concept freertos

FreeRTOS

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Lez Concept15 chemin neuf

34 980 Montferrier

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04 67 59 92 53

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FreeRTOS

• Free Libre « Gratuit »

• RT Real Time Temps réel

• OS Operating System System Exploitation

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FreeRTOS• Définition (http://www.freertos.org) :

« FreeRTOS is a portable, open source, royalty free,mini Real Time Kernel ‐ a free to download and free to

deploy RTOS that can be used in commercialapplications without any requirement to expose your

proprietary source code. »

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FreeRTOS• Obligations (licence GPL modifiée) :

• Indiquer que le produit utilise FreeRTOS(un lien vers www.freertos.org est suffisant)

• Indiquer la version de FreeRTOS• Proposer de fournir le code source de FreeRTOS aux utilisateurs de son application

• Les changements dans le noyau sont open source• L'application doit être une vraie application « métier ».

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Principalesfonctionnalités• Temps réel : préemption, coopération• Petit (noyau 4Ko à 9Ko)• Facile à utiliser (globalement écrit en C)• Nombre « illimité » de tâches et de niveau de priorité• Gestion flexible des priorités• Communication entre tâches ou entre interruptions et tâches :

• Queues (échange de donnée)• Sémaphores (synchronisation)• Mutexes (sémaphore avec héritage de priorité, partage de ressources)

• Software timer• Détection de dépassement de la pile• Fonction Idle (priorité la plus basse)• Trace

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Cequiestlivré(free)• Le noyau complet sans librairie de I/O• Certaines fonctionnalités spécifique

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Cequin’estpaslivré(free)

• Aucun driver spécifique• Usart• I2C• SPI• Bus CAN• CAN• Flash…

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Cequiexiste(payant)• Des librairies d’I/O• Des versions non free du noyaux (pas de licence GPL)• Des versions « durcis » et certifié du noyaux• Des livres,• De la formations…..

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Dimensionnement• FreeRTOS est conçu pour des microcontrôleurs pas pour des gros systèmes :• Aucun interface graphique prévu• Petit noyaux (quelques kilo octets)• Pas de gestion de I/O disque (ATA,SCSI,SATA…)• Pas de gestion des formatages (FAT, FS…)• …

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Plateformeopérationnelles• Altera• Atmel• Cortus• Cypress• Energy Micro• Freescale• Fujitsu• Infineon• Luminary Micro• Microchip

• NEC• Microsemi (formally Actel)• NXP• Renesas• Silicon Labs• ST Microelectronics• Texas Instruments• Xilinx• x86 (real mode)

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ARM• Architecture d’unité centrale• Une constante évolution depuis 1987• En 32 bits depuis 1987• Bientôt des versions 64 bits

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2famillesd’architectures• Version microcontrôleur• Préfixe M (M0 à M4)• I2C• SPI• ADC• …

• Version microprocesseur• Préfixe…A15Mp• MMU• FPU• GPU• …

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STM32Mxxx• Chez ST on trouve :

• Des versions M0 à M4 référencées STM32F0xx à STM32F4xx• Les M0 à 48Mhz à M4 @ 180Mhz• De 32Ko à 1Mo de Flash• De 4Ko à 256k de RAM• De TSSOP 20 pins (M0) à BGA 176 (M4)• De 18 I/O (M0) à 168 I/O (M4)• …

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Outilsdedéveloppement

ARM• Eclipse• OpenOCD• GNU debugger

• GCC• Compilateur

• C• ASM• C++

• Link

• Make• Lib• jtag

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Générationdecode

Solution Libre• GCC

• Mentorhttp://www.mentor.com/embedded‐software/sourcery‐tools/sourcery‐codebench/editions/lite‐edition/

• Yagartoohttp://www.yagarto.org/

• …

• Solution payante• IAR• KEIL• ….

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Debug• Eclipse

• Environnement de développement• Super console• Gestion multi‐projet

• OpenOCD• Open On Chip Debugger• Plugin Eclipse

• GNU debugger• Code sur la cible de gestion de debug

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JTAG• Le JTAG pour Joint Test Action Group est le nom de la norme IEEE 1149.1 intitulé « Standard Test Access Port and Boundary‐Scan Architecture ». Le JTAG a été normalisé en 1990.

