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- 4. • GCC開発環境 – Code Sourcery http://www.mentor.com/embedded-‐‑‒software/sourcery-‐‑‒tools/ sourcery-‐‑‒codebench/editions/lite-‐‑‒edition/ – GNU Tools for ARM Embedded Processors https://launchpad.net/gcc-‐‑‒arm-‐‑‒embedded/ • 書き込みツール – USB Direct Programmer (Spansion) * http://www.spansion.com/jp/support/microcontrollers/ development-‐‑‒environment/pages/downloads-‐‑‒flash-‐‑‒usb-‐‑‒ direct.aspx – JTAG + OpenOCD ツール 4
- 5. • Cortex-‐‑‒M0+向けの実装もあります． – https://bitbucket.org/NSaitoNmiri/ toppers_̲ssp_̲lpc812/ * LPCXpresso IDE を使えばGCCを⽤用いたビルドか らデバッグまで利利⽤用可能です． * 上記リンクに⼿手順があります． – 対象ボード：LPCXpresso LPC-‐‑‒812 * http://akizukidenshi.com/catalog/g/ gM-‐‑‒06453/ ちなみに 5
- 8. SSPのタスク管理理 8
- 9. • SSPカーネルには２つのサンプルアプリが sample ディレクトリの下に⽤用意されてい ます． – sample1 はSSPの機能がひと通り含まれるよ うにできています． – hello_̲world は最⼩小限の構成のサンプルです． • 初めて使う場合，シンプルな⽅方が全体を 把握しやすいのでまずは後者のサンプル からスタートします． はじめに 9
- 10. • タスク１つ，シリアル出⼒力力のみ． – SSPの標準サンプルの⼀一つ（シンプル版）． – システムが起動したら “Hello World.!” とい うメッセージを出⼒力力し，システムを終了了する． • まずは実際に動かしてメッセージを確認 する． 例例題：hello_̲world サンプル INIT_̲TASK システム終了了 10 開始 終了了 時間
- 11. • サンプルプログラムをテンプレートから セットアップします． • SSPのソースディレクトリの下にappとい うディレクトリを⽤用意しているものとし ます．(下の例例で "$" はプロンプトのつもりです) ビルド⼿手順 $ pwd <sspの置き場所>/app $ mkdir hello_̲world ; cd hello_̲world $ perl ../../configure -‐‑‒T cq_̲frk_̲fm3_̲gcc -‐‑‒A hello_̲world $ make depend $ make 11
- 12. • 必要なファイル – プログラムを記 述したファイル * ソースファイル (*.c , *.h) – OSの構成情報 * コンフィギュ レーションファ イル(*.cfg) 実⾏行行プログラム作成⼿手順 12 OS プログラム ⽬目的 プログラム ⽬目的 プログラム ⽬目的 プログラム 実⾏行行プログラム リンク／再配置 ユーザ プログラム コンフィギュレータ ⽣生成C⾔言語プログラム kernel_̲cfg.{c,h} コンフィギュ レーション ファイル コンパイル／アセンブル コ ン フ ギ レー シ ン
- 13. • hello_̲world.cfg – システムコンフィギュレーションファイル * カーネルオブジェクト(OSが管理理対象とするもの) の構成情報（オブジェクトの個数や属性など） * 静的APIを使って記述する • hello_̲world.h – アプリで使われる定義や宣⾔言 – カーネル構成情報ファイルからも参照される • hello_̲world.c – アプリのプログラム本体 ü それ以外も必要に応じてプログラム追加 サンプルのファイル構成 13
- 14. • コンフィギュレーションファイルの例例 hello_̲world.cfg /* * TOPPESRS/SSPカーネルのサンプルプログラム */ #include "hello_̲world.h" INCLUDE("syssvc/serial.cfg"); INCLUDE("syssvc/banner.cfg"); CRE_̲TSK(INIT_̲TASK , { TA_̲ACT , 0 , task , TASK_̲PRIORITY , STACK_̲SIZE , NULL }); 14
- 15. • #include – kernel_̲cfg.c に埋め込む #include ⽂文を指定 するためのもの – hello_̲world.h を #include してるのは kernel_̲cfg.c のコンパイルに必要だから • INCLUDE – 別のコンフィギュレーションファイルを読み 込む – コンフィギュレーションファイルを分割管理理 するためのもの INCLUDEと#includeの違い 15
