El presente es un trabajo práctico de laboratorio cuyo objetivo es el de desarrollar un programa para un sistema operativo de tiempo real (FreeRTOS) que implemente distintas tareas involucradas en la simulación de un sensor de temperatura, el gráfico de los valores simulados y la colección de estadísticas de ejecución de las mismas.
Para comenzar, se debe clonar el repositorio. Una vez hecho, podemos compilar todo el proyecto aprovechando el archivo makefile, simplemente corriendo el comando make dentro de la carpeta so2-tp7/FreeRTOSv202212.00/FreeRTOS/Demo/CORTEX_LM3S811_GCC/. Esto compilará el programa y creará los archivos necesarios para la ejecución.
Se desarrollaron las siguientes tareas:
- Simulación de un sensor de temperatura
- Cálculo del promedio de la temperatura mediante un filtro de ventana deslizante
- Gráfico en el tiempo de los valores promediados
- Recopilación de estadísticas de ejecución de las tareas mostrándolas por puerto serie
Además, se debe permitir el ingreso del tamaño de ventana utilizado para el cálculo del promedio via UART.
A continuación se detallará el desarrollo de cada tarea.
Esta primera tarea genera valores aleatorios en base a una semilla, y con ello modifica el valor de temperatura actual.
Para generar valores aleatorios se implementó un algoritmo PRNG definido por POSIX. El mismo está citado en la sección de referencias. Con esta función se obtienen valores pseudo-aleatorios y el criterio de modificación de la temperatura fue:
- Si el número obtenido es divisible por 2, se incrementa la temperatura
- Caso contrario, se decrementa la temperatura
Se trabajó con un rango limitado de 15°C a 30°C.
Para almacenar los valores generados, se creó una cola llamada colaSensor.
Un requisito fue que esta tarea se ejecute con una frecuencia de 10Hz. Para esto, se definió un delay mainCHECK_DELAY haciendo uso de portTICK_PERIOD_MS para pasar el equivalente en milisegundos a delay en ticks. De esta manera, nos queda el delay definido de la forma:
#define mainCHECK_DELAY ((TickType_t) 100 / portTICK_PERIOD_MS)
Finalmente, haciendo uso del ejemplo de la documentación de FreeRTOS para ejecutar tareas cada cierto tiempo, se hizo uso de la función vTaskDelayUntil.
La diferencia principal entre vTaskDelay y vTaskDelayUntil es que en la primera se indica cuánto tiempo debe pasar desde haber llamado a vTaskDelay para "despertar" a la tarea (delay relativo); por otro lado, en la segunda se indica de manera absoluta el delay para "despertar" a la tarea desde la última vez que la tarea se "despertó".
Esta tarea toma los valores generados por la tarea anterior guardados en la cola colaSensor y los almacena en un arreglo circular. Luego, en base al tamaño de la ventana que se esté usando, que puede variar si se ingresa un valor de 2 a 9 por UART, efectúa el cálculo del promedio. El tamaño de la ventana por defecto comienza en 10.
Cada valor promedio generado se almacena en una cola llamada colaPromedio que es usada más adelante.
Para la tarea que traza el gráfico de los promedios de las mediciones en el tiempo, se hizo uso de la función OSRAMImageDraw, que recibe un arreglo de caracteres en formato ASCII y los grafica en el display.
La disposición del display es de 16 filas por 96 columnas, dividido en dos renglones de 8x96.
Primero se dibujan los ejes, luego, se grafica en el eje X las mediciones almacenadas del arreglo circular junto con el valor numérico del promedio que se está graficando. Para esto, se hizo un mapeo de cada temperatura del rango establecido con los píxeles a pintar en la gráfica representados como números binaros de 8 bits y se obtuvieron sus caracteres equivalentes en formato ASCII mediante el siguiente conversor online.
Para esta tarea, al no poder utilizar varias de las funciones de librerías estándares (por ejemplo, funciones como utoa), se optó por tomar la implementación de la función vTaskGetRunTimeStats y adaptarla para utilizar funciones equivalentes que no estén en esas librerías.
Estas estadísticas se recopilan en una estructura que almacena datos útiles sobre las tareas, como el porcentaje de CPU utilizado y la cantidad de stack libre que le queda. Estas estadísticas son enviadas por serial0.
La recepción de datos por UART0 se hizo mediante interrupciones. Se habilitó el handler vUART_ISR en el vector de interrupciones y se lo implementó en main.c.
Para ejecutar el programa, se utiliza QEMU como herramienta de emulación de hardware mediante el comando:
qemu-system-arm -machine lm3s811evb -kernel gcc/RTOSDemo.axf
En caso de querer debuggear, se deben agregar las flags -s y -S al comando anterior para habilitar la depuración y agregar un breakpoint al comienzo del programa. Luego, con GDB multiarch podemos abrir una nueva terminal dentro de la carpeta del proyecto y correr el comando:
gdb-multiarch gcc/RTOSDemo.axf
Finalmente, para terminar de linkear GDB con el programa y poder debuggear, debemos ingresar el comando:
target remote localhost:1234
Gráfico del promedio en el tiempo con una ventana de 10 muestras
Gráfico del promedio en el tiempo con una ventana de 2 muestras
Recopilación de estadísticas de ejecución de las tareas