Damean Alexandra IoT 2 [PDF]

Zitiervorschau

Ministère de l'éducation, de la culture et de la recherche de la République de Moldova Université technique de Moldavie Faculté d’Ordinateur, Informatique et Microélectronique Filière francophone “Informatique”

IoT

Travail pratique nr.2 Thème: Sisteme de Operare

Effectué par l’étudiant(e) de gr FI-181 : Vérifié par le professeur :

Damean Alexandra Bîrnaz Adrian

Chișinau 2021

Scopul lucrării și sarcinile propuse : Realizarea unei aplicații pentru MCU care va rula minim 3 task-uri in doua versiuni Secvential si cu FreeRTOS Aplicația va rula minim 3 task-uri printre care :    

Button Led - Schimbare stare LED la detecția unei apăsări pe buton. un al doilea Led Intermitent în faza în care LED-ul de la primul Task e stins Incrementare/decrementare valoare a unei variabile la apăsarea a doua butoane care va reprezenta numărul de recurențe/timp în care ledul de la al doilea task se va afla într-o stare Task-ul de Idle se va utiliza pentru afișarea stărilor din program, cum ar fi, afișare stare LED, și afișare mesaj la detecția apăsării butoanelor, o implementare fiind ca la apăsarea butonului sa se seteze o variabila, iar la afișare mesaj - resetare, implementând mecanismul provider/consumer.

Teorie : FreeRTOS este un sistem de operare open source, în timp real, pentru microcontrolere, care face ca dispozitivele de dimensiuni mici, cu consum redus, să fie ușor de programat, implementat, securizat, conectat și administrat. Distribuit gratuit sub licența open source MIT, FreeRTOS include un nucleu și un set tot mai mare de biblioteci software adecvate pentru utilizare în sectoare și aplicații industriale. Aceasta include conectarea în siguranță a dispozitivelor dvs. mici, cu consum redus de energie, la serviciile AWS Cloud precum AWS IoT Core sau la dispozitive Edge mai puternice care rulează AWS IoT Greengrass . FreeRTOS este construit cu accent pe fiabilitate și ușurință în utilizare și oferă predictibilitatea lansărilor de asistență pe termen lung. Un microcontroler conține un procesor simplu, limitat de resurse, care poate fi găsit pe multe dispozitive, inclusiv aparate, senzori, trackere de fitness, automatizare industrială și automobile. Multe dintre aceste dispozitive mici pot beneficia de conectarea la cloud sau local la alte dispozitive, dar au o putere de calcul și o capacitate de memorie limitate și îndeplinesc de obicei sarcini simple și funcționale.

Microcontrolerele rulează frecvent sisteme de operare care pot să nu aibă funcționalitate încorporată pentru a se conecta la rețelele locale sau la cloud, ceea ce face ca aplicațiile IoT să fie o provocare. FreeRTOS vă ajută să rezolvați această problemă oferind nucleului să ruleze dispozitive cu consum redus de energie, precum și biblioteci software care facilitează conectarea în siguranță la cloud sau la alte dispozitive marginale, astfel încât să puteți colecta date de la acestea pentru aplicații IoT și să luați măsuri. FreeRTOS include suport pentru Transport Layer Security (TLS v1.2) și PKCS # 11 pentru a vă ajuta dispozitivele să se conecteze în siguranță la AWS. De asemenea, puteți programa cu ușurință capabilitățile obișnuite IoT pe dispozitivul dvs., inclusiv biblioteci de software care vă ajută să configurați dispozitivele într-o rețea locală utilizând opțiuni de conectivitate comune, cum ar fi Wi-Fi sau Ethernet, sau să vă conectați la un dispozitiv mobil utilizând Bluetooth Low Energy. FreeRTOS include, de asemenea, o bibliotecă de actualizare over-the-air (OTA) pentru a actualiza de la distanță dispozitivele cu îmbunătățiri ale caracteristicilor sau patch-uri de securitate și o caracteristică de semnare a codului pentru a vă asigura că codul dispozitivului dvs. nu este compromis în timpul implementării și actualizărilor OTA.

FreeRTOS oferă tot ce aveți nevoie pentru a programa cu ușurință dispozitive conectate bazate pe microcontroler și a colecta date de la acestea pentru aplicații IoT. Puteți începe alegând un microcontroler calificat FreeRTOS din catalogul de dispozitive partener AWS . Apoi, puteți utiliza consola AWS sau GitHub pentru a selecta și descărca biblioteci relevante FreeRTOS sau integrări de referință IoT pre-validate. Accesați pagina noastră de începere pentru a afla mai multe despre toate opțiunile.