• Connectique standard:• ICE 20 point (2x10) au pas de 2,54• Micro 10 point (2x5) au pas de 1,27• Custom possible

• Config minimum• GND• NRST• SWDIO• SWCLK

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SondeJTAG• Le standard de l’industrie : FTDI2232C

• 1 Port Jtag• 1 Port série

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SondeJTAG• Version propriétaire STM

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Carteeval

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Connectiques

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Libraires• Chez ST (st.com)

• STM32FxxxStandard periph.lib• Drivers• CMSI• Exemples• …

• Drivers et couches d’abstraction matériel

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Principedumultitâche

• (1) La tâche 1 est en cours d'exécution.• (2) Le noyau suspend la tâche 1 ...• ... et réactive (3) la tâche 2.• Pendant son exécution (4), la tâche 2 se réserve un périphérique pour son accès exclusif.• (5) Le noyau suspend la tâche 2 ...• ... et réactive (6) la tâche 3.• La tâche 3 essaie d'accéder au même périphérique. Elle voit qu'il est déjà réservé. Elle ne peut pas

continuer et se• suspend (7).• (8) le noyau réactive la tâche 1.• Etc• Le tick OS d'après la tâche 2 est en cours d'exécution (9). Elle termine son utilisation du

périphérique et le• débloque.• Le tick OS d'après la tâche 3 est en cours d'exécution (10). Elle voit que le périphérique peut être

accédé et l'utilise• avant d'être suspendue par le noyau.

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FreeRTOS• Lancement du noyau

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Lancementdunoyauint main(void){vTaskStartScheduler();

return 0;}

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FreeRTOS• Lancement du noyau

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Lancementdetacheint main(void){PPMOutputs_init();

xTaskCreate(LEDTask,(signed char *)"LED", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL,tskIDLE_PRIORITY,NULL);

vTaskStartScheduler();

return 0;}

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Lancementdetache• http://www.freertos.org/a00125.html

portBASE_TYPE xTaskCreate(pdTASK_CODE pvTaskCode,const portCHAR * const pcName,unsigned portSHORT usStackDepth,void *pvParameters,unsigned portBASE_TYPE uxPriority,xTaskHandle *pvCreatedTask );

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Lancementdetache• pvTaskCode

Pointer to the task entry function. Tasks must be implemented to never return (i.e. continuous loop).• pcName

A descriptive name for the task. This is mainly used to facilitate debugging. Max length defined by configMAX_TASK_NAME_LEN.• usStackDepth

The size of the task stack specified as the number of variables the stack can hold ‐not the number of bytes. For example, if the stack is 16 bits wide and usStackDepth is defined as 100, 200 bytes will be allocated for stack storage. The stack depth multiplied by the stack width must not exceed the maximum value that can be contained in a variable of type size_t.• pvParameters

Pointer that will be used as the parameter for the task being created.• uxPriority

The priority at which the task should run. Systems that include MPU support can optionally create tasks in a privileged (system) mode by setting bit portPRIVILEGE_BIT of the priority parameter. For example, to create a privileged task at priority 2 the uxPriorityparameter should be set to ( 2 | portPRIVILEGE_BIT ).• pvCreatedTask

Used to pass back a handle by which the created task can be referenced.

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FreeRTOS• Lancement du noyau• Lancement de tache

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Tuerunetache• vTaskDelete

• task. h • void vTaskDelete( xTaskHandle xTask );

xTask The handle of the task to be deleted. Passing NULL will cause the calling task to be deleted.

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Tuerunetachevoid vOtherFunction( void ){xTaskHandle xHandle;

// Create the task, storing the handle. xTaskCreate( vTaskCode, "NAME", STACK_SIZE, NULL, tskIDLE_PRIORITY, &xHandle );

// Use the handle to delete the task. vTaskDelete( xHandle );}

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Unetachevoid LEDTask(void * pvArg) {//déclaration & initialisation RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOA, ENABLE);GPIO_InitTypeDef led;uint8_t test = 1;led.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;led.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;led.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;GPIO_Init(GPIOA, &led);

while(1) {if(test) GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_4);else GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_4);test ^= 1;vTaskDelay(100); //point de retour du scheduler dans 100ms}

}

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Unetache• Cette structure en deux blocs permet:

• Un premier bloc :• Il fait office de déclaration réservation mémoire avec un compilateur standard, et sans appel système

• Il fait office d’initialisation, des variable et périphériques nécessaires • Le second bloc une boucle infinie

• C’est la partie de code utilisé à chaque appel du scheduler• vTaskDelay(xxxx) permet un retour au scheduler dans xxxx tic• Le rappel par le scheduler sera fait à la suite de cette ligne de code

• Cette simplicité de concept permet :• L’utilisation de compilateur standard• Aucune connaissance complexe de la programmation système n’est nécessaire

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FreeRTOS• Lancement du noyau• Lancement de tache• Tuer une tache

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Priorités?• Le niveau de priorité permet de définir qui a accès aux

• CPU• Ressources partagées

• Le noyau (ou kernel, ou tick OS…) à la plus haute priorité• L’idle à la priorité la plus basse, normalement zéro

• En direct de FreeRTOS.com:• Each task is assigned a priority from 0 to (configMAX_PRIORITIES ‐1 ), where configMAX_PRIORITIES is defined within FreeRTOSConfig.h and can be set on an application by application basis.

• Low priority numbers denote low priority tasks. The idle task has priority zero (tskIDLE_PRIORITY).

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Priorités?

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FreeRTOS• Lancement du noyau• Lancement de tache• Tuer une tache• Priorité?

