Подразумевается, что мы будем писать прошивку под «голое железо». В противном случае применение protothreads смысла не имеет, т.к. мультизадачность должна обеспечиваться средствами ОС. Подразумевается также, что нам необходимо реализовать несколько более-менее сложных алгоритмов, связанных с операциями ввода-вывода. Ну и, как всегда в микроконтроллерах, очевидные требования по экономии RAM и энергопотребления.
В качестве примера рассмотрим задачу обслуживания устройств на шине 1-Wire. Реализацию асинхронных примитивов для нее можно посмотреть в моих предыдущих статьях здесь и здесь.
Для PnP-реализации необходимо, чтобы программа могла самостоятельно определять характеристики шины, такие как максимально допустимая скорость обмена, список идентификаторов подключенных в данный момент устройств и условия по их электропитанию.
Максимально допустимую скорость обмена мы определяем для того, чтобы впоследствии общаться с быстродействующими устройствами как можно более оперативно. При этом медленные устройства этот обмен «не заметят» и мешать нам не будут.
Условия по электропитанию надо знать для того, чтобы (при необходимости) после подачи команды на выполнение измерений (или программирования EEPROM) включить режим active pullup. В противном случае при использовании parasite power мы получим ошибку при попытке прочитать результат измерений (ну либо придется ставить низкоомные подтягивающие резисторы, что, наверное, не является красивым решением).
Ну а уж список идентификаторов подключенных в данный момент устройств нам иметь просто жизненно необходимо. Иначе как мы собираемся к ним обращаться?
Алгоритм определения характеристик шины:
- Попытаемся выполнить процедуру RESET в режиме OVERDRIVE. Если при этом был обнаружен PRESENCE, то значит, как минимум, некоторые из подключенных устройств умеют работать на высокой скорости. В этом случае переходим к п.3.
- Попытаемся выполнить процедуру RESET в нормальном режиме. Если при этом был обнаружен PRESENCE, то на шине 1-Wire имеется, как минимум, одно подключенное устройство и мы переходим к п.3. В противном случае подключенных к шине устройств в данный момент нет.
- Передаем на шину команду «Адресовать все устройства» и затем команду «Прочитать условия электропитания». В случае, если хотя бы одно из подключенных устройств использует режим parasite power,
установим соответствующий флаг.
А вот алгоритм определения идентификаторов подключенных устройств достаточно громоздкий. Его синхронная реализация приведена в APPLICATION NOTE 187, я просто переделал ее в асихнронную.
На всех этапах выполнения алгоритмов желательно отслеживать ошибки, которые могут возникнуть из-за появления помех на шине 1-Wire. В зависимости от точки возникновения ошибки можно либо автоматически попытаться повторить выполняемую операцию, либо вернуть негативный статус завершения.
Далее предполагается, что у читателя есть минимальные знания о protothreads. Кому тяжело понимать англоязычные тексты, может, для начала, почитать здесь и здесь.
Под спойлером пример вызова процедур определения параметров шины и обнаружения подключенных устройств из основной программы.
PT_INIT(&ptSearchContext.pt); /* Определение максимальной скорости обмена и условий электропитания подключенных устройств */ while(PT_SCHEDULE(c = ptOneWireProbeBus(&ptSearchContext.pt, &nested))) { if(PT_WAITING == c) { /* Операция в процессе выполнения, можно заняться чем-либо еще */ waitComplete(); continue; } } /* Инициализируем контекст перед первым вызовом */ ptOneWireInitWalkROM(&ptSearchContext); /* Выполнение задачи определения подключенных к 1-Wire устройств */ while(PT_SCHEDULE(c = ptOneWireWalkROM(&ptSearchContext))) { if(PT_WAITING == c) { /* Операция в процессе выполнения, можно заняться чем-либо еще */ waitComplete(); continue; } /* На шине 1-Wire обнаружено очередное устройство. * Его S/N находится в массиве ptSearchContext.romid */ __no_operation(); } /* Все устройства просканированы */ __no_operation();
Это демонстрационный пример. В реальной программе вместо вызова функции waitComplete() мы можем переключаемся на обслуживание других protothreads (а если их нет, то войти в режим пониженного энергопотребления).
#define OVERDRIVE() \ drv_onewire_context.overdrive #define PRESENCE_DETECTED() \ drv_onewire_context.presence #define PARASITE_POWER \ drv_onewire_context.parasite #define STATUS \ drv_onewire_context.status #define PT_WAIT_IO_COMPLETE() \ PT_WAIT_WHILE(TASK_CONTEXT, ONEWIRE_STATUS_PROGRESS == (dummy = drvOneWireStatus())) #define IO_SUCCESS() \ (ONEWIRE_STATUS_COMPLETE == dummy) #define PT_TX_BITS(_v,_n) do { \ if(drvOneWireTxBits((_v),(_n))) { \ PT_WAIT_IO_COMPLETE(); } else { \ dummy = ONEWIRE_STATUS_ERROR; } } while(0) #define PT_TX_BYTE(_v) \ PT_TX_BITS((_v), 8) #define PT_RX_BITS(_n) \ PT_TX_BITS(~0,(_n)) #define PT_TX_BYTE_CONST(_v) do { \ PT_TX_BYTE((_v)); \ if(!IO_SUCCESS() || ((_v) != drvOneWireRxBits(8))) { \ STATUS = ONEWIRE_STATUS_ERROR; } } while(0)
Краткое описание:
PT_WAIT_IO_COMPLETE()
Ожидание завершения операции ввода/вывода. Предназначена для применения только внутри protothread.
