Programmation Arduino
Préambule
Vous devez utiliser la version d'arduino qui se trouve :
> /opt/arduino-1.6.8/arduino
Les documents nécessaires se trouvent :
Objectif
Le but de cette séance est de faire de la programmation sur Arduino en utilisant 3 entrées-sorties :
- La LED présente sur le module.
- L'écran OLED
- Le port série qui relie le module et le PC.
Nous voulons aussi expérimenter la programmation "multi-tâches". Les guillemets expriment le fait qu'il s'agit plus d'une structure du programme que d'une vraie programmation multi-tâches dans la mesure où il n'y a pas de système d'exploitation. Toutefois, les "tâches" seront programmées de sorte à être indépendantes de leur contexte d'utilisation et elles seront "ordonnancées" par la fonction loop().
Exécution multi-tâches
Nous allons donc voir comment il est possible de programmer des applications multi-tâches coopératives dans l'environnement Arduino sans pour autant disposee des services d'un OS. Le code a été volontairement simplifié à l'extrême afin de bien comprendre le principe. ICI, toute l'application sera dans un seul fichier et nous n'allons pas utiliser la programmation objet pour ne pas complexifier (mais nous le ferons plus tard).
Chaque tâche est représentée par une fonction qui code son comportement. Dans l'environnement Arduino, la fonction loop() s'exécute en boucle, c'est elle qui va séquencer l'exécution des tâches. La fonction loop() demande donc l'exécution des tâches à tour de rôle. Les tâches n'ont pas le droit de conserver le processeur sinon cela crée un blocage du système. La structure générale d'une tâche est la suivante :
void Tache(arguments) { // test de la condition d'exécution if (evement_attendu_absent) return; // code de la tache .... }
Pour les tâches périodiques, nous pouvons écrire une fonction qui exploite un timer interne du processeur qui s'incrémente chaque microseconde. Cette fonction nommée waitFor(int timer, unsigned long period) prend deux paramètres timer et period. Le premier un numéro de timer (il en faudra autant que de tâches périodiques). Le second est une période en microsecondes.
wairFor() peut être appelée aussi souvent que nécessaire, elle rend 1 une seule fois par période (second paramètre).
Si elle n'est pas appelée pendant longtemps alors elle rend le nombre de périodes qui se sont écoulées.
Dans l'application suivante nous avons deux tâches périodiques Led() et Mess().
La première fait clignoter une led dont le numéro est passé en paramètre à 5Hz.
La seconde affiche bonjour à une fois par seconde.
// -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- // Multi-tâches cooperatives : solution basique // -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- // -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- // unsigned int waitFor(timer, period) // Timer pour taches périodiques // configuration : // - MAX_WAIT_FOR_TIMER : nombre maximum de timers utilisés // arguments : // - timer : numéro de timer entre 0 et MAX_WAIT_FOR_TIMER-1 // - period : période souhaitée // retour : // - nombre de période écoulée depuis le dernier appel // -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- #define MAX_WAIT_FOR_TIMER 2 unsigned int waitFor(int timer, unsigned long period){ static unsigned long waitForTimer[MAX_WAIT_FOR_TIMER]; unsigned long newTime = micros() / period; // numéro de la période modulo 2^32 int delta = newTime - waitForTimer[timer]; // delta entre la période courante et celle enregistrée if ( delta < 0 ) delta += 1 + (0xFFFFFFFF / period); // en cas de dépassement du nombre de périodes possibles sur 2^32 if ( delta ) waitForTimer[timer] = newTime; // enregistrement du nouveau numéro de période return delta; } void Led(int timer, long period, byte led) { static byte val = 0; // valeur à mettre sur la led if (!waitFor(timer,period)) return; // sort s'il y a moins d'une période écoulée digitalWrite(led,val); // ecriture val = 1 - val; // changement d'état } void Mess(int timer, long period, const char * mess) { if (!(waitFor(timer,period))) return; // sort s'il y a moins d'une période écoulée Serial.println(mess); // affichage du message } void setup() { pinMode(13,OUTPUT); // initialisation de la direction de la broche Serial.begin(115200); // initialisation du débit de la liaison série } void loop() { Led (0,100000,13); // Led est exécutée toutes les 100ms Mess(1,1000000,"bonjour"); // Mess est exécutée toutes les secondes }
Utilisation de l'écran
Nous allons utiliser un écran OLED connecté en I2C, 128x32 ssd1306
- La bibliothèque de l'écran se trouve en tapant la requête
ssd1306 arduino
à l'adresse https://github.com/adafruit/Adafruit_SSD1306. Vous devrez prendre également la bibliothèque GFX à l'adresse https://github.com/adafruit/Adafruit-GFX-Library qui est la bibliothèque graphique. - Vous pouvez exécuter l'exemple proposé dans la bibliothèque. Cette bibliothèque fonctionne pour plusieurs types modèles. Vous allez choisir le bon exemple : 128x32 I2C.
