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Oct 9, 2019, 4:21:01 AM (6 years ago)

Author:

franck

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--

SysCom19

@@ +1 @@
+= Programmation Arduino 
+
+= Objectifs de la séance
+
+Le but de la séance est d'écrire une application multitâches Arduino utilisant plusieurs périphériques.
+
+= Préambule
+
+Les documents nécessaires se trouvent :
+- [https://github.com/adafruit/Adafruit_SSD1306 Repository API Ecran OLED]
+- [https://github.com/adafruit/Adafruit-GFX-Library Repository API Graphique]
+- [http://www.mon-club-elec.fr/pmwiki_reference_arduino/pmwiki.php?n=Main.ReferenceMaxi Langage Arduino]
+
+Lors de cette séance, nous allons programmer sur Arduino en utilisant :
+- La LED présente sur le module.
+- Le port série qui relie le module et le PC.
+- L'écran OLED
+- La photorésistance
+
+= Démarrage (rappel)
+
+Pour s'assurer que le module Arduino et la chaîne de compilation sont fonctionnels, vous pouvez  reprendre  l'exemple `blink``
+- Brancher le module Arduino avec le câble USB
+- lancer : `/opt/arduino-1.6.8/arduino &`
+- Sélectionner : `Tools -> Boards -> Arduino Duemilanov...` (même si c'est une nano)
+- Sélectionner : `Tools -> Processor -> ATmega328`
+- Sélectionner : `Tools -> Ports -> /dev/COMMx` (le numéro du port est créé à la connexion)
+- Charger le programme Blink : `File -> Exemples -> 0.1 Basics -> Blink`
+- Vous pouvez changer la fréquence en modifiant les délais
+- Cliquer sur l'icône en forme de V pour Compiler
+- Cliquer sur l'icône en forme de -> pour uploader
+- En bas de la fenêtre un message vous indique la réussite de la compilation et de l'upload.
+- La led doit clignoter sur le module
+
+= Exécution ''multi-tâches''
+
+== Tâches standards 
+
+Il est possible de programmer des applications multi-tâches coopératives dans l'environnement Arduino sans pour autant disposer des services d'un OS. Le principe a été volontairement simplifié à l'extrême. Ici, toute l'application sera dans un seul fichier et nous n'allons pas utiliser la programmation objet pour ne pas complexifier, mais pour une application plus ambitieuse, ce serait souhaitable pour une meilleure maintenance.
+
+Une application est composée de plusieurs tâches. Chaque tâche peut être répliquée en plusieurs instances et chaque tâche est exécutée à tour de rôle en temps partagé.
+* Une ''instance de tâche'' est une des copies d'une tâche
+
+Chaque tâche est représentée par 
+* une fonction `loop_Tache()` qui code son comportement qui sera appelée dans la fonction `loop()`.
+  {{{#!c
+  loop() {
+    loop_tache1(args...); 
+    loop_tache1(args...);
+    loop_tache2(args...);
+  }
+  }}}
+* une seconde fonction `setup_Tache()` qui initialise les ressources de la tâche (périphériques) et l'état interne. 
+
+Chaque tâche dispose de trois types de variables internes 
+* Variables locales temporaires :[[BR]]
+  - Les fonctions `loop_Tache` et `setup_Tache` peuvent avoir des variables locales. 
+    L'état n'est pas conservé entre deux instances d'exécution.
+* Variables d'état de tâche : [[BR]]
+  - Elles peuvent aussi avoir des variables `static`. Ces variables ont une valeur 
+    unique pour toutes les instances de tâche.
+* Variables de contexte d'exécution :
+  - Enfin chaque instance de tâche dispose d'une structure contenant son état interne 
+    qui est conservé entre deux instance d'exécution. 
+    Le contexte d'exécution représenté par une variable globale du programme sous forme d'une structure. 
+    Cette structure est passée en argument de la tâche des fonctions `setup_Tache()` et `loop_Tache`. 
+  - La structure contexte ressemble à :
+    {{{#!c