- 16. • INCLUDE("target_̲timer.cfg"); – タイマー．時間管理理機能を使うために使われる • INCLUDE("syssvc/serial.cfg"); – シリアルドライバ．シリアル送受信機能を提供． • INCLUDE("syssvc/banner.cfg"); – 起動時のバナー表⽰示． • INCLUDE("syssvc/syslog.cfg"); – システムログ機能．ログバッファ領領域をもち，その領領域へのアクセス を管理理する．また書式変換機能ももつ． • INCLUDE("syssvc/logtask.cfg"); – ログタスク機能．ログバッファ領領域から定期的にログデータを読み出 して送出する． INCLUDEで利利⽤用可能な機能 シリアル タイマー バナー システム ログ ログタスク 低レベル ログ出⼒力力 16 ユーザ タスク
- 17. • パラメータの意味 1. タスク識識別⼦子 * 指定した名称を，プログラム中でタスクIDとして利利⽤用できる 2. タスク属性：TA_̲NULL, TA_̲ACT, TA_̲RSTR * SSPではTA_̲RSTRを省省略略可能で，常に制約タスク扱い． 3. 起動時に関数へ渡す引数の値 4. 関数の先頭アドレス 5. 起動時優先度度：1〜～16 6. タスクに必要なスタックサイズ 7. スタックの先頭番地(常にNULL. それ以外はエラー) CRE_̲TSKの記述形式 17 CRE_̲TSK(INIT_̲TASK , { TA_̲ACT , 0 , task , TASK_̲PRIORITY , STACK_̲SIZE , NULL });
- 18. • SSPでは，タスクIDは起動時優先度度の⾼高 い順（値としては⼩小さい順）に１から始 まるタスクIDの値が割り当てられる． • 起動時優先度度の設定値が１から連続して いなくても，１から連続した値に割り当 て直される • 割り当て結果はコンフィギュレーション 時にkernel_̲cfg.hで確認することができ る． タスクIDの決定ルール 18
- 19. • システム開始時のタスクの初期状態 – 休⽌止状態または実⾏行行可能状態 – CRE_̲TSK のタスク属性設定により異異なる * TA_̲ACT を指定した場合は，実⾏行行可能状態で開始 し，指定しない場合は，休⽌止状態で開始 タスクの初期状態 実⾏行行 可能 状態 休⽌止 状態 実⾏行行 状態 TA_̲ACT 属性あり TA_̲ACT 属性なし 19
- 20. • SSPでは，すべてのプログラムで１本のス タックを共有する．そのスタックを共有 スタックと呼ぶ． SSPの中だけの話です． – 「すべてのプログラム」とは，タスク，割り 込み {ハンドラ or サービスルーチン}, CPU 例例外ハンドラ，などなど．およそハンドラとつくもの全て • スタック領領域の先頭アドレスおよびサイ ズは，使⽤用する静的APIおよびパラメータ の値により異異なる． – 確保されたサイズはkernel_̲cfg.c への出⼒力力お よび標準出⼒力力で確認することができる． スタックサイズ 20
- 21. • SSPカーネルは全ての処理理単位でスタック領領 域を共有する – 待ち状態をサポートしないため 共有スタックの使⽤用イメージ 21 TASK1 開始 TASK1実⾏行行中に TASK3開始 (プリエンプト) TASK3実⾏行行中に TASK6開始 (プリエンプト) TASK6 終了了 → TASK3再開 TASK3実⾏行行中に TASK5開始 (プリエンプト) 割込み発⽣生 INT1 開始 → INT1実⾏行行中に 多重割込み発⽣生 ISR2開始
- 22. • 静的APIの使い⽅方で異異なる – DEF_̲STKを使⽤用する場合 * スタックアドレスにNULL指定 › アドレスは⾃自動決定，サイズはDEF_̲STKの指定値 * スタックアドレスにNULL以外の指定 › アドレス，およびサイズはDEF_̲STKの指定値どおり ü DEF_̲STK使⽤用時は，指定スタックサイズがCRE_̲TSKおよび DEF_̲ICSの指定値から⾃自動算出された値以上であるかどう か，チェックされる． – DEF_̲STKを使⽤用しない場合 * アドレスは⾃自動決定，サイズはCRE_̲TSKおよびDEF_̲ICSで の指定値から⾃自動算出 • 詳しくは doc/configurator.txt の(9)参照 ⽂文中の「⾮非タスクコンテキスト⽤用のスタック領領域」という記述はミスです「共有ス タックのスタック領領域」に読み替えてください． 共有スタックの定義 22
- 23. • アプリのヘッダファイルの例例 hello_̲world.h #ifndef TOPPERS_HELLO_WORLD_H #define TOPPERS_HELLO_WORLD_H /* * ターゲット依存の定義 */ #include "target_test.h" #define TASK_PRIORITY (1) #define STACK_SIZE (128) #ifndef TOPPERS_MACRO_ONLY extern void task(intptr_t exinf); #endif /* TOPPERS_MACRO_ONLY */ #endif /* TOPPERS_HELLO_WORLD_H */ 23
