応用例Ｂ データロガー
USOを、データロガーに適用してみます。 データロガーで測定する数値は、気温、湿度、気圧とします。 求めた数値は、ＥＥＰＲＯＭに保存し、測定周期は６分とします。 システム構成は、下図とします。仕様は、以下とします。 リアルタイムクロックから、時刻を入力し分が00、06、12、18、 24、30、36、42、48、54であるとき、センサーからデータ入力します。 数値データを、２バイトの整数に変換し、EEPROMに保存します。 システム構成図から、必要となるタスクを考えます。
- リアルタイムクロックの時刻を判定し、他のタスク起動
- 温度センサーからA/Dコンバータ経由で数値入力
- 湿度センサーからA/Dコンバータ経由で数値入力
- 気圧センサーからA/Dコンバータ経由で数値入力
- 気温、湿度、気圧を、EEPROMに保存
マイクロコンピュータ選定
電池駆動ができるマイクロコンピュータを想定して、電源電圧が 広い製品がよいので、ATMELのAT90S8535を利用します。 Ａ／Ｄコンバータを利用するので、マイクロコンピュータには Ａ／Ｄコンバータ内蔵タイプが望ましいのです。AT90S8535は８ チャネルのＡ／Ｄコンバータを内蔵しています。 １時間に１０回データを保存するので、１時間で６０バイト。 ２４時間で、１４４０バイトとなります。 内蔵EEPROMでは、容量が不足するので、外付けとします。 リアルタイムクロックは、IICバス接続のものがあるので、これを 使います。タスク分割
５タスクとなったので、タスク０からタスク４にします。- タスク０ 時刻判定による、他タスク起動
- タスク１ 温度センサー処理
- タスク２ 湿度センサー処理
- タスク３ 気圧センサー処理
- タスク４ データ保存
タスク初期状態設定
各タスクの動作概要から、タスク０とタスク４はREADY にしておけばよいでしょう。 タスク１からタスク３は、タスク０から起動されるので SUSPENDにしておけば充分です。 まとめると、以下です。- タスク０ READY
- タスク１ SUSPEND
- タスク２ SUSPEND
- タスク３ SUSPEND
- タスク４ READY
タスク動作定義
各タスクの動作を定義します。 タスク０ 「時刻判定による、他タスク起動。」が与えられた 仕様のひとつなので、これを定義します。 シーケンスを、言葉で記述します。 リアルタイムクロックから分を入力 入力した値が６の倍数ならば、他タスク起動 Ｃのコードでは、以下のようにします。 minute = get_time(MINUTE); if ( (minute % 6) == 0 ) { rsm_tsk(TSK_ID0); rsm_tsk(TSK_ID1); rsm_tsk(TSK_ID2); } 便利な関数get_timeは、実装時に考えます。 もうひとつの機能が必要でした。 「データ保存指示。」があるので、フラグを 利用して、タスク４に指示を出します。 store_flag = ON ; ６分ごとの周期処理なので、システムコールで待ち時間を指定します。 UBYTE store_flag ; void tsk0_proc(void) { UBYTE minute ; minute = get_time(MINUTE); if ( (minute % 6) == 0 ) { rsm_tsk(TSK_ID0); rsm_tsk(TSK_ID1); rsm_tsk(TSK_ID2); store_flag = ON ; } wai_tsk( 36000 ); } タスク１ 「温度センサー処理」が与えられた仕様 なので、これを定義します。 Ａ／Ｄコンバータで、温度センサーから数値を入力します。 val = get_analog( TH_CHANNEL ) ; 便利な関数get_analogは、実装時に考えます。 数値を計算し、変数thermometerに保存します。 thermometer = calculate_thermometer( val ); 関数calculate_thermometerは、実装時に考えます。 数値を変数保存後、休眠すればよいので、システムコールを使います。 slp_tsk(); まとめます。 #define TH_CHANNEL 0 UWORD thermometer ; void tsk1_proc(void) { UWORD val ; val = get_analog( TH_CHANNEL ) ; thermometer = calculate_thermometer( val ); slp_tsk(); } タスク２ 「湿度センサー処理」が与えられた仕様 なので、これを定義します。 Ａ／Ｄコンバータで、湿度センサーから数値入力後、変数に保存します。 val = get_analog( HU_CHANNEL ) ; humidety = calculate_humidety( val ); 関数calculate_humidetyは、実装時に考えます。 数値を変数保存後、休眠するとして、まとめます。 #define HU_CHANNEL 1 UWORD humidety ; void tsk2_proc(void) { UWORD val ; val = get_analog( HU_CHANNEL ) ; humidety = calculate_humidety( val ); slp_tsk(); } タスク３ 「気圧センサー処理」が与えられた仕様 なので、これを定義します。 #define PR_CHANNEL 2 UWORD pressure ; void tsk3_proc(void) { UWORD val ; val = get_analog( PR_CHANNEL ) ; pressure = calculate_pressure( val ); slp_tsk(); } タスク４ 「データ保存」が与えられた仕様 なので、これを定義します。 フラグの状態をみて、３つの数値を保存します。 if ( store_flag == ON ) { store_flag = OFF ; store_eeprom(thermometer、humidety、pressure); } 関数storeは、実装時に定義します。 まとめると、以下です。 void tsk4_proc(void) { if ( store_flag == ON ) { store_flag = OFF ; store_eeprom(thermometer、humidety、pressure); } }動作再検討
５タスクに分割して、各タスクを定義しましたが、タスク １から３は、同じ動作をしているだけです。 実際には、タスクは３つで充分でした。 もう一度、タスクの初期状態とタスク関数を定義します。- タスク０ READY
- タスク１ SUSPEND
