибрида станут крупнейшие облачные сервисы и дата-центры. По прогнозам Intel, к 2020 году до 30% серверов в дата-центрах будут иметь процессоры с FPGA.

Тут уместно упомянуть, что в прошлом году стартовал совместный проект компаний Intel и eASIC по созданию платформы Xeon + ASIC для кастомизации процессоров под конкретные предварительно оговоренные нагрузки. Воистину, больше Xeon'ов, хороших и разных!

Под катом — немного информации о FPGA Altera Arria 10.

В процессе работы над ОС Фантом, которая вообще не Юникс никаким местом, мне, тем не менее, захотелось сделать в нём Unix-compatible подсистему. Не то, чтобы прямо POSIX, но что-то достаточно близкое. Отчасти из любопытства, отчасти для удобства, отчасти как ещё один migration path. (Ну и вообще было интересно, насколько трудно написать простенький Юникс «из головы».) В качестве цели номер 1 была поставлена задача запустить quake 1 for Unix, которая и была достигнута.

В процессе, естественно, появились open/close/r/w/ioctl, и появилось ощущение, что последний неприлично, постыдно устарел. В качестве упражнения для размятия мозга я реализовал (в дополнение к обычному ioctl) некоторый альтернативный API, который бы позволил управлять свойствами устройств более гибким и удобным с точки зрения пользователя способом. Этот API, конечно, имеет свои очевидны минусы, и, в целом, эта статья — RFC, aka request For Comments.

Итак, API на уровне пользователя:

// returns name of property with sequential number nProperty, or error
errno_t listproperties( int fd, int nProperty, char *buf, int buflen );

errno_t getproperty( int fd, const char *pName, char *buf, int buflen );
errno_t setproperty( int fd, const char *pName, const char *pValue );

Правила:

1. Никаких дефайнов с номерами, только имена.
2. Никаких бинарных данных, только строки

Интернет вещей может быть очень разнообразным. В прошлой статье я рассказал о системе, которая, на первый взгляд, не вяжется с этим понятием: множество датчиков, объединенных проводным сетями с локальным сервером без использования интернета. Но, если вникнуть глубже, она соответствует всем критериям и служит отличным примером разнообразия интернета вещей. Сейчас я расскажу о совершенно противоположной системе. Это сеть устройств с батарейный питанием и связью через сотовые сети.

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.