- 24. • アプリケーションコードの例例 hello_̲world.c #include <kernel.h> #include "kernel_̲cfg.h" #include "syssvc/serial.h" #include "hello_̲world.h" void task(intptr_̲t exinf) { /* メッセージの表⽰示 */ (void)serial_̲wri_̲dat(TASK_̲PORTID , MSGHELLO , sizeof(MSGHELLO)/sizeof(char_̲t)); /* カーネルの終了了 */ (void)ext_̲ker(); } 24
- 25. • タスクの処理理は関数として記述する – 引数として拡張情報を渡すことができる * データ型はintptr_̲t (int型及びポインタ型を格納 できるサイズを持つデータ型) – カーネル機能を使⽤用出来る以外は通常のC⾔言 語によって記述（他の処理理単位でも同様） – 「タスク＝関数」ではない * つまり⼀一つの関数を複数のタスクとして動かせる タスクプログラムの記述形式 void task(intptr_̲t exinf) { /* タスク処理理 */ } 25
- 26. • #include <kernel.h> – カーネルに関する定義．カーネルの定義を使 うなら必要． • #include "kernel_̲cfg.h" – コンフィギュレーション結果のオブジェクト IDを使う場合に必要 • #include "syssvc/serial.h" – シリアルを利利⽤用する場合 • #include "hello_̲world.h" – アプリの定義（アプリにより様々） 利利⽤用可能なヘッダファイル 26
- 27. • ハードウェア処理理を記述する場合に使わ れるファイル – #include "cq_̲frk_̲fm3.h" * ターゲットのハードウェア定義ファイル * ターゲット毎にファイル名が異異なるため，ター ゲット依存部のドキュメントを参照する – #include <sil.h> * システムインターフェースレイヤの定義ファイル * メモリやデバイスレジスタへアクセスするための 関数などが定義されている 利利⽤用可能なヘッダファイル 27
- 28. • いずれのAPIもタスクからのみ呼び出しが可能 • extern ER serial_̲opn_̲por(ID portid); – シリアルポートのオープン．利利⽤用する前に必ず呼び出す． • extern ER serial_̲cls_̲por(ID portid); – シリアルポートのクローズ． • extern ER_̲UINT serial_̲rea_̲dat(ID portid, char_̲t *buf, uint_̲t len); – データ受信 • extern ER_̲UINT serial_̲wri_̲dat(ID portid, const char_̲t *buf, uint_̲t len); – データ送信 • extern ER serial_̲ctl_̲por(ID portid, uint_̲t ioctl); – ポートの設定 – 第２引数に指定可能な値：IOCTL_̲NULL（指定なし）， IOCTL_̲ECHO（受信した⽂文字をエコーバック），IOCTL_̲CRLF（LFを 送信する前にCRを付加） シリアルドライバのAPI 28
- 29. • タスクのプログラムコードにはシリアル ポートのオープン処理理が不不⾜足しているた め，追加しておく． オープン処理理の追加 void task(intptr_̲t exinf) { serial_̲opn_̲por(TASK_̲PORTID); // 追加 /* メッセージの表⽰示 */ (void)serial_̲wri_̲dat(TASK_̲PORTID , MSGHELLO , sizeof(MSGHELLO)/sizeof(char_̲t)); /* カーネルの終了了 */ (void)ext_̲ker(); } 29
- 30. • ext_̲ker を呼び出すことでカーネルは⾮非 動作状態へ移⾏行行する． • 現状の実装では，カーネル機能やハード ウェアの停⽌止処理理(割込み禁⽌止など)を⾏行行っ た後，無限ループで動作を停⽌止する． カーネルの終了了 /* カーネルの終了了 */ (void)ext_̲ker(); 30
- 31. • システムは電源を⼊入れたら基本的に動作 し続けます． • 無限ループと空ループを使って⼀一定周期 ごとに繰り返し実⾏行行を⾏行行うように変更更し てみる． 実習：プログラム変更更 (prog2) INIT_̲TASK 31
- 32. コードの変更更 void task(intptr_̲t exinf) { unsigned long int i; /* ポートオープン */ (void)serial_̲opn_̲por(TASK_̲PORTID); while(1) { /* ビジーウェイト */ for(i=0; i<1000000UL; i++) {} /* メッセージの表⽰示 */ (void)serial_̲wri_̲dat(TASK_̲PORTID , MSGHELLO , sizeof(MSGHELLO)/sizeof(char_̲t)); } } 32
- 33. • LED点滅タスクを追加 – LED：⾼高優先度度,TA_̲ACT, ループで点滅処理理 * ID: LED_̲TASK, 関数名：led_̲task – シリアル：低優先度度，ループで出⼒力力処理理 * ID: SERIAL_̲TASK, 関数名：task (そのまま) • LED制御⽤用関数 – sampleディレクトリにファイルled.{c,h}を 追加してみる 実習：LED処理理の追加(prog3) LED_̲TASK INIT_̲TASK 33