- タスク２ READY
コンフィグレーション
各タスクの内容を定義したので、コンフィグレータを利用 して、スケルトンのソースコードを生成します。 スケルトンソースコードの中にある、次の関数にタスク処理 を定義します。- tsk0_proc
- tsk1_proc
- tsk2_proc
タイマー割込み定義
USOのためにタイマーを１個利用します。 マイクロコンピュータとして、AT90S8535を利用する と仮定し、システムクロックを８MHzを分周して100Hz (=10ms)を生成します。 タイマーのプリスケーラを利用して、８分周します。 8MHz/8＝1000000 100Hzを生成するためには、10000分周すれば充分です。 1000000/100=1875 タイマー１のコンペアマッチ割込みを利用するため、２つ のレジスタに数値を設定します。 OCR1A = 9999 ; OCR1B = 10000 ; タイマー１の初期化は、モード指定、カウンタとレジスタ設定 タイマースタートの３処理にまとめます。 /* select clock source */ TCCR1A = (1 << CS11) ; /* clear timer/counter */ TCNT1 = 0 ; /* set compare values */ OCR1A = 1874 ; OCR1B = 2000 ; /* Enable Compare match interruption */ TIMSK = (1 << OCIE1A) ; このコードは、関数user_initializeに含めます。 割込みが発生した場合は、WAITであるタスクを探して カウンタを減算します。 カウンタが０になれば、WAITからREADYに変更します。 SIGNAL(SIG_TIMER1_COMPA) { UWORD xtmp; UBYTE loop; /* clear counter */ TCNT1 = 0 ; /* call timer handling */ xtmp = waitq ; for ( loop = 0 ; loop < TSK_ID_MAX ; loop++ ) { if ( xtmp & 1 ) { tcb[loop].wcount-- ; if ( tcb[loop].wcount == 0 ) { rsm_tsk(loop); } } xtmp >>= 1 ; } }全ソースコード
実際にクロスコンパイラにかけ、テストしたソース コードは、以下です。 LEDの点灯、消灯は、コンパイラの仕様にあわせて 変更してあります。 #include <avr/io.h> #include <avr/io8535.h> #include <avr/interrupt.h> #define TSK_ID_MAX 3 #define TSK_ID0 0 #define TSK_ID1 1 #define TSK_ID2 2 typedef unsigned char UBYTE ; typedef unsigned short UWORD ; typedef signed char SBYTE ; typedef signed short SWORD ; typedef struct { void (*tsk)(void); UWORD wcount ; } TCBP ; #define TTS_SUSPEND 0 #define TTS_WAIT TTS_SUSPEND+1 #define TTS_READY TTS_SUSPEND+2 #define NO 0 #define YES 1 #define OFF 0 #define ON 1 volatile UBYTE ready ; volatile UBYTE suspend; volatile UBYTE waitq ; volatile UBYTE run_tsk; TCBP tcb[TSK_ID_MAX]; /*------------------------*/ /* task function protoype */ /*------------------------*/ void tsk0_proc(void); void tsk1_proc(void); void tsk2_proc(void); /*-----------------------*/ /* system call prototype */ /*-----------------------*/ void init_os(void); void cre_tsk(UBYTE tid,void (*tsk)(void)); void sta_tsk(UBYTE tid,UBYTE sta); void rsm_tsk(UBYTE tid); void sus_tsk(UBYTE tid); void slp_tsk(void); void wai_tsk(UWORD x); UBYTE is_tsk_ready(UBYTE tid); /*--------------------------------------*/ /* Insert user definition and variables */ /*--------------------------------------*/ #define TH_CHANNEL 0 #define HU_CHANNEL 1 #define PR_CHANNEL 2 UBYTE store_flag ; UWORD thermometer ; UWORD humidety ; UWORD pressure ; /*--------------------------------*/ /* Insert user functions protoype */ /*--------------------------------*/ void user_initialize(void); UBYTE get_time(UBYTE x); UWORD get_analog(UBYTE x) ; UWORD calculate_thermometer(UWORD x) ; UWORD calculate_humidety(UWORD x) ; UWORD calculate_pressure(UWORD x) ; void store_eeprom(UWORD th,UWORD hu,UWORD pre); /*------*/ /* main */ /*------*/ int main(void) { TCBP pcur_tsk ; cli() ; /* initialize monitor */ init_os(); cre_tsk(TSK_ID0,tsk0_proc); cre_tsk(TSK_ID1,tsk1_proc); cre_tsk(TSK_ID2,tsk2_proc); sta_tsk(TSK_ID0,TTS_READY); sta_tsk(TSK_ID1,TTS_SUSPEND); sta_tsk(TSK_ID2,TTS_READY); user_initialize(); sei() ; /* loop */ run_tsk = TSK_ID0 ; while ( ON ) { pcur_tsk = tcb[run_tsk] ; if ( is_tsk_ready( run_tsk ) == YES ) { (*(pcur_tsk.tsk))(); } run_tsk++; if ( run_tsk == TSK_ID_MAX ) { run_tsk = TSK_ID0 ; } } /* dummy */ return 0 ; } /*----------------*/ /* task functions */ /*----------------*/ void tsk0_proc(void) { UBYTE minute ; minute = get_time(MINUTE); if ( (minute % 6) == 0 ) { rsm_tsk(TSK_ID0); store_flag = ON ; } wai_tsk( 36000 ); } void tsk1_proc(void) { UWORD val ; val = get_analog( TH_CHANNEL ) ; thermometer = calculate_thermometer( val ); val = get_analog( HU_CHANNEL ) ; humidety = calculate_humidety( val ); val = get_analog( PR_CHANNEL ) ; pressure = calculate_pressure( val ); slp_tsk(); } void tsk2_proc(void) { if ( store_flag == ON ) { store_flag = OFF ; store_eeprom(thermometer、humidety、pressure); } } /*------------------*/ /* system call body */ /*------------------*/ void init_os(void) { ready = suspend = waitq = 0 ; } void cre_tsk(UBYTE tid,void (*tsk)(void)) { tcb[tid].tsk = tsk; tcb[tid].wcount = 0; } void sta_tsk(UBYTE tid,UBYTE sta) { UBYTE tmp ; tmp = (1 << tid); if ( sta == TTS_READY ) { ready |= tmp; } if ( sta == TTS_SUSPEND ) { suspend |= tmp; } if ( sta == TTS_WAIT ) { waitq |= tmp; } } void rsm_tsk(UBYTE tid) { UBYTE tmp ; tmp = (1 << tid); ready |= tmp; suspend &= ~tmp; waitq &= ~tmp; } void sus_tsk(UBYTE tid) { UBYTE tmp ; tmp = (1 << tid); ready &= ~tmp; suspend |= tmp; waitq &= ~tmp; } void slp_tsk(void) { sus_tsk(run_tsk); } void wai_tsk(UWORD x) { UBYTE tmp ; tmp = (1 << run_tsk); ready &= ~tmp; suspend &= ~tmp; waitq |= tmp; tcb[run_tsk].wcount = x ; } UBYTE is_tsk_ready(UBYTE tid) { return( (ready >> tid) & 1 ) ; } /*-----------------------*/ /* Insert user functions */ /*-----------------------*/ void user_initialize(void) { /* set I/O initial values */ PORTB = 0b00000010 ; /* oooooooo */ PORTD = 0b11111111 ; /* oooiiiii */ /* set I/O directions */ DDRB = 0b11111111 ; /* oooooooo */ DDRD = 0b11110000 ; /* oooiiiii */ /* set flag */ store_flag = OFF ; /* initialize timer1 */ { /* select clock source */ TCCR1A = (1 << CS11) ; /* clear timer/counter */ TCNT1 = 0 ; /* set compare values */ OCR1A = 1874 ; OCR1B = 2000 ; /* Enable Compare match interruption */ TIMSK = (1 << OCIE1A) ; } } /* timer0 interrupt */ SIGNAL(SIG_TIMER1_COMPA) { UBYTE xtmp; UBYTE loop; /* clear counter */ TCNT1 = 0 ; /* call timer handling */ xtmp = waitq ; for ( loop = 0 ; loop < TSK_ID_MAX ; loop++ ) { if ( xtmp & 1 ) { tcb[loop].wcount-- ; if ( tcb[loop].wcount == 0 ) { rsm_tsk(loop); } } xtmp >>= 1 ; } } UBYTE get_time(UBYTE x) { return 0 ; } UWORD get_analog(UBYTE x) { return 0 ; } UWORD calculate_thermometer(UWORD x) { return 0 ; } UWORD calculate_humidety(UWORD x) { return 0 ; } UWORD calculate_pressure(UWORD x) { return 0 ; } void store_eeprom(UWORD th,UWORD hu,UWORD pre) { ; }目次 前 次