PT_TX_BITS(_v,_n)
Передача _n бит из значения _v на шину с ожиданием завершения операции ввода/вывода. Предназначена для применения только внутри protothread.
PT_TX_BYTE(_v)
Передача байта _v на шину с ожиданием завершения операции ввода/вывода. Предназначена для применения только внутри protothread.
PT_RX_BITS(_n)
Прием _n бит с ожиданием завершения операции ввода/вывода. Предназначена для применения только внутри protothread.
PT_TX_BYTE_CONST(_v)
Передача байта команды (констатны) на шину с проверкой отсутствия искажений передаваемых данных и ожиданием завершения операции ввода/вывода. Предназначена для применения только внутри protothread.
Следует отметить, что «ожидание завершения ввода вывода» в данном случае обозначает не глухой цикл с проверкой какого-либо условия, а прерывание текущей protothread со статусом PT_WAITING. Это позволяет выполнять другие protothreads с периодической проверкой текущей до момента завершения активированной операции ввода/вывода.
PT_THREAD(ptOneWireTargetAll(struct pt * _pt)) { uint8_t dummy; PT_BEGIN(TASK_CONTEXT); PT_TX_BYTE_CONST(OP_SKIP_ROM); PT_END(TASK_CONTEXT); }
Операция адресации всех устройств может быть использована и с другими командами шины 1-Wire, поэтому она была оформлена в виде отдельной protothreads.
PT_THREAD(ptOneWireProbeBus(struct pt * _pt, struct pt * _nested)) { uint8_t dummy; PT_BEGIN(TASK_CONTEXT); /* Parasite power not detected */ PARASITE_POWER = 0; /* Try overdrive procedure first */ if(drvOneWireReset(1)) { PT_WAIT_IO_COMPLETE(); if(!IO_SUCCESS() || !PRESENCE_DETECTED()) { /* Overdrive RESET procedure failed */ if(drvOneWireReset(0)) { PT_WAIT_IO_COMPLETE(); if(!IO_SUCCESS() || !PRESENCE_DETECTED()) { /* No devices on the bus */ PT_EXIT(TASK_CONTEXT); } } else { /* Hardware BUSY */ PT_EXIT(TASK_CONTEXT); } } } else { /* Hardware BUSY */ PT_EXIT(TASK_CONTEXT); } PT_SPAWN(TASK_CONTEXT, _nested, ptOneWireTargetAll(_nested)); if(ONEWIRE_STATUS_COMPLETE == STATUS) { PT_TX_BYTE_CONST(OP_READ_POWER_SUPPLY); if(IO_SUCCESS()) { /* Read one bit after command */ PT_RX_BITS(1); if(IO_SUCCESS()) { /* Fetch bit value */ int16_t value = drvOneWireRxBits(1); if(value < 0) { /* Rx bit decode failed */ STATUS = ONEWIRE_STATUS_ERROR; } else { /* If any device sent "0" then it used parasite power */ PARASITE_POWER = value ? 0 : 1; } } } } PT_END(TASK_CONTEXT); }
Код достаточно простой и реализует описанный выше алгоритм.