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Lamémoire• FreeRTOS Sait gérer la mémoire

• On peut (doit) définir la taille de la pile lors du lancement d’une tache.

• Des fonctionnalités de gestion de dépassement de piles existent• Des possibilités de gestion d’allocations sont aussi implémentées

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FreeRTOS• Lancement du noyau• Lancement de tache• Tuer une tache• Priorité?• Gestion de la mémoire

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Lesinterruptions• Gestion des priorités du contrôleur matériel (NVIC)

• Possibilité de masque en direct par niveau de priorité

• Masquage de TOUTES les IT pour un cours instant • Test d’une variable interprocessus et set ou clear

• Fonctions spécifiques (xxxxFromISR) appelable d’un routine itmatériel

• Gestion de l’it timer pour le tic system

• Toute la gestion des it est TRES dépendante du chip utilisé

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FreeRTOS• Lancement du noyau• Lancement de tache• Tuer une tache• Priorité?• Gestion de la mémoire• Gestion des interruptions

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binarysemaphores• Un binary semaphore est mis à 1 par une tache• Il sera mis à 0 par une autre tache ou par le noyau

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binarysemaphores• A la création un binarysemaphore est disponible.

xSemaphoreHandle xSemaphore;void vATask( void * pvParameters ){// Semaphore cannot be used before a call to vSemaphoreCreateBinary (). // This is a macro so pass the variable in directly. vSemaphoreCreateBinary( xSemaphore );

if( xSemaphore != NULL ) { // The semaphore was created successfully. // The semaphore can now be used.}

}

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binarysemaphores• Prise d’un binarysemaphore…if( xSemaphore != NULL ) {// See if we can obtain the semaphore. If the semaphore is not available// wait 10 ticks to see if it becomes free.

if( xSemaphoreTake( xSemaphore, ( portTickType ) 10 ) == pdTRUE ){// on a obtenu xSemaphore}else{ // time overflow, xSemaphore n’est pas disponible}

}

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binarysemaphores• Libération d’un binarysemaphore…if( xSemaphoreGive( xSemaphore ) != pdTRUE )

{// nous sommes ici sans avoir à liberer xSemaphore….}

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binarysemaphores• Libération d’un binarysemaphore sous it

xSemaphoreGiveFromISR( xSemaphoreHandle xSemaphore,signed portBASE_TYPE *pxHigherPriorityTaskWoken)

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FreeRTOS• Lancement du noyau• Lancement de tache• Tuer une tache• Priorité?• Gestion de la mémoire• Gestion des interruptions• Semaphore Fr

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Mutex• Outils de partage de ressource

• Une tache a besoin d’une ressource elle tente de prendre le mutex, elle l’obtient

• Une seconde tache a besoin de la ressource, elle tente de prendre la ressource, elle ne l’obtient pas

• S’utilise comme un semaphore

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Mutex héritagedepriorité• Si la seconde tache est plus prioritaire :

• Elle reste en attente• Elle fait hériter la ressource de son niveau de priorité pour moins attendre

• La tache en attente garde son niveau de priorité initial

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MutexxSemaphoreHandle xSemaphore;void vATask( void * pvParameters )

{// Mutex semaphores cannot be used before a call to // xSemaphoreCreateMutex(). The created mutex is returned.

xSemaphore = xSemaphoreCreateMutex();if( xSemaphore != NULL )

{// The semaphore was created successfully.// The semaphore can now be used. }}

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FreeRTOS• Lancement du noyau• Lancement de tache• Tuer une tache• Priorité?• Gestion de la mémoire• Gestion des interruptions• Semaphore• Mutex

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FATSL• http://www.freertos.org/FreeRTOS‐Plus/FreeRTOS_Plus_FAT_SL/FreeRTOS_Plus_FAT_SL.shtml

• sous licence GPL V2

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Standard File System API f_initvolume() f_delvolume() f_format()f_getfreespace() f_findfirst() f_findnext()f_getserial() f_mkdir() f_chdir()f_rmdir() f_getcwd() f_open()f_close() f_flush() f_write()f_read() f_seek() f_tell()f_rewind() f_putc() f_getc()f_seteof() f_truncate() f_eof()f_delete() f_filelength()

FATfs• http://elm‐chan.org/fsw/ff/00index_e.html• 100% libre• Non spécifique FreeRTOS• Non spécifique à une plateforme matériel

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FAT

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TACHE 1 TACHE 2 TACHE 3

Gestion de la ressource

Système FAT

Gestion protocole SPI

Gestion hard SPI

Carte SD

FreeRTOS• Lancement du noyau• Lancement de tache• Tuer une tache• Priorité?• Gestion de la mémoire• Gestion des interruptions• Semaphore• Mutex• Mémoire de masse

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Ethernet

• De très (trop) nombreuses solutions

• La bonne solution dépend du projet et de l’environnement Fr

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Questions?

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