http://www.playembedded.org/blog/en/2017/08/24/demos-chibios-stm32/
http://www.playembedded.org/blog/en/2016/10/29/explanation-multithreading-chibios/
Cortex-M4 MCU(ST32F4)를 환경에서 Real Time OS(RTOS)인 ChibiOS를 이용한 임베디드(embedded) 시스템의 코딩의 예제입니다. 참고하시기 바랍니다.
주요 헤더 파일입니다.
chconf.h
Kernel에 관련된 세팅이 포함되며 예를 들어 시스템 Timer와 Kernel 파라미터, 디버깅에 연관된 스위치 등입니다.
/*===========================================================================*/
/**
* @name Debug options
* @{
*/
/*===========================================================================*/
/**
* @brief Debug option, kernel statistics.
*
* @note The default is @p FALSE.
*/
#define CH_DBG_STATISTICS FALSE
/**
* @brief Debug option, system state check.
* @details If enabled the correct call protocol for system APIs is checked
* at runtime.
*
* @note The default is @p FALSE.
*/
#define CH_DBG_SYSTEM_STATE_CHECK FALSE
/**
* @brief Debug option, parameters checks.
* @details If enabled then the checks on the API functions input
* parameters are activated.
*
* @note The default is @p FALSE.
*/
#define CH_DBG_ENABLE_CHECKS FALSE
/**
* @brief Debug option, consistency checks.
* @details If enabled then all the assertions in the kernel code are
* activated. This includes consistency checks inside the kernel,
* runtime anomalies and port-defined checks.
*
* @note The default is @p FALSE.
*/
#define CH_DBG_ENABLE_ASSERTS FALSE
/**
* @brief Debug option, trace buffer.
* @details If enabled then the trace buffer is activated.
*
* @note The default is @p CH_DBG_TRACE_MASK_DISABLED.
*/
#define CH_DBG_TRACE_MASK CH_DBG_TRACE_MASK_DISABLED
/**
* @brief Trace buffer entries.
* @note The trace buffer is only allocated if @p CH_DBG_TRACE_MASK is
* different from @p CH_DBG_TRACE_MASK_DISABLED.
*/
#define CH_DBG_TRACE_BUFFER_SIZE 128
/**
* @brief Debug option, stack checks.
* @details If enabled then a runtime stack check is performed.
*
* @note The default is @p FALSE.
* @note The stack check is performed in a architecture/port dependent way.
* It may not be implemented or some ports.
* @note The default failure mode is to halt the system with the global
* @p panic_msg variable set to @p NULL.
*/
#define CH_DBG_ENABLE_STACK_CHECK FALSE
/**
* @brief Debug option, stacks initialization.
* @details If enabled then the threads working area is filled with a byte
* value when a thread is created. This can be useful for the
* runtime measurement of the used stack.
*
* @note The default is @p FALSE.
*/
#define CH_DBG_FILL_THREADS FALSE
/**
* @brief Debug option, threads profiling.
* @details If enabled then a field is added to the @p thread_t structure that
* counts the system ticks occurred while executing the thread.
*
* @note The default is @p FALSE.
* @note This debug option is not currently compatible with the
* tickless mode.
*/
#define CH_DBG_THREADS_PROFILING FALSE
/** @} */
halconf.h
ChibiOS/HAL 드라이버에 관련된 특성을 포함합니다. 예를 들어, PAL, CAN, ADC, DAC, PWM, Serial 드라이버 등이 해당됩니다. 참고로 사용하지 않는 드라이버는 disable 시켜야 합니다.
/**
* @brief Enables the PAL subsystem.
*/
#if !defined(HAL_USE_PAL) || defined(__DOXYGEN__)
#define HAL_USE_PAL TRUE
#endif
/**
* @brief Enables the ADC subsystem.
*/
#if !defined(HAL_USE_ADC) || defined(__DOXYGEN__)
#define HAL_USE_ADC FALSE
#endif
/**
* @brief Enables the CAN subsystem.
*/
#if !defined(HAL_USE_CAN) || defined(__DOXYGEN__)
#define HAL_USE_CAN TRUE
#endif
/**
* @brief Enables the DAC subsystem.
*/
#if !defined(HAL_USE_DAC) || defined(__DOXYGEN__)
#define HAL_USE_DAC FALSE
#endif
mcuconf.h
MCU에 관련된 모든 설정을 포함합니다. 따라서 MCU에 따라 다릅니다. Clock 트리, DMA, IRQ 우선순위 등이 예입니다.
ChibiOS의 가장 중요한 특성 중의 하나는 멀티스레딩(multi-threading)입니다. 이는 Kernel이 한가지 이상의 스레드를 독립적으로 나란히 동시에 실행하는 것입니다. 스레드는 실제의 함수이고 시작되었을 때 우선순위 레벨(priority level)과 working area에 연관됩니다. Working area는 스레드에 할당된 메모리의 부분이고 우선 순위는 상대적인 숫자로 나타냅니다.
