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Repositório da disciplina de Sistemas Embarcados - Prof Paulo Denis Garcez da Luz

ELF74 - Sistemas Embarcados

• Aluno: Anderson Luiz de Souza Kmetiuk

• Email: [email protected]

• Professor: Paulo Denis Garcez da Luz

• Email: [email protected]

• Disciplina: ELF74 - Sistemas Embarcados

• Ano: 2022

• Semestre: 1

Documentações

Tiva C Series → TM4C1294NCPDT

• Datasheet
• Cortex M3/M4F Instruction Set
• ARM and Thumb-2 Instruction Set - Quick Reference Card

IAR Embedded Workbench for ARM v9.20

• Download

TivaWare C Series v2.2.0.295

• Download
• TivaWare Peripheral Driver Library

ThreadX

• Github Repo
• Documentation

Elevador

• Projeto SimSE32

DevKit

• LEDs

  • PN1 → LED 1
  • PN0 → LED 2
  • PF4 → LED 3
  • PF0 → LED 4

• Switchs

  • PJ0 → SW1
  • PJ1 → SW2

Lab 1

Configuração inicial da placa

Lab 2

Definição do problema

• Deve-se ler uma tecla: Tecla_1 (PJ0/USR_SW1) para iniciar a contagem do tempo e enquanto a Tecla_1 não for pressionada nada acontece.
• O disparo do “tempo de jogo” deve ser feito pela Tecla_2 (PJ1/USR_SW2) somente após ter sido dado início do jogo na Tecla_1.
• Caso o tempo exceda de 3s, travar o uso da segunda tecla: Tecla_2 e indicar que o jogo acabou acendendo o LED:D4 (PF0).
• O programa pode deve reiniciar todo o processo caso a Tecla_1 (PJ0/USR_SW1) seja pressionada novamente, mesmo estando no estado do “tempo de jogo”.
• A reposta do “tempo de jogo” deve ser fornecida em "ms".

Fluxograma

Lab 3 - Histograma

Integração de Assembly com C.

Contexto

Um bitmap é composto por pixels dispostos na forma de uma matriz. Numa imagem em tons de cinza, cada pixel é representado por um valor numérico indicando o nível de luminosidade daquele pixel. Numa imagem em tons de cinza de 8-bits, cada pixel é representado por um valor de 8-bits, portanto de 0 (preto) até 255 (branco).

Um histograma é uma representação gráfica da distribuição de tons de uma imagem. O eixo horizontal apresenta os possíveis valores dos pixels (neste caso de 0 a 255) e o eixo vertical indica quantos pixels da imagem tem aquele valor.

Definição do problema

Desenvolva uma função em assembly que constrói o histograma de uma imagem em tons de cinza com 8-bits por pixel.

Parâmetros de entrada

• image width - número de pixels em uma linha da imagem.
• image height - altura da imagem em pixels.
• starting address - endereço do primeiro pixel da imagem.
• histogram - endereço inicial de um vetor de tamanho 256. Cada posição do vetor armazena um inteiro sem sinal de 16-bits. Este vetor não possui dados válidos quando a função é chamada. Ele é usado apenas para o retorno da função.

Restrições

• O tamanho máximo da imagem é de 64K (65.536) pixels.
• A função retorna o valor 0 se o tamanho da imagem for superior a 64K.

Retorno

• Inteiro sem sinal de 16 bits indicando o número de pixels processados.
• Saída em CSV (comma-separated values)
  • Como a tiva não tem suporte para arquivos os valores são gerados no console e são copiados manualmente para um arquivo .csv

Prototipo da função

uint16_t EightBitHistogram(uint16_t width, uint16_t height, uint8_t * p_image, uint16_t * p_histogram);

Exemplo de imagem (arquivo images.c)

const uint8_t image0[HEIGTH0][WIDTH0] = {
    { 20, 16, 16, 18}, {255, 255, 0, 0}, {32,32,32,32}
};

Para realizar a integração do C com o Assembly utilizamos o seguinte trecho de código

; -------------------------------------------------------------------------------
        PUBLIC EightBitHistogram
        SECTION .text : CODE (2) 
        THUMB                        ; Instruções do tipo Thumb-2
; -------------------------------------------------------------------------------
        EXPORT EightBitHistogram ;exportar a função pro c
; -------------------------------------------------------------------------------

Os parâmetros são armazenados nos seguintes registradores

• R0 → width
• R1 → height
• R2 → endereço/ponteiro da imagem
• R3 → endereço/ponteiro do histograma

A Tiva C armazena o endereço de retorno em R4, por isso temos

  MOV R4, R3  
  BX LR

Histograma de image0

Histograma de image1

Lab 4 - Comunicação Serial

Contexto

A Comunicação Serial é muito utilizada para permitir aos microcontroladores um canal de envio e recepção de dados com outros dispositivos. Não é uma comunicação considerada de alta velocidade, quando se compara aos padrões SPI e Ethernet. Porém, é de fácil utilização e configuração de hardware.