- 34. • ⾃自分で作業してみる場合 – 既存のプロジェクトをコピーする $ cp -‐‑‒a hello_̲world prog3 ; cd prog3 – 追加ファイルを⽤用意．ここでは⽤用意したとします． $ cp ../../sample/led.{c,h} . – Makefile を修正 * インクルードディレクトリの設定 * 追加ファイルの設定 実習サンプルの準備 ifdef USE_̲CXX APPL_̲CXXOBJS = $(APPLNAME).o led.o # 追加 APPL_̲COBJS = else APPL_̲COBJS = $(APPLNAME).o led.o # 追加 34
- 35. • アプリがsampleに⽤用意されている場合 1. 新規ディレクトリを作成し，そこへ移動 2. ファイルをコピーする． 3. configure の -‐‑‒A でアプリケーション名，-‐‑‒U で追加リンクしたいファイルを指定する． * sampleからアプリファイルのコピーとMakefile の修正が⾃自動的に⾏行行われる． 実習サンプルの準備(2) $ pwd <sspの置き場所>/app $ mkdir prog3; cd prog3 # 1 $ cp ../../sample/led.{c,h} . # 2 $ ../../configure -‐‑‒T cq_̲frk_̲fm3_̲gcc -‐‑‒A prog3 -‐‑‒U led.o #3 $ make depend $ make 35
- 36. • extern void init_̲led(void); – LED点灯のためのハードウェア初期化 • extern void set_̲led(bool_̲t onoff); – LEDの状態を変更更する * true: ON, false: OFF • extern bool_̲t get_̲led(void); – 現在のLEDの状態を取得する • extern bool_̲t turn_̲led(void); – LEDの状態を反転し，反転後の状態を返す． ．．以後，こういう関数があるものとして説明を続けます． (例例)追加したLED制御⽤用関数 36
- 37. タスクコードの追加 #include "led.h" void led_̲task(intptr_̲t exinf) { unsigned long int i; // LEDの初期化 init_̲led(); while(1) { /* ビジーウェイト */ for(i=0; i<1000000UL; i++) {} // ここにLED点滅処理理を記述する． turn_̲led(); } } 37 ※シリアル出⼒力力の task 関数の 中⾝身は前と同じとします．
- 38. cfgファイル INCLUDE("syssvc/serial.cfg"); INCLUDE("syssvc/banner.cfg"); #include "hello_̲world.h" CRE_̲TSK(LED_̲TASK , { TA_̲ACT , 0 , led_̲task , 1 , STACK_̲SIZE , NULL }); // 追加 CRE_̲TSK(SERIAL_̲TASK , { TA_̲ACT , 0 , task , 2 , STACK_̲SIZE , NULL }); 38
- 39. ヘッダファイル #ifndef TOPPERS_̲MACRO_̲ONLY extern void task(intptr_̲t exinf); extern void led_̲task(intptr_̲t exinf); // 追加 #endif /* TOPPERS_̲MACRO_̲ONLY */ #endif /* TOPPERS_̲HELLO_̲WORLD_̲H */ 39
- 41. • 動く必要がないときは動かないように • どうすべきか：することが終わったらタ スクを実⾏行行状態から外す． – タスクを待ち状態にする(SSPでは無理理) – タスクを休⽌止状態にする • タスクは普段停⽌止してるので，別の場所 から起動しないと動けない – どこから？基本的には外部割込み – 特に割込み発⽣生元がタイマの場合は周期処理理 * 制御系の場合は多い RTOSのタスクコードの書き⽅方 41
- 42. • LEDタスクを周期ハンドラから起動する – 以下の構成で作ってみる * 周期ハンドラ：周期500ms，システム開始時から 動作状態(TA_̲STA)，LEDタスクを起動 › ID: LED_̲CYC, 関数名：tsk_̲act_̲cyc * LED：⾼高優先度度,TA_̲NULL, 実⾏行行したら終了了 › ID: LED_̲TASK, 関数名：led_̲task * シリアル：低優先度度，ループで出⼒力力処理理 › ID: SERIAL_̲TASK, 関数名：task (そのまま) › システムログ&ログタスクを使って表⽰示してみる． 実習：周期ハンドラ (prog4) LED_̲TASK INIT_̲TASK LED_̲CYC 42
