STM32F1 और FreeRTOS पर सैटेलाइट स्पीडोमीटर

लेख एक घर-निर्मित स्पीडोमीटर पर केंद्रित होगा जो कार की वर्तमान गति, इसके निर्देशांक और जीपीएस उपग्रहों से समय के बारे में जानकारी प्राप्त करता है। लेख भी, मुझे आशा है, कॉर्टेक्स एम कोर के साथ 32-बिट माइक्रोकंट्रोलर के विकास में पहला कदम उठाकर मदद करेगा और अपने विकास में उपयोग के लिए वास्