Все знают о спутниковых системах определения координат. Они также позволяют узнать скорость и текущее время. На основе таких систем строят серверы точного времени, о которых уже много раз здесь говорилось, и не только здесь. Точность этих систем растет, цена падает, короче, прогресс не стоит на месте. Совсем, казалось бы, недавно речь шла о миллисекундах, и вот уже микросекунды никого не удивляют. И недалек тот день, когда...

Честно говоря, этот день уже настал для меня. Не так давно попалась на глаза информация о том, что один из производителей для своих модулей обещает точность интервала выходного сигнала PPS порядка десятков наносекунд.

Другими словами, появился эталон секунды с очень приличной точностью. Правда, он не всегда под рукой, и часто зависит от внешних обстоятельств, но вы можете добиться благоприятных условий и получить его. И, главное, как бы скопировать себе.

На всякий случай я посмотрел, как идут дела у других производителей подобной продукции и обнаружил примерно такие же технические характеристики. “Тенденция, однако” — пронеслась мысль в моей голове, примерно, как у Штирлица. Надо было что-то делать.

Некоторое время назад автор этих строк взялся разрабатывать компактный регистратор одно-полярного аналогового сигнала в пределах 3 вольт с максимально возможной скоростью считывания и минимально возможными затратами и размерами. В список минимально возможных затрат я вписал также и свою головную боль и выбрал хорошо знакомый мне STM32F303. Это, напомню, Cortex-M4 на 72 мегагерца от известной компании, со встроенными 12 разрядными, довольно шустрыми, аналого-цифровыми преобразователями (АЦП или ADC, кому как нравится) и с CAN интерфейсом на борту.

Таких небольших регистраторов требовалось несколько десятков. А наличие у микроконтроллера корпуса о 48-ми ногах вселяло надежду на то, что получится назвать этот считыватель компактным. Интерфейс CAN, с которым у меня уже тогда были хорошие отношения, давал мне возможность объединить весь этот джаз в достаточно удобной манере.

Скорость, с которой, в конце концов, все это заработало, оказалась вполне подходящей, чтобы заявить о работоспособности выбранного подхода. Удалось добиться пол микросекундного шага дискретизации. Головной боли и ассемблера избежать не удалось, но кто об этом сейчас вспоминает?

Однако, некоторый осадок остался. Осталась мысль, что, в отношении быстродействия, выжато было не все.

И вот, совсем недавно появляется серия STM32G4 с тактовой частотой до 170 мегагерц с вариантом в маленьком корпусе, и с почти такими же шустрыми АЦП на борту в количестве пяти штук. Надо было что-то делать.

В одной из предыдущих заметок автор пытался рассуждать о том, что при программировании микроконтроллера простой переключатель задач будет полезен в ситуациях, когда использование операционной системы реального времени — это слишком много, а всеобъемлющая петля (super loop) для всех требуемых действий — это слишком мало (Сказал, прямо как граф де Ла Фер). Точнее говоря, не слишком мало, а слишком запутано.

В последующей заметке планировалось упорядочить доступ к общим для нескольких задач ресурсам с помощью очередей на основе кольцевых буферов (FIFO) и специально отведенной для этого отдельной задачи. Разбросав по разным задачам те действия, которые не связаны друг с другом, мы вправе ожидать более обозримый код. А если при этом мы получим некоторое удобство и простоту, то почему бы и не попробовать?

Очевидно, что микроконтроллер не предназначен для решения любой мыслимой задачи пользователя. Тогда, возможно, такого переключателя задач окажется вполне достаточно во многих ситуациях. Короче, небольшой эксперимент вряд ли повредит. Поэтому, чтобы не быть голословным, ваш покорный слуга решил кое-что написать и подвергнуть тестированию свои каракули.

В прошлой заметке речь шла о том, как можно, по мнению автора, запрограммировать обычные действия микроконтроллера в реальном времени, разделив их на несколько не зависящих (или почти не зависящих) друг от друга задач.

Был выбран микроконтроллер, с ядром из очень распространенного семейства ARM Cortex M. Из знакомых многим, а не только автору, вариантов с цифрами 0,3,4 и 7 был выбран M4, поскольку, оказался под рукой.

Два соображения, которые побудили стать на скользкий и шаткий путь «изобретения велосипеда», как остроумно заметили некоторые читатели, на самом деле, были простыми. Первое сводилось к тому, что нам с этими «кортексами» еще жить да жить. И второе — попытаться сделать не что-то универсальное (стяжав славу и богатство), а сделать нечто более узко направленное, надеясь добиться эффективности и простоты. Те, кто иногда делают что-то руками, без труда вспомнят, что, как правило, специально подобранная отвертка подходит лучше той, что взята из блестящего универсального набора.

Этот вопрос мне пришлось задать себе лет десять назад или больше. Работа, которую надо было сделать, заключалась в дарении второй жизни диспетчерскому щиту. Это такая штука во всю стену, состоящая из лампочек и выключателей с переключателями. Думаю, не ошибусь, предположив, что щиты стали делать с тех пор, как появились лампочки, поскольку выключатели к тому времени, наверняка, уже были известны. А тяга к прекрасному, вообще, пришла к людям из далекой древности.

Сейчас многие предпочтут щитам дисплейные панели. Но будут ли любители дисплеев в большинстве, зависит от многого, нам неведомого. Но сейчас речь не об этом.

Каждый, кто может в течение пяти минут поддерживать разговор об электропроводке, сразу скажет мне, что щит состоит из плоских панелей, на которых размещены выключатели и лампочки, а также из ящика со множеством проводов. Ведь лампочка без проводов только для того и годится, чтобы ее или тупо разбить или, если подойти творчески и включить воображение, разместить у самого пытливого во рту и довольно быстро узнать, где находится травмпункт.

Немного о многозадачности

Каждый, кто день за днем или от случая к случаю, занимается программированием микроконтроллеров, рано или поздно столкнется с вопросом: а не использовать ли многозадачную операционную систему? Их в сети предлагается довольно много, при этом немало – бесплатных (или почти бесплатных). Только выбирай.

Подобные сомнения появляются, когда попадается проект, в котором микроконтроллер должен одновременно выполнять несколько различных действий. Некоторые из них не связаны с другими, а остальные, наоборот, не могут друг без друга. К тому же, и тех и других может оказаться слишком много. Что такое “слишком много” зависит от того, кто будет оценивать или от того, кто будет выполнять разработку. Хорошо, если это один и тот же человек.

Это, скорее, не вопрос количества, а вопрос качественного различия задач по отношению к скорости выполнения, или еще каким-то требованиям. Такие мысли могут возникнуть, например, когда в проекте требуется регулярно отслеживать напряжение питания (не пропало ли?), довольно часто считывать и сохранять значения входных величин (покоя не дают), изредка следить за температурой и управлять вентилятором (дышать нечем), сверять свои часы с тем, кому доверяешь (вам хорошо там командовать), поддерживать связь с оператором (стараться не нервировать его), проверять контрольную сумму постоянной памяти программ на предмет деменции (при включении, или раз в неделю, или с утра).