모든 스레드는 그 루프 내에 sleep과 suspending 함수를 가져야 합니다. 이런 방식으로 CPU의 소유권은 여러 스레드 사이에서 스위치 되고 스케쥴은 진행될 수 있습니다. ChibiOS는 다른 sleep 함수를 제공합니다. 다음 함수는 XXX [ms] 시간 동안 스레드를 suspending 합니다. 이 함수는 ChibiOS 이하의 os\rt\include\chthreads.h에 선언되어 있습니다.
chThdSleepMilliseconds(<xxx>);
Makefile
Embitz와 같은 IDE 환경을 사용시 일일이 지정해야 하고 IDE 툴마다 다를 수 있지만, 전통적인 Unix 환경에서 Makefile을 이용한 방법이 일목요연하고 유지관리가 용이하기 때문에 Makefile을 이용한 빌드 기준으로 설명합니다.
ChibiOS를 사용하기 위해서는 ChibiOS가 설치된 상대 경로의 지정이 필요합니다.
# Imported source files and paths
PROJECT = build
CHIBIOS = ../../..
MCU = cortex-m4
TRGT = arm-none-eabi-
참고로 'build'는 프로젝트 이름이며 MCU는 cortex-m4이고 TRGT는 GNU Toolchain을 사용함을 의미합니다.
main.c
static THD_WORKING_AREA(waThread1, 128);
static THD_FUNCTION(Thread1, arg) {
(void)arg;
chRegSetThreadName("Thread1");
while (true) {
palTogglePad(GPIOA, GPIOA_LED_GREEN);
chThdSleepMilliseconds(200);
}
}
int main(void) {
halInit();
chSysInit();
chThdCreateStatic(waThread1, sizeof(waThread1), NORMALPRIO + 1, Thread1, NULL);
while (true) {
palTogglePad(GPIOA, GPIOA_LED_RED);
chThdSleepMilliseconds(375);
}
}
위의 예제에서 128byte의 크기를 갖는 waThread1라는 이름의 working area를 선언하고 Thread1이라는 함수를 선언합니다. 위의 두 라인은 단지 메모리와 함수를 선언한 것이며 main() 함수에서 thread 생성을 시켜야 사용할 수 있습니다. THE_FUNCTION의 arg는 함수 내부 코드로 전달되는 인자입니다.
chRegSetThreadName("blinker");
위 함수는 루프 이전에 단 한번 실행됩니다. 이 함수는 ChibiOS 이하의 os\rt\include\chregistry.h에 선언되어 있습니다.
main()함수 내의 2가지 함수가 실행되는데 이는 시스템 초기화를 실행하는 것으로, hallnit()는 ChibiOS/HAL과 HAL 서브 시스템을 초기화 하는 것이며 chSysInit()는 ChibiOS/RT의 API와 Kernel을 초기화합니다. 이후에는 main() 함수의 스레드와 다른 모든 스레드가 실행될 준비가 되지 않았을 때 실행되는 idle 스레드가 생성됩니다. 또한 이들 초기화 이전에 어떤 API의 실행은 하지 말아야 합니다. ChibiOS/RT 그리고 ChibiOS/HAL에 근거한 모든 프로그램은 위와 동일한 방식으로 시작합니다. 여기서 halInit() 함수는 ChibiOS 이하의 os\hal\include\hal.h에 그리고 chSysInit() 함수는 ChibiOS 이하의 os\rt\include\chsys.h에 선언되어 있습니다.
palTogglePad() 함수는 ChibiOS 이하의 os\hal\include\hal_pal.h에 선언되어 있으며, 첫번째 인자는 포트이고 두번째 인자는 그 포트 내에서의 패드 숫자입니다. 따라서 이 함수는 해당 포트의 해당 패드에 그 논리적인 상태 즉, LED를 토글(toggle)합니다.
chThdCreateStatic(waThread1, sizeof(waThread1), NORMALPRIO + 1, Thread1, NULL);
위의 스레드의 생성 함수는 5개의 인자가 필요하며 첫번째는 working area의 포인트이며 마지막 인자는 Thread1 함수로 전달될 파라미터로 이 경우에는 아무것도 보내지 않습니다. 이 함수는 ChibiOS 이하의 os\rt\include\chthreads.h에 선언되어 있습니다.
이 경우에 3개의 스레드인, Thead1, main, idle가 있으며 즉, Kernel은 3가지 스레드를 관리게 되는데 개념적인 timing 플로우는 다음과 같습니다.
위 그림에서 스레드는 y축 상에 우선순위에 따라 실행되고 x축은 시간이 됩니다. chSysInit()이 실행될 때 main() 함수는 main이라는 스레드가 되고 Thread1의 생성될 때까지 실행됩니다. Thread1이 생성된 후에는 main와 Thread1이 준비된 상태가 됩니다.
ChibiOS의 우선순위는 정수이고 LOWPRIO와 HIGHPRIO의 범위를 가지며 main 스레드는 NORMALPRIO의 우선 순위를 가지며 전체 범위의 중간 값을 가집니다. Thread1과 main() 함수 내에 chThdSleepMilliseconds() 함수는 시간을 지연시키지만 그 동안 CPU의 소유권을 다음의 우선순위 스레드에 넘기게 됩니다.