Definição do problema

Programar um protocolo serial simples, sem paridade, checksum, C.R.C. e criptografia. Este protocolo foi desenvolvido para comandar 04 x Relés na placa do Kit TIVA EK-TM4C1294XL. Simular os Relés nos 4 leds da placa: LED1 (PN1), LED2 (PN0), LED3 (PF4) e LED4 (PF0). O LED ligado significa Relé ligado e LED desligado significa Relé desligado. O programa deve ser no estilo “Super Loop”. Deve ficar em loop infinito sempre que receber um pacote válido na serial, deve atuar no hardware.

Protocolo utilizado

#	Tipo	Número do LED	Estado (0: apagado / 1: ligado)

Comando	Resposta	Resultado
#R10	@R10	Desliga LED 1
#R11	@R11	Liga LED 1
#R20	@R20	Desliga LED 2
#R21	@R21	Liga LED 2
#R30	@R30	Desliga LED 3
#R31	@R31	Liga LED 3
#R40	@R40	Desliga LED 4
#R41	@R41	Liga LED 4
#RTX0	@TX0	Desliga tudo
#RTX1	@TX1	Liga tudo

Lab 5 - ThreadX

Definição do problema

• Duas Threads: “TLed1” e “TLed2”;
• Na TLed1 construir um código simples para que o Led1 da placa pisque a 1s.
• Na TLed2 construir um código simples para que o Led2 da placa pisque a 2s.

Lab 6 - Escalonamento

Definição do problema

Criar um conjunto de 3 tarefas com temporizações conhecidas e experimentar variações de algoritmos de escalonamento no ThreadX.

1. Elabore uma rotina em C que fica num loop com número definido de execuções, acendendo e apagando um led específico. Os parâmetros de rotina são o número de loops (inteiro de 32 bits) e o identificador do led a ser acionado. Quando o led acender, apenas o led indicado deve ser aceso. Quando o led apagar, todos os leds da placa devem ser apagados.

Obs: cuide para que esta rotina seja “thread-safe”, ou seja, seja tolerante a reentrância. Não use variáveis globais nem chame funções que não são “thread-safe”.

2. Obtenha o tempo de execução de cada loop desta rotina. Várias alternativas são possíveis para este passo, escolha uma destas alternativas:

• Examinando o código em assembly e calculando a duração do mesmo para uma frequencia de clock conhecida.
• Executando o loop diversas vezes e medindo o tempo com um temporizador (p.ex. Systick ou o próprio contador de ciclos disponível na IDE).
• Executanto o loop milhões de vezes e medindo o tempo com relógio.

Obs: sua medição não precisa ser superprecisa, pode ser aproximada.

3. Crie 3 threads com as características a seguir. O tempo da thread executando é dado pela função elaborada no passo 1. O tempo da thread suspensa é dada pela função sleep do ThreadX.

Tarefa	Prioridade	Tempo Exec.	Período	LED
T1	Alta	300 ms	1 s	Led1
T2	Média	500 ms	1.5 s	Led2
T3	Baixa	800 ms	4 s	Led3

4. Execute estas tarefas com as alternativas de escalonamento indicadas a seguir. Relate o efeito que você observar na execução das tarefas pela visualização dos Leds. Em particular, observe se os períodos das tarefas estão sendo obedecidos em cada caso.

a) Escalonamento por time-slice de 50 ms. Todas as tarefas com mesma prioridade.

b) Escalonamento sem time-slice e sem preempção. Prioridades estabelecidas no passo 3. A preempção pode ser evitada com o “preemption threshold” do ThreadX.

c) Escalonamento preemptivo por prioridade.

d) Implemente um Mutex compartilhado entre T1 e T3. No início de cada job estas tarefas devem solicitar este mutex e liberá-lo no final. Use mutex sem herança de prioridade. Observe o efeito na temporização das tarefas.

e) Idem acima, mas com herança de prioridade.

Projeto Final - Elevador

Definição do problema

Elaborar uma solução de controle em malha fechada para um sistema de 3 elevadores utilizando o simulador presente em:

• Projeto SimSE32

A Solução deverá utilizar o ThreadX e conter pelo menos 3 threads.