- 43. • タスクなど，他の処理理単位と同様 • タスクと異異なり，⾮非タスクコンテキスト で動作する – タスクより優先的に実⾏行行される – 呼び出す事のできるサービスコールも異異なる – タスクを起動する場合は iact_̲tsk を使う 周期ハンドラの関数の記述形式 void tsk_̲act_̲cyc(intptr_̲t exinf) { /* 周期ハンドラの処理理 */ } 43
- 44. • パラメータの意味 1. 周期ハンドラの識識別⼦子 * 指定した名称をプログラム中でハンドラIDとして利利⽤用できる 2. 周期ハンドラ属性：TA_̲NULL, TA_̲STAのみ指定可 3. 起動時に関数へ渡す引数の値 4. 関数の先頭アドレス 5. 起動周期 * 0 より⼤大きく，TMAX_̲RELTIM 以下 6. 起動位相(開始をどれだけずらすか) * 0以上，TMAX_̲RELTIM 以下 * TA_̲STA のとき，0 より⼤大きく(0だと警告) ※ 起動周期より⼤大きい値を指定しても良良い CRE_̲CYCの記述形式 CRE_̲CYC(LED_̲CYC, {TA_̲STA, LED_̲TASK, tsk_̲act_̲cyc, 500, 10}); 44
- 45. プログラムコードの追加 #include "led.h" void led_̲task(intptr_̲t exinf) { turn_̲led(); } void tsk_̲act_̲cyc(intptr_̲t exinf) { // 周期ハンドラ ID tskid = (ID)exinf; iact_̲tsk(tskid); // タスク起動 } extern void tsk_̲act_̲cyc(intptr_̲t exinf); extern void led_̲task(intptr_̲t exinf); CRE_̲TSK(LED_̲TASK , { TA_̲NULL , 0 , led_̲task , 1 , STACK_̲SIZE , NULL }); CRE_̲CYC(LED_̲CYC, {TA_̲STA, LED_̲TASK, tsk_̲act_̲cyc, 500, 10}); 45
- 47. • LEDタスクは1回実⾏行行毎に終了了し，周期的 に起動される． • LEDタスクに初期化を記述すると，初期化 が何度度も実⾏行行される． • そのため，初期化を別の場所に配置した ほうがよい（2通り） – ATT_̲INI を利利⽤用する⽅方法 * タスクを別⽤用途に有効に利利⽤用できる * 今回はこちらを使ってみる – タスクで⾏行行う⽅方法 * OSの機能を使っている場合はこちらの⽅方法 LEDの初期化はどこへ？ 47
- 48. • ATT_̲INI – パラメータの意味 1. 初期化ルーチン属性：TA_̲NULLのみOK 2. 起動時に関数へ渡す引数の値 3. 関数の先頭アドレス • 初期化ルーチンの記述形式 – 他の処理理単位と同様 – カーネルは⾮非動作状態であることに注意 初期化処理理の記述形式 ATT_̲INI({TA_̲NULL, 0, led_̲initialize}); void init_̲function(intptr_̲t exinf) { /* 初期化処理理 */ } 48
- 49. プログラムコードの追加 #include "led.h" // LEDの初期化ルーチン void led_̲initialize(intptr_̲t exinf) { // LEDの初期化 init_̲led(); } ATT_̲INI({TA_̲NULL, 0, led_̲initialize}); extern void led_̲initialize(intptr_̲t exinf); 49
- 50. • システムログ機能． – 内部にログデータ保管⽤用のリングバッファを 持ち，データを格納したり取り出したりする ための機能 – アプリ向けの printf 相当の書式変換機能つき ログ出⼒力力機能 * 第1引数にはログの重要度度，第2引数以降降はprintf と同様 システムログ機能の利利⽤用 void syslog(uint_̲t prio, const char *format, ...); <使い⽅方> #include <t_̲syslog.h> syslog(LOG_̲NOTICE, "task %d is running", tskid); 50
- 53. 利利⽤用のためのコード追加 #include <t_̲syslog.h> // システムログ機能の利利⽤用に必要 void task(intptr_̲t exinf) { unsigned long int i; (void)serial_̲opn_̲por(TASK_̲PORTID); while(1) { for(i=0; i<1000000UL; i++) {} /* メッセージの表⽰示 */ syslog(LOG_̲NOTICE, "%s", "Hello World.!"); } } INCLUDE("syssvc/syslog.cfg"); // cfgファイルへ追加 INCLUDE("syssvc/logtask.cfg"); 53
- 55. • シリアルタスク(ID: SERIAL_̲TASK)を周 期ハンドラで1秒毎に起動し，実⾏行行毎に終 了了するように変更更する． – 周期ハンドラの⽣生成（周期1秒） – シリアルポートのオープンは内部でOSの機能 を利利⽤用しているためタスクから呼び出す．初 期化⽤用タスク(ID:INIT_̲TASK)を⽤用意する． – 周期ハンドラはシステム起動時に停⽌止状態と し，初期化タスクの最後に開始する． – 優先度度設定 * 初期化タスク：１，残りはいろいろ変えてみる › ログタスクの優先度度(3)と重ならないように 課題:シリアルタスクの 周期起動(prog5) 55
