Прошло больше полугода с момента выхода фреймворка для C++ 🐙 userver в open-source. За это время мы многое узнали, на многом настрадались, а главное — получили много приятных сюрпризов.

И мы решили об этом написать. Рассказ будет полезен тем, кто ведёт или планирует вести свой open-source проект или занимается контрибьютами. Остальным будет интересно почитать про чужое набивание шишек и что вообще open-source даёт проекту.

Все программы должны быть правильными, но некоторые программы должны быть быстрыми. Если программа обрабатывает видео-фреймы или сетевые пакеты в реальном времени, производительность является ключевым фактором. Недостаточно использовать эффективные алгоритмы и структуры данных. Нужно писать такой код, который компилятор легко оптимизирует и транслирует в быстрый исполняемый код.


В этой статье мы рассмотрим базовые техники оптимизации кода, которые могут увеличить производительность вашей программы во много раз. Мы также коснёмся устройства процессора. Понимание как работает процессор необходимо для написания эффективных программ.

Приветствую хабрасообщество!

Не так давно мне в руки попала отладочная плата STM32F429I-DISCO на базе контроллера STM32F429ZI.
Пожалуй главной ее отличительно особенностью является помимо достаточно производительного процессора Cortex M4 — интегрированный экран на 2,4'' дюйма, которого вполне хватает для многих экспериментов.
Первым делом я естественно начал искать по нему документацию и примеры. Хорошая документация вместе с примерами нашлась прямо на сайта st.com, но естественно хотелось большего, туториалов и прочего. То чего так не хватает начинающему программисту под ARM. Но детальный поиск не дал каких то больших результатов. Поэтому пришлось собирать информацию по крохам, анализировать, пересматривать и тестировать ее.

И я решил как то попробовать поспособствовать популяризации данной удобной платформы.
Но данный пост не призван решить какие то всеобъемлющие проблемы, он ориентирован безусловно на начинающих и на тех, кто хотел бы попробовать, но считает, что это слишком сложно.

Тем кому это может показаться интересным, добро пожаловать под кат.

Эксперты отрасли призывают разработчиков встроенных систем (ВР) покинуть зону комфорта и приобретать новые навыки, дабы не потерять актуальность в профессии.

Если мы посмотрим на ситуацию в 1980 году, парень (а в основном контроллерами занимаются все-таки парни), который разрабатывал схему обработки смешанных сигналов, парень, который подключал МК, парень, который писал код на ассемблере и парень, который выносил прототип наружу (наверное, имеется в виду отладка -примечание переводчика), был одним и тем же человеком (я сам из таких, хотя, конечно, это началось в СССР намного позже 1980 года -пп). Все это делал в значительной степени один инженер.

По мере того, как встроенные системы становились больше и сложнее, и миллионы строк кода начали поставляться с устройством (Джек Гансли в своей статье вспоминает время, когда с IBM PC поставлялся полный исходный код BIOS — пп), наступило время деления на разработку железа, разработку прошивки и разработку ПО в рамках одного устройства.

Во многих крупных компаний до сих пор так и остается. Но, похоже, маятник качнулся обратно, так как во все больших компаниях наступает консолидация ролей и снова в моде разработчики, которые в совершенстве владеют как аппаратной частью, так и программным обеспечением, и пытаются сделать большее с меньшими затратами. Соответственно, все больший процентов инженеров говорят, что они работают как на аппаратном, так и на программном уровне, и доля универсалов превосходит долю узких специалистов. (Собственно, универсалы никуда и не пропадали, просто какое то время в индустрии царило мнение, что принцип декомпозиции и специализация является серебряной пулей и позволяет достигнуть хороших результатов командой посредственностей — пп).

Поскольку мы не желаем отстать от прогресса в области ВР, то как определить, какие навыки, которые мы можем приобрести или развить, являются наиболее актуальными сегодня?

Журнал EE Times обратился к 9 профессионалам в ВР (видимо, у них произошел сбой в адресной книге, ничем другим то, что они не обратились ко мне, я объяснить не могу — пп) и рекрутерам и попросил их рассказать, что они думают по поводу наиболее важных вещей, необходимых современному инженеру в области ВР.

Фирма АРМ продала более 200 лицензий на ядра Cortex-M, и на рынке представлены тысячи вариантов этих устройств. Хотя фирма создала ядро M7 в прошлом году, которое предлагает невероятную производительность для MCU, начальный уровень линейки ядер продолжает представлять огромный интерес для производителей. Реализация ядра M0 требует около 12000 gates (трудно сказать, идет речь о затворах либо базовых элементах, в любом случае это немного, но в первом — намного меньше — примечание переводчика), так что стоит она чуть больше, чем ничего (реализация, конечно, а не лицензия, кстати, если кто знает цены — поделитесь в комментах — пп). М0 + имеет тот же набор инструкций (как и M0-пп), но показывает лучшую производительность при низком энергопотреблении для устройств с батарейным питанием, плюс расширенные (необязательные) возможности отладки, и даже дополнительный блок защиты памяти (MMU бедняка).

Понадобилось мне реализовать дистанционное управление несколькими двигателями постоянного тока.
В магазинах доступны готовые комплекты радиоуправления для разных ездящих-летающих игрушек и «не игрушек», и появилось желание использовать именно такое управление.
Сигналы на выходе приёмника такого комплекта — это импульсы для управления сервомашинками,
и задача сводится к тому, чтобы измерить длительность имульса 0,8..2,3 мс в каждом из шести каналов, затратив как можно меньше ресурсов контроллера.
Дальше описано как реализовано измерение длительности импульсов с шести каналов, используя особенности периферии STM32 микроконтроллеров.

Надеюсь сообщество простит меня за такой заголовок, просто в последнее время все чаще и чаще сталкиваюсь с программами в которых к микроконтроллерам STM32 подключают различные дисплеи с интерфейсом SPI и очень часто передачу данных при этом делают не правильно.
Как следствие — либо код не работает совсем и тогда в него внедряют различные задержки, или пишут код таким образом что он гарантированно будет работать медленно (по сравнению с возможной скоростью). А кто то, не разобравшись просто копирует чужой «с костылями» код, и потом такие «произведения» ходят по интернету из примера в пример…
Блок SPI описанный в данной статье точно есть у контроллеров семейств: STM32F1, STM32F2, STM32F4. По другим смотрите Reference Manual.

Откуда растут такие проблемы и каким образом они решаются под катом.

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.

C утилитой для ПК и платой — программатором,
с использованием SPL,
с полноценной системой команд и проверкой CRC32,
с гарантией доставки и переотправки сбойной или потерянной команды,
с проверками ошибок, отладочными сообщениями и урезанным printf'ом.
Оптимизирован под современные USB-UART преобразователи и потоковую передачу.

Известно, что софт можно дописывать вечно, а всякого рода недочёты на плате полностью исправляются ревизии так к третьей. И если с железом уже ничего не поделаешь, то для обновления микропрограмм придумали неплохой способ обхода ограничений пространства и времени — Bootloader.

Загрузчик — это удобно и полезно, не правда ли? А если загрузчик собственной реализации, то это еще более удобно, полезно и гибко и не стабильно. Ну и конечно же, очень круто!

Так же, это прекрасная возможность углубиться и изучить особенности используемой вычислительной машины — в нашем случае микроконтроллера STM32 с ядром ARM Cortex-M3.

На самом деле, загрузчик — это проще, чем кажется на первый взгляд. В доказательство, под cut'ом соберём свой собственный USB Mass Storage Bootloader!