PT_THREAD(ptOneWireWalkROM(pt_onewire_search_context_t * _ctx)) { PT_BEGIN(TASK_CONTEXT); while(!LAST_DEVICE_FLAG) { int16_t dummy; /* initialize for search */ ID_BIT_NUMBER = 1; LAST_ZERO = 0; ROM_BYTE_NUMBER = 0; ROM_BYTE_MASK = 1; /* 1-Wire reset (dependent on OVERDRIVE flag) */ PT_ONEWIRE_RESET(); if(!IO_SUCCESS() || !PRESENCE_DETECTED()) { // reset the search LAST_DISCREPANCY = 0; LAST_DEVICE_FLAG = 0; LAST_FAMILY_DISCREPANCY = 0; /* If presence not detected then no devices on the bus */ PT_EXIT(TASK_CONTEXT); } /* issue the search command */ PT_TX_BYTE(OP_SEARCH_ROM); if(!IO_SUCCESS() || (OP_SEARCH_ROM != drvOneWireRxBits(8))) { /* Send command error, repeat procedure from RESET point */ /* Other solution is abort search procedure */ continue; } // loop to do the search do { // read a bit and its complement PT_RX_BITS(2); if(!IO_SUCCESS()) { /* Error while receiving 2 bits. * As ID_BIT_NUMBER less than 65 search procedure * resumed from state such as original task entry. */ break; } if((RX_VALUE = drvOneWireRxBits(2)) < 0) { __no_operation(); break; } uint8_t id_bit = (RX_VALUE & 0x01) ? 1 : 0; uint8_t cmp_id_bit = (RX_VALUE & 0x02) ? 1 : 0; uint8_t search_direction; /* check for no devices on 1-wire */ if ((id_bit == 1) && (cmp_id_bit == 1)) { /* Same bit values equ "1" indicate no devices on the bus */ break; } else { /* all devices coupled have 0 or 1 */ if (id_bit != cmp_id_bit) { search_direction = id_bit; /* bit write value for search */ } else { /* if this discrepancy if before the LAST_DISCREPANCY on a previous next then pick the same as last time */ if (ID_BIT_NUMBER < LAST_DISCREPANCY) { search_direction = (ROMID_BYTE_REF(ROM_BYTE_NUMBER) & ROM_BYTE_MASK) ? 1 : 0; } else { /* if equal to last pick 1, if not then pick 0 */ search_direction = (ID_BIT_NUMBER == LAST_DISCREPANCY) ? 1 : 0; } /* if 0 was picked then record its position in LAST_ZERO */ if (search_direction == 0) { LAST_ZERO = ID_BIT_NUMBER; } /* check for LAST_FAMILY_DISCREPANCY in family */ if (LAST_ZERO < 9) { LAST_FAMILY_DISCREPANCY = LAST_ZERO; } } } /* set or clear the bit in the ROM byte ROM_BYTE_NUMBER with mask rom_byte_mask */ if (search_direction == 1) { ROMID_BYTE_REF(ROM_BYTE_NUMBER) |= ROM_BYTE_MASK; } else { ROMID_BYTE_REF(ROM_BYTE_NUMBER) &= ~ROM_BYTE_MASK; } /* serial number search direction write bit */ PT_TX_BITS(search_direction, 1); /* search_direction not stored, therefore we can't check echo */ if(!IO_SUCCESS()) { /* Sending direction failed. * As ID_BIT_NUMBER less than 65 search procedure * resumed from state such as original task entry. */ break; } /* increment the byte counter ID_BIT_NUMBER and shift the mask rom_byte_mask */ ID_BIT_NUMBER++; ROM_BYTE_MASK <<= 1; /* if the mask is 0 then go to new SerialNum byte ROM_BYTE_NUMBER and reset mask */ if (ROM_BYTE_MASK == 0) { ROM_BYTE_NUMBER++; ROM_BYTE_MASK = 1; } } while(ROM_BYTE_NUMBER < 8); /* loop until through all ROM bytes 0-7 */ /* if the search was successful then */ if(!(ID_BIT_NUMBER < 65)) { uint8_t i; /* Calculate CRC */ uint8_t crc = 0; for(i = 0;i < sizeof(ROMID);i++) { crc = modOneWireUpdateCRC(crc, ROMID_BYTE_REF(i)); } if(crc) { /* CRC error. * Repeat procedure from original point */ continue; } /* search successful so set LAST_DISCREPANCY and LAST_DEVICE_FLAG */ LAST_DISCREPANCY = LAST_ZERO; // check for last device if (LAST_DISCREPANCY == 0) { LAST_DEVICE_FLAG = 1; } /* Next device detection complete */ } else { /* I/O error. * Retry procedure from original point */ continue; } if(!ROMID.id.familyCode) { /* familyCode не должен быть равен 0! */ break; } /* Return detected device S/N */ PT_YIELD(TASK_CONTEXT); } /* Reset state for next scan loop (if need) */ ptOneWireInitWalkROM(CONTEXT); PT_END(TASK_CONTEXT); } /* * Initialize device search procedure */ void ptOneWireInitWalkROM(pt_onewire_search_context_t * _ctx) { /* Prepare ptOneWireWalkROM() for first call */ LAST_DISCREPANCY = 0; LAST_DEVICE_FLAG = 0; LAST_FAMILY_DISCREPANCY = 0; /* Initialize protothreads data */ PT_INIT(TASK_CONTEXT); }
Я просто взял синхронную реализацию от Maxim и заменил обращения к процедурам ввода/вывода на асинхронные макрокоманды. Все это вместе с прогонкой тестовых примеров заняло у меня порядка получаса. Интересно, сколько пришлось бы возиться без применения обертки protothreads?
Полный исходный код проекта для STM8L-Discovery board размещен на github. Для создания сборки с вышеприведенными примерами при компиляции необходимо определить символ HIGH_LEVEL.
Список литературы:
- Код проекта на github
- Примитивы для реализации 1-Wire master при помощи PWM и ICP для STM8L и STM32
- Примитивы для реализации 1-Wire master при помощи PWM и ICP на микроконтроллерах AVR AtMega
- Protothreads from Adam Dunkels
- Хабр от ldir Многозадачность в микроконтроллерах на основе продолжений
- Хабр от LifeV Protothread и кооперативная многозадачность
- APPLICATION NOTE 187. 1-Wire Search Algorithm
ссылка на оригинал статьи https://habrahabr.ru/post/326320/
Добавить комментарий