- 58. • prog5を以下のように変更更する – シリアルタスク(ID: SERIAL_̲TASK)を10ms 秒毎に起動し，⼊入⼒力力をチェックする． – 'a'が⼊入⼒力力されたとき，メッセージを表⽰示する タスク(ID:MES_̲TASK)を起動してメッセー ジ出⼒力力処理理を⾏行行う． – 'a' 以外の場合は ”Unknown command(<⼊入 ⼒力力⽂文字>)” のメッセージを表⽰示する． • LEDの点滅はそのまま 課題:シリアル⼊入⼒力力 (prog6) 58
- 59. • ごく簡単な構成をSSPで実現してみた • 処理理は基本的に割込みをきっかけとして 開始し，タスクへ通知される – 時間をきっかけとするものについては周期ハ ンドラ，アラームハンドラが利利⽤用できる ここまでのまとめ ⼊入⼒力力 処理理 ⼊入⼒力力 出⼒力力 計算 処理理 出⼒力力 処理理 プログラム プログラム ⼊入⼒力力 出⼒力力 ハンドラ タスク 出⼒力力⼊入⼒力力 通知 プログラム 59
- 60. • SSPでは，タスクは処理理を終えたら終了了す るように作成する．再度度実⾏行行する場合に は起動する処理理単位が必要である． • タスクへの通知⽅方法として iact_̲tsk(割込 み→タスク)，act_̲tsk(タスク→タスク)が ある． • 初期化を分けて記述する必要がある． ATT_̲INIを使う⽅方法とタスクで初期化す る⽅方法がある． まとめ 60
- 61. SSPでの排他制御 61
- 62. • システム全体では複数の処理理が並⾏行行して 実⾏行行される． • 実際には，互いに関連する場合がある． – 処理理Aが完了了したら処理理Bと処理理Cが⾏行行われる – 処理理Aと処理理Bが完了了したら処理理Cを開始する – 処理理Aと処理理Bは同じサービスCを利利⽤用する SSPを使ったプログラムの構成 ⼊入⼒力力 出⼒力力 ⼊入⼒力力 出⼒力力 ⼊入⼒力力 出⼒力力 ⼊入⼒力力 出⼒力力 62
- 64. （例例） task1 task2 handler // ⾜足し算を⾏行行うプログラム int var1, var2; int calc_̲add() { int res; res = var1 + var2; return res; } void task1() { var1 = 10; var2 = 100; result = calc_̲add(); } void task2() { var1 = 20; var2 = 300; result = calc_̲add(); } ここで割込みが 発⽣生 答:320答:320 答:110 答:120 64
- 66. • 全てローカル変数で済ませる • 排他制御を⾏行行う – 例例えばシリアルドライバは内部で排他制御を⾏行行 なっている • アクセスできるタスクを１つに限定してその タスクが他のタスクにサービスを提供する – タスク間のデータのやり取りはOSのタスク間通 信機能を使う – SSPの場合，現状では通信機能を持っていないの で，リングバッファ等を実装して排他制御を併⽤用 することになる． * システムログ機能＋ログタスクはこの例例といえる 解決策 66
- 67. • ある処理理が共有資源へアクセス中に、他 の処理理が同じ資源へアクセスできないよ うにすること – この場合の他の処理理とは，⾃自分より優先度度の ⾼高い処理理（割込み処理理など）が該当する • 排他制御が必要な区間を危険領領域（クリ ティカルセクション）と呼ぶ 排他制御による同期 処理２ 処理１ アクセス アクセス ブロック 67
- 68. • 基本的には「⾃自タスクより優先順位の⾼高 い処理理からアクセスを防ぐ」ということ • SSPで使えそうな⽅方法 – dis_̲dsp によるディスパッチ禁⽌止 * ディスパッチが起こらないので結果的にブロック できるが、全タスクが影響をうける – dis_̲int による割込みの禁⽌止 * 割込みが特定できる場合 – loc_̲cpu によるCPUロック状態への移⾏行行 * 排他制御の相⼿手が割込み処理理を含む場合 – 実⾏行行時優先度度を使う * 特定の優先度度以下のディスパッチを抑制する SSPで可能な排他制御⼿手段 68
- 69. • 低優先度度の処理理は，クリティカルセク ション開始前に排他制御⼿手順を実施する． – ⾼高優先度度処理理側も，クリティカルセクション 開始前に同様の排他制御⼿手順を実施する場合 がある • クリティカルセクションが終了了したら排 他制御⼿手段の終了了⼿手順を⾏行行う． 排他制御の典型的な構造 void 低優先度度処理理(VP_̲INT exinf) { 排他制御開始; クリティカルセクションの実⾏行行; 排他制御終了了; } 69
- 70. （例例）ディスパッチ禁⽌止 • クリティカルセクションの実⾏行行前後を ディスパッチ禁⽌止/許可で囲む． – ⾼高優先度度処理理側は何もしなくても良良い • 特徴 – 全てのタスク切切り替えがブロックされる – 割込みはブロックされないため，受付が可能 void 低優先度度処理理(VP_̲INT exinf) { dis_̲dsp(); クリティカルセクションの実⾏行行; ena_̲dsp(); } 70
