ES2-Themen zur freien Beschäftigung

H. Högl, 22. November 2023, <Hubert.Hoegl@hs-augsburg.de>

RTOS

Ideen

• Mehrere quasiparallele Tasks definieren

• Synchronisationsmittel testen

• Taskwechsel auf dem Logikanalysator untersuchen

• Resourcen verwalten („Gatekeeper Task“)

• RTOS und Low-Power, „Tickless“ Betriebsart

• Alternative RTOS, z.B. RIOT, https://www.riot-os.org, Wikipedia

Lesestoff

• es2/skript/rtos.html

• Elecia White, Making Embedded Systems, Kap. 6, Managing the flow of activity

  https://learning.oreilly.com/library/view/making-embedded-systems/9781098151539/ch06.html#tasks_idoKw0AO

• Jim Ledin, Architecting High-Performance Embedded Systems, Kap. 3 Operating in Real Time

  https://learning.oreilly.com/library/view/architecting-high-performance-embedded/9781789955965/B12994_03_Final_JM_ePub.xhtml

• Joseph Yiu, Kap. 19, Using Embedded Operating Systems

  https://learning.oreilly.com/library/view/the-definitive-guide/9780124080829/xhtml/CHP019.html

• Daniele Lacamera, Kap. 10, Paralel Tasks and Scheduling

  https://learning.oreilly.com/library/view/embedded-systems-architecture/9781803239545/B18730_10.xhtml

• Beispielprogramme

  • STM32CubeF4/Projects/STM32446E_EVAL/Applications/FreeRTOS/FreeRTOS_*

Programmierung

• C, C++

• Cube LL, HAL

• Frameworks/IDEs: STM32 CubeIDE, Arduino (stm32duino.com), Mbed (https://os.mbed.com)

• Meta-Framework: Platformio (https://platformio.org)

• Alternative Bibliotheken: https://libopencm3.org

• Netzwerkprogrammierung: lwIP, mbedTLS, wolfSSL (mit B-L475E-IOT01A)

• Filesystem: FatFS (http://elm-chan.org/fsw/ff), JesFS (https://github.com/joembedded/JesFs)

• GUI: https://lvgl.io

• Alternative Sprachen

  • Interpreter: Micropython, Lua, JavaScript (https://www.espruino.com)

  • TinyGo

  • Rust

  • Artikel von Joseph Yiu, 2013. Geht ein auf Java, MatLab/SimuLink, Arduino, Mbed, Statemachines, Ada.

    es2/prog/01_Yiu_the-Many-Ways-of-Programming-a-ARM-Cortex-M-microcontroller.pdf

• Elektor Artikelserie „Bare-Metal Programming“ von Sergey Liubka (Teil 3: Mongoose OS, Webserver)

  • es2/Elektor-Bare-Metal/

  • https://github.com/cpq/bare-metal-programming-guide

  Im dritten Teil wird ein Webserver mit dem NUCLEO-F429ZI Board implementiert. Dieses Board ist mit einer Ethernet Buchse ausgestattet.

  Im Wintersemester 23/24 haben wir versucht, eine Nucleo Board ohne Ethernet Buchse mit einem externen ENC28J60 Netzwerkmodul von Berrybase (https://www.berrybase.de/en/enc28j60-ethernet-modul) zubetreiben (siehe Gitlab WS23/10).

Low-Power Programmierung

• STM32CubeF4/Projects/STM32446E-Nucleo/Examples/PWR/PWR_CurrentConsumption/

• Abschätzung Laufzeit von batteriebetriebenen Geräten

• https://www.st.com/en/development-tools/stm32cubemonpwr.html

• X-NUCLEO-LPM01A zur Messung der Stromaufnahme

  https://www.st.com/en/evaluation-tools/x-nucleo-lpm01a.html

• Reinhard Keil, Frank Grobe, Designing Energy-Efficient Systems with Cortex-M Microcontrollers

  es2/prog/keil_grobe_energyeff.pdf

• Microchip, Low-Power Design Guide (nimmt zwar einen PIC16 als konkretes Beispiel, der Inhalt gilt aber auch für andere Controller)

  es2/prog/Microchip-AN1416-Lowpower.pdf

• es2/skript/lowpower.html

Debuggen

• Cube Monitor https://www.st.com/en/development-tools/stm32cubemonitor.html

• Tracing über SWO (Serial Wire Output) Pin des STM32

  • Blog Eintrag https://www.codeinsideout.com/blog/stm32/swv/

  • Buch von Joseph Yiu, Kap. 14 (Debug and Trace) https://learning.oreilly.com/library/view/the-definitive-guide/9780124080829/xhtml/CHP014.html

• Segger „Real Time Transfer“ (RTT)

  https://www.segger.com/products/debug-probes/j-link/technology/about-real-time-transfer

• Keil Event Rekorder, „Real Time Events“

  https://www.keil.com/pack/doc/compiler/EventRecorder/html/index.html

USB

Ideen

• USB Maus simulieren (HID Class); STM32 als USB Device

• USB UART (CDC Class); STM32 als USB Device

• USB Massenspeicher (MSC Class); STM32 als USB Host

• USB OTG (Host und Device abwechselnd)

Hinweise

• Das Nucleo F446 hat keine USB Buchse die direkt an den F446 geht, deshalb benötigt man noch ein USB Breakout Board:

  https://www.berrybase.de/usb-micro-b-breakout-board

• STM32CubeF4/Middlewares/ST/STM32_USB_Device_Library/

• STM32CubeF4/Middlewares/ST/STM32_USB_Host_Library/

• Beispiele unter

  • STM32CubeF4/Projects/STM32446E_EVAL/Applications/USB_Host/

  • STM32CubeF4/Projects/STM32446E_EVAL/Applications/USB_Device/

Literatur

• „USB in a Nutshell“

  https://www.beyondlogic.org/usbnutshell/usb1.shtml

Bootloader

Boot-Kanäle: USART, CAN, SPI, I2C, USB DFU

• Lacamera, Kap. 4, „The Boot-Up Procedure“

  https://learning.oreilly.com/library/view/embedded-systems-architecture/9781803239545/B18730_04.xhtml

• AN2606

  https://www.st.com/resource/en/application_note/an2606-stm32-microcontroller-system-memory-boot-mode-stmicroelectronics.pdf

• AN3155

  https://www.st.com/resource/en/application_note/an3155-usart-protocol-used-in-the-stm32-bootloader-stmicroelectronics.pdf

• Der STM32 CubeProgrammer kann über den USART und das Bootloaderprotokoll (AN3155) auf den Mikrocontroller zugreifen (zusätzlich auch über JTAG, SWD, USB DFU).

  https://www.st.com/en/development-tools/stm32cubeprog.html

• AN3156 (USB DFU)

  https://www.st.com/resource/en/application_note/cd00264379-usb-dfu-protocol-used-in-the-stm32-bootloader-stmicroelectronics.pdf

  https://dfu-util.sourceforge.net

  https://dfu-util.sourceforge.net/dfuse.html

• Der von ST Micro vorgegebene Bootloader ist im ROM gespeichert, kann also nicht geändert werden. Man kann aber zusätzlich einen selbstgeschriebenen Bootloader im Flash-Speicher ablegen.

  Ein praktisches Feature von meist selbstgeschriebenen Bootloadern ist „Firmware Over The Air Update“ (FOTA).