Puteți conecta în siguranță dispozitivele FreeRTOS la servicii cloud precum AWS IoT Core, la un dispozitiv local de margine sau la un dispozitiv mobil prin Bluetooth Low Energy și le puteți actualiza de la distanță utilizând funcția de actualizare OTA disponibilă cu AWS IoT Device Management. O integrare cu AWS IoT Device Defender facilitează raportarea cu privire la valorile

de pe partea dispozitivului pentru a detecta anomaliile atunci când aceste valori se abat de la comportamentul așteptat. Source Code FreeRTOS: #include #include #include #include #const int tumblerButtonPin 2 #const int plusButtonPin 6 #const int minusButtonPin 7 SemaphoreHandle_t xSerialSemaphore; bool tumbler = true; const int ledPin = 13; const int togglingLedPin = 12; unsigned long relativeTime; int togglingDelay = 500; static FILE uartout = {0} ; static int my_putChar( char ch, FILE * stream) { Serial.write( ch ); return 0; } void toggleLed(int delay) { if (millis() >= relativeTime && !tumbler) { digitalWrite(togglingLedPin, !digitalRead(togglingLedPin)); relativeTime = millis() + delay; } } void TaskTumblerButtonHandler(void *pvParameters); void TaskPlusButtonHandler(void *pvParameters); void TaskMinusButtonHandler(void *pvParameters); void TaskTogglingProcess(void *pvParameters); void setup() { fdev_setup_stream (&uartout, my_putChar, NULL, _FDEV_SETUP_RW); pinMode(tumblerButtonPin, INPUT); pinMode(plusButtonPin, INPUT); pinMode(minusButtonPin, INPUT); pinMode(ledPin, OUTPUT); pinMode(togglingLedPin, OUTPUT); Serial.begin(9600);

relativeTime = millis(); stdout = &uartout ; printf("Start"); while (!Serial) { if (xSerialSemaphore == NULL) { xSerialSemaphore = xSemaphoreCreateMutex(); if ((xSerialSemaphore) != NULL) xSemaphoreGive((xSerialSemaphore)); } } xTaskCreate( TaskTumblerButtonHandler, "TaskTumblerButtonHandler", 128, NULL, 2, NULL); xTaskCreate( TaskPlusButtonHandler, "TaskPlusButtonHandler", 128, NULL, 2, NULL); xTaskCreate( TaskMinusButtonHandler, "TaskMinusButtonHandler", 128, NULL, 2, NULL); xTaskCreate( TaskTogglingProcess, "TaskTogglingProcess", 128, NULL, 2, NULL); } void loop() { } void TaskTumblerButtonHandler(void *pvParameters __attribute__((unused))) { int buttonState = 0; int lastButtonState = 0; int counter = 0; while (1) { buttonState = digitalRead(tumblerButtonPin); if (buttonState != lastButtonState) { counter++; if (counter % 2 == 0) { tumbler = !tumbler; if (xSemaphoreTake(xSerialSemaphore, (TickType_t) 5) == pdTRUE) { printf("on"); xSemaphoreGive(xSerialSemaphore); } if (counter >= 100000000) { counter = 0; } } else { if (xSemaphoreTake(xSerialSemaphore, (TickType_t) 5) == pdTRUE) { printf("off"); xSemaphoreGive(xSerialSemaphore); } } vTaskDelay(4); } lastButtonState = buttonState; vTaskDelay(1); } } void TaskPlusButtonHandler(void *pvParameters __attribute__((unused))) {