- 71. (例例)シリアルドライバ ER_UINT serial_wri_dat(ID portid, const char_t *buf, uint_t len) { /* 呼び出し条件のチェックなど（省省略略） */ SVC((rercd = loc_cpu()) , rercd); if(!serial_sndbuf_full(p_spcb)) { while(wricnt < len) { SVC(rercd = serial_wri_chr(p_spcb, *buf++), rercd); wricnt++; } } SVC((rercd = unl_cpu()) , rercd); error_exit: return(wricnt > 0U ? (ER_UINT) wricnt : rercd); } 71
- 72. • 排他制御区間の管理理 – 同じ排他制御⼿手段がネストしていると意図し ない⾮非排他区間が存在する可能性がある – 対策 * 状態を確認して，排他区間を抜ける際に元の状態 にもどすよう実装を変更更する * 関数の仕様として呼び出し条件を明記するなどし て呼び出されないようにする 注意点 72 void task1() { loc_̲cpu(); func1(); func2(); unl_̲cpu(); } void task1() { loc_̲cpu(); // 危険領領域 unl_̲cpu(); } func2は排他制 御 されていない
- 73. • 2つのタスク TASK1, TASK2 があり，そ の２つが calc_̲add 関数を利利⽤用している. しかし，計算結果に不不整合が⽣生じている． 排他制御により問題を解決する． • 本来ならローカル変数にするのが普通な 内容ですが，デバイスレジスタへのアク セスなどでは同様の構造がありえますの で，そのつもりで考えてみてください． 実習：排他制御(prog7) 73
- 74. 再⼊入可能でない関数 /* * 問題のある関数の例例：⾜足し算 */ static int_̲t var1; static int_̲t var2; int_̲t calc_̲add(void) { int_̲t result; result = var1 + var2; return result; } 74
- 75. タスクの例例(TASK1,2共通) void task(intptr_̲t exinf) {/* 周期起動されるタスク */ ID tskid = (ID)exinf; int_̲t calc_̲result; syslog(LOG_̲NOTICE, "Task %d start.", tskid); var1 = tskid; syslog(LOG_̲NOTICE, "task(%d):var1 = %d.", tskid, var1); var2 = tskid; syslog(LOG_̲NOTICE, "task(%d):var2 = %d.", tskid, var2); calc_̲result = calc_̲add(); syslog(LOG_̲NOTICE, "task(%d):calc_̲result = %d.", tskid, calc_̲result); if(calc_̲result == tskid * 2) { syslog(LOG_̲NOTICE, "task(%d):result OK = %d", tskid, calc_̲result); } else { syslog(LOG_̲NOTICE, "task(%d):result NG = %d", tskid, calc_̲result); ext_̲ker(); // カーネル終了了 }} 75
- 76. NGの場合の実⾏行行結果 Task 3 start. task(3):var1 = 3. task(3):var2 = 3. task(3):calc_̲result = 6. task(3):result OK = 6 Task 4 start. task(4):var1 = 4. Task 3 start. task(3):var1 = 3. task(3):var2 = 3. task(3):calc_̲result = 6. task(3):result OK = 6 task(4):var2 = 4. task(4):calc_̲result = 7. Task 3 start. task(3):var1 = 3. task(3):var2 = 3. task(3):calc_̲result = 6. task(3):result OK = 6 task(4):result NG = 7 76
- 77. 修正後の実⾏行行結果 Task 3 start. task(3):var1 = 3. task(3):var2 = 3. task(3):calc_̲result = 6. task(3):result OK = 6 Task 4 start. task(4):var1 = 4. task(4):var2 = 4. task(4):calc_̲result = 8. Task 3 start. task(3):var1 = 3. task(3):var2 = 3. task(3):calc_̲result = 6. task(3):result OK = 6 task(4):result OK = 8 Task 4 start. task(4):var1 = 4. task(4):var2 = 4. task(4):calc_̲result = 8. task(4):result OK = 8 77