+    struct Tache_st {
+      unsigned int etat;  
+      int config;        
+    }; 
+    struct Tache_st T1, T2;  // deux contextes pour deux tâches.
+    }}}
+
+C'est la fonction `setup_Tache()`qui va devoir initialiser le contexte avec des arguments
+{{{#!c
+void setup_Tache(struct Tache_st *ctx, args...) {
+   // Initialisation du contexte}
+   ctx->etat = etat_initial;  //  reçu dans les paramètres
+   ...
+}
+}}}
+
+La fonction `loop()` demande donc l'exécution des fonctions `loop_Tache()` à tour de rôle.
+Les tâches n'ont pas le droit de conserver le processeur sinon cela crée un blocage du système.
+Cela signifie qu'il est interdit de faire des boucles d'attente d'un événement.
+`connectors` sont des pointeurs vers des variables globales utilisées pour la communications inter-tâches.
+La structure générale d'une tâche est la suivante :
+
+{{{#!c
+void loop_Tache(struct Tache_st *ctx, connectors....) {   
+   // test de la condition d'exécution, si absent on SORT
+   if (evement_attendu_absent) return;
+   // code de la tache
+   ....
+}
+}}}
+
+== Gestion des tâches standard périodiques
+
+Pour les tâches périodiques (elles sont fréquentes), 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 la valeur 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.
+Autrement dit, si dans une tâche vous écrivez `waitFor(12,100)` parce c'est le timer n°12 et que la période est de `100us` et si vous n'exécutez pas la tâche pendant `500us` alors au premier appel après ce délai de 500us `waitFor(12,100)` rendra 5.
+
+
+== Exemple
+
+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.
+
+{{{#!c
+// --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
+// 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;
+}
+
+//--------- définition de la tache Led
+
+struct Led_st {
+  int timer;                                              // numéro de timer utilisé par WaitFor
+  unsigned long period;                                   // periode de clignotement
+  int pin;                                                // numéro de la broche sur laquelle est la LED
+  int etat;                                               // etat interne de la led
+}; 
+
+void setup_Led( struct Led_st * ctx, int timer, unsigned long period, byte pin) {
+  ctx->timer = timer;
+  ctx->period = period;
+  ctx->pin = pin;
+  ctx->etat = 0;
+  pinMode(pin,OUTPUT);
+  digitalWrite(pin, ctx->etat);
+}
+
+void loop_Led(struct Led_st * ctx) {
+  if (!waitFor(ctx->timer, ctx->period)) return;          // sort s'il y a moins d'une période écoulée
+  digitalWrite(ctx->pin,ctx->etat);                       // ecriture
+  ctx->etat = 1 - ctx->etat;                              // changement d'état
+}
+
+//--------- definition de la tache Mess
+
+struct Mess_st {
+  int timer;                                              // numéro de timer utilisé par WaitFor
+  unsigned long period;                                             // periode d'affichage
+  char mess[20];
+} Mess_t ; 
+
+void setup_Mess(struct Mess_st * ctx, int timer, unsigned long period, const char * mess) {
+  ctx->timer = timer;
+  ctx->period = period;
+  strcpy(ctx->mess, mess);
+  Serial.begin(9600);                                     // initialisation du débit de la liaison série
+}
+
+void loop_Mess(struct Mess_st *ctx) {
+  if (!(waitFor(ctx->timer,ctx->period))) return;         // sort s'il y a moins d'une période écoulée
+  Serial.println(ctx->mess);                              // affichage du message
+}
+
+//--------- Déclaration des tâches
+
+struct Led_st Led1;
+struct Mess_st Mess1;
+
+//--------- Setup et Loop
+
+void setup() {