int plusButtonState = 0; int lastPlusButtonState = 0; int plusCounter = 0; while (1) { plusButtonState = digitalRead(plusButtonPin); if (plusButtonState != lastPlusButtonState) { // was pressed plusCounter++; if (plusCounter % 2 == 0) { togglingDelay += 100; if (xSemaphoreTake(xSerialSemaphore, (TickType_t) 5) == pdTRUE) { printf("Plus button pressed \n"); printf("%d \n", togglingDelay); xSemaphoreGive(xSerialSemaphore); } if (plusCounter >= 100000000) { plusCounter = 0; } } vTaskDelay(4); } lastPlusButtonState = plusButtonState; vTaskDelay(1); } } void MinusButtonHandler(void *pvParameters __attribute__((unused))) { int minusButtonState = 0; int lastMinusButtonState = 0; int minusCounter = 0; while (1) { minusButtonState = digitalRead(minusButtonPin); if (minusButtonState != lastMinusButtonState) { // was pressed minusCounter++; if (minusCounter % 2 == 0) { if (togglingDelay > 0) { togglingDelay -= 100; } if (xSemaphoreTake(xSerialSemaphore, (TickType_t) 5) == pdTRUE) { printf("Minus button pressed \n"); printf("%d \n", togglingDelay); xSemaphoreGive(xSerialSemaphore); } if (minusCounter >= 100000000) { minusCounter = 0; } } vTaskDelay(4); } lastMinusButtonState = minusButtonState; vTaskDelay(1); } } void TogglingProcess(void *pvParameters) {

while (1) { if (tumbler) { digitalWrite(ledPin, HIGH); digitalWrite(togglingLedPin, LOW); } else { digitalWrite(ledPin, LOW); } toggleLed(togglingDelay); vTaskDelay(1); } }

timer.h #include #include #define tumblerButtonPin 2 #define plusButtonPin 6 #define minusButtonPin 7 // sudo chmod a+rw /dev/ttyACM0 // on off button int buttonState = 0; int lastButtonState = 0; int counter = 0; bool tumbler = true; // frequency buttons // plus int plusButtonState = 0; int lastPlusButtonState = 0; int plusCounter = 0; // minus int minusButtonState = 0; int lastMinusButtonState = 0; int minusCounter = 0; // simple led const int ledPin = 13; // toggling led const int togglingLedPin = 12; unsigned long relativeTime; int togglingDelay = 500; //int buttonPushCounter = 0; void toggleLed(int delay) { if (millis() >= relativeTime && !tumbler) {

digitalWrite(togglingLedPin, !digitalRead(togglingLedPin)); relativeTime = millis() + delay; } } void setup() { pinMode(tumblerButtonPin, INPUT); pinMode(plusButtonPin, INPUT); pinMode(minusButtonPin, INPUT); pinMode(ledPin, OUTPUT); pinMode(togglingLedPin, OUTPUT); Serial.begin(9600); relativeTime = millis(); Serial.println("Start"); } void loop() { // on off button buttonState = digitalRead(tumblerButtonPin); if (buttonState != lastButtonState) { counter ++; if (counter % 2 == 0) { tumbler = !tumbler; Serial.println("on"); if (counter >= 100000000) { counter = 0; } } else { Serial.println("off"); } delay(50); } lastButtonState = buttonState; // plus button plusButtonState = digitalRead(plusButtonPin); if (plusButtonState != lastPlusButtonState) { // was pressed plusCounter++; if (plusCounter % 2 == 0) { togglingDelay += 100; Serial.println("Plus button pressed"); Serial.print(togglingDelay); Serial.print("\n"); if (plusCounter >= 100000000) { plusCounter = 0; } } delay(50); } lastPlusButtonState = plusButtonState; // minus button minusButtonState = digitalRead(minusButtonPin); if (minusButtonState != lastMinusButtonState) { // was pressed

minusCounter++; if (minusCounter%2 ==0) { if (togglingDelay > 0) { togglingDelay -= 100; } Serial.println("Minus button pressed"); Serial.print(togglingDelay); Serial.print("\n"); if (minusCounter >= 100000000) { minusCounter = 0; } } delay(50); } lastMinusButtonState = minusButtonState; if (tumbler) { digitalWrite(ledPin, HIGH); digitalWrite(togglingLedPin, LOW); } else { digitalWrite(ledPin, LOW); } toggleLed(togglingDelay);

} Result:

Video: https://youtu.be/Cu7JI5pQx24

Concluzie : În această lucrare de laborator am lucrat cu Sistemul de operare FreeTos, care este destinat pentru programarea micropocesoarelor. Am studiat si folosit task-urile. Am realizat 3 task-rui care presupuneau, schimabrea ledului, incrementarea si decrementarea valorii unui led la apasarea butonului.

Bibliografie : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Freertos.svg https://www.freertos.org/RTOS-RISC-V-FreedomStudio-QMEU.html https://jaywang.info/using-native-freertos-in-stm32-microcontrollers/