Questions
- Que contient le tableau
waitForTimer[]` ? - Dans quel cas la fonction `waitFor() peut rendre 2 ?
- Quel est le numéro de l'abonné I2C de l'écran ?
- Modifier le programme initial pour afficher "bonjour" sur l'Oled toutes les 2 secondes sans changer le comportement existant.
Communications inter-tâches
Lorsqu'on écrit un programme multi-tâches, il est intéressant de les faire communiquer. Pour ce faire, nous allons simplement créer variables globales et les donner en arguments aux taches communicantes.
Supposons que nous voulions que la tâche T1 envoie un message à la tâche T2. Nous allons utiliser une boite à lettre. Le code suivant explique le principe qui est basé sur une variable d'état à 2 valeur indiquant l'état de la boite. La boite peut être vide ou pleine. l'écrivain T1 ne peut écrire que lorsque la boite est vide. Lorsqu'elle est vide, il y écrit et il change l'état. Inversement, le lecteur attend qu'elle soit pleine. Lorsqu'elle est pleine, il la lit et change l'état.
Il s'agit d'une communication sans perte. Si T1 ne testait pas l'état de la boite, on pourrait avoir des pertes, c'est parfois nécessaire, si T2 n'a pas eu le temps d'utiliser la boite mais que T1 a une nouvelle valeur, il peut écraser la valeur présente.
struct mailbox { enum {EMPTY, FULL} state; int val; } mb0 = {.state = EMPTY}; void T1(&mb) { if (mb->state != EMPTY) return; // attend que la mailbox soit vide mb->val = 42; mb->state = FULL; } void T2(&mb) { if (mb->state != FULL) return; // attend que la mailbox soit pleine // usage de mb->val mb->state = EMPTY; }
Questions
- Vous allez reprendre le programme ci-dessus qui fait clignoter la LED et afficher un message périodique sur l'écran Oled et le transformer de sorte à modifier son comportement par des commandes envoyé par l'utilisateur depuis le clavier du PC.
- Le programme est en attente d'un commande pour contrôler l'état de la LED et le message affiché sur l'écran Oled. Les commandes pourraient être :
- A : met la lED en clignotement.
- E : éteint la LED.
- P message : change le message affiché sur l'écran.
Le langage est volontairement simple pour que l'interprétation de la commande soit simple. Commencez par les commandes de la LED
Quand cela marche ajouter la commande de message.
- Pour la tâche qui lit le clavier vous avez deux possibilités. Un tâche "normale" qui est ordonnancée par la fonction loop() ou une tâche dont l'exécution est déclenchée par l'arrivée d'un caractère. En effet, l'arrivée d'un caractère déclenche une interruption, il est possible de programmer une routine d'interruption ISR (Interrupt Service Routine). Faites une tâche "normale" et tenter de faire une tâche ISR.