- 79. その他雑多な話題 79
- 80. • 割込みハンドラ/サービスルーチン • アラームハンドラ – ハンドラ内部の作り⽅方は周期ハンドラと同じ • イベントフラグ，データキュー • CPU例例外処理理 – CPU例例外発⽣生時にタスクだけでリカバリは困難 • 実⾏行行時優先度度 – メモリ節約の⼿手段．リアルタイム性とトレードオフ • 共有スタック定義 – DEF_̲STK による共有スタック領領域の確保． • タスク起動要求キューイング – 起動要求を1回まで記憶 今回扱えなかったSSP機能 80
- 81. • タスクが実⾏行行開始後にもつ優先度度 – ひとたび実⾏行行開始したら，タスク終了了までそ の優先度度のまま • ⽬目的 – メモリ節約 * ディスパッチが抑制されるため，システムの最⼤大 スタック使⽤用量量の予測値が減る – 排他制御 * 引き上げられた優先度度と同じかそれより低い優先 度度のタスクは実⾏行行がブロックされる • 問題点 – リアルタイム性が多少犠牲になる 実⾏行行時優先度度 81
- 82. • SSPカーネルは全ての処理理単位でスタック領領 域を共有する 実⾏行行時優先度度と共有スタック 82 タスクID 起動時優先度度 実⾏行行時優先度度 TASK1 1 1 TASK2 2 2 TASK3 3 1 TASK1 TASK3TASK2 TASK1 TASK3 TASK2 TASK3実⾏行行中は他タスクに プリエンプトされないため， 必要最⼤大スタックが下がる
- 83. スケジューリングへの影響 タスクID 起動時優先度度 実⾏行行時優先度度 TASK1 1 1 TASK2 2 2 TASK3 3 1 task3 開始 task1 task1 起動 task3 終了了 task1 開始 task3 起動 task2 起動 task1 終了了 task2 開始 task2 終了了 task3 開始 task3 終了了 task2 task3 実⾏行行開始が 待たされる 83 TASK3は 実⾏行行開始すると 優先度度1(最⾼高) として扱われる TASK3は 実⾏行行開始するまでは 優先度度3として扱われる． したがって開始順序は最後
- 84. DEF_̲EPR の記述形式 • 静的API の意味 – 対象タスクの実⾏行行優先度度を設定する – DEF_̲EPR で設定していないタスクについて は，CRE_̲TSK で指定した優先度度(起動優先 度度)の値と同じとする • パラメータの意味 1. 対象タスクID 2. 実⾏行行時優先度度の値 * 起動優先度度よりも優先度度を⾼高くする必要がある DEF_̲EPR(TASK3 , { 2 }); 84
- 85. • 基本的にできれば，あまり分割しない – 分割の根拠が明確でなければ． • 1つの考え⽅方：時間制約で考えてみる – もともとRTOSのタスクは異異なる時間制約を1 つのプロセッサで実現するためのもの – SSPでは1優先度度1タスクのため，1タスクに 複数機能が対応する場合もありえる • 検討例例 – 1つの機能項⽬目に時間制約が異異なるものがあ れば，それを分割する – 時間制約が同じものを同じタスクに割り当て タスクの分割 85
- 86. (例例)タスクマッピングリスト 参考:「組込みソフトウェア向け設計ガイド」P60 http://sec.ipa.go.jp/publish/tn12-003.html • 下図のような表形式で整理理する⽅方法もあ る 機能項⽬目 時間制約 タスクA タスクB 機能項⽬目１ 10ms ◯ 機能項⽬目２ 200ms ◯ 機能項⽬目３ 10ms ◯ 機能項⽬目４ 200ms ◯ 86
- 87. • 1つの考え⽅方：Rate Monotonic Scheduling – 相対デッドラインが短いタスクを⾼高優先度度にする – 相対デッドライン=周期とした場合，周期が短いタスク • 前提 – システムの最⼤大負荷が⾒見見積もれること * Σ(1回の最⼤大実⾏行行時間×頻度度) – 周期タスク(最⼩小軌道間隔)がわかっている – シングルプロセッサである – 相対デッドラインが周期以下 – タスク間に同期通信がない – タスクは⾃自ら実⾏行行を中断しない – タスク切切り替えのオーバーヘッドを考えない • 今回の内容の範囲外であるが，例例えばTOPPERS中級実 装セミナー教材の資料料が参考になる – http://www.toppers.jp/edu-‐‑‒middle.html 優先度度設定 87
- 88. 最後に 88
- 89. • 新規ターゲットへの対応 • MindstomsNXT は動作確認済み • MSP430(LaunchPad)は挑戦中だがちと厳しい • 8pin ARM(LPC810, Cortex-‐‑‒M0+) へも挑戦中 • 現状，Lチカだけでメモリいっぱい • RPi への対応 • Intel Galileo ボードへの対応 • その他，今後もいろいろ予定しておりますのでよろ しくお願いします． 今後の予定 89
- 90. • TOPPERS/SSPカーネルの基本的な使い⽅方 について，実際に触ってみた – タスクの利利⽤用，割込みからのタスク起動 – カーネルで⽤用意されているサービス – いくつかの排他制御⼿手段の利利⽤用 • その他，同期通信機能や，スタック設定 などの機能を持っている • 現在も新規ターゲットの対応などを⾏行行っ ている まとめ 90