+  setup_Led(&Led1, 0, 100000, 13);                        // Led est exécutée toutes les 100ms 
+  setup_Mess(&Mess1, 1, 1000000, "bonjour");              // Mess est exécutée toutes les secondes 
+}
+
+void loop() {
+  loop_Led(&Led1);                                        
+  loop_Mess(&Mess1); 
+}
+                                     
+}}}
+
+**Questions**
+- Que contient le tableau `waitForTimer[]`` ?
+- Dans quel cas la fonction `waitFor()` peut rendre 2 ?
+- Modifier le programme initial pour afficher "Salut" en plus de "bonjour" toutes les 1.5 secondes sans changer le comportement existant.
+
+= 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`[[BR]] 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.
+- Pour ajouter une bibliothèque Arduino, vous devez simplement télécharger le .zip et importer directement le 
+  .zip en sélectionnant le menu `Sketch -> include Library -> Add ZIP Library`
+- Pour tester la librairie rendez-vous dans `File -> Exemples -> Adafruit SSD1306 -> ssd1306_128x32_i2c`.
+  Il s'agit d'un programme qui teste les fonctionnalité de l'écran et de la bibliothèque graphique.
+
+**Questions**
+
+- Extraire de ce code, ce qui est nécessaire pour juste afficher un compteur qui s'incrémente toutes des 1 seconde sur l'écran OLED.
+
+
+= 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.
+{{{#!c
+struct mailbox {
+  enum {EMPTY, FULL} state;
+  int val;
+} mb0 = {.state = EMPTY};
+
+void loop_T1(&mb) {
+  if (mb->state != EMPTY) return; // attend que la mailbox soit vide
+  mb->val = 42;
+  mb->state = FULL;
+}
+
+void loop_T2(&mb) {
+  if (mb->state != FULL) return; // attend que la mailbox soit pleine
+  // usage de mb->val
+  mb->state = EMPTY;
+}
+}}}
+
+**Questions**
+
+- Ajouter une tâche qui lit toutes les 0,5 seconde le port analogique 15 (par `analogRead()`) sur lequel se 
+  trouve la photo-résistance et qui sort sa valeur dans une boite à lettre. 
+- Mofifier la tâche Led pour que la fréquence de clignotement soit inversement proportionnel à la lumière reçue
+  (moins il y a de lumière plus elle clignote vite). La tâche Led devra donc se brancher sur la boite à lettre.
+
+= Gestion des interruptions
+
+Les périphériques peuvent lever des signaux d'interruption pour informer d'un événement sur un périphérique.
+Avec Arduino, il est très simple d'attacher une routine d'interruption (ISR) à un signal d'interruption.
+C'est la fonction `attachInterrupt(num, ISR, type)`. Pour l'Arduino nano `num` est égal à `0` ou `1`, ce qui correspond aux pins `2`et `3` qui sont des entrées de signaux d'interruptions. Il existe d'autres sources d'interruption comme le changement d'état d'une pins ou la réception d'une données depuis un bus par exemple `Serial.onReceive(ISR)`
+
+Dans notre contexte la fonction ISR sera comme une fonction loop_Tache.
+
+**Question**
+
+Ajouter une tâche qui arrête le clignotement de la LED si vous recevez un `s` depuis le clavier.
+
+{{{
+#!comment
+Pour le moment, ça ne marche pas.
+
+= Utilisation du détecteur de geste APDS-9960 (optionnel)
+
+le détecteur de geste APDS-9960 permet de détecter des mouvement de la main par exemple gauche -> droite, droite -> gauche. 
+C'est un composant I2C. Nous le verrons pour le micro-projet mais si vous voulez, vous pouvez le tester dès maintenant.
+
+Je vous propose d'ajouter une tâche qui arrête le clignotement de la LED si vous faite un déplacement droite -> gauche et qui le redémarre avec un déplacement gauche -> droite.
+
+Vous allez commencer par récupérer la library et le programme de test à partir du site : https://www.gotronic.fr/art-capteur-rgb-mouvement-apds9960-22744.htm
+Puis intégrer une nouvelle tâche dans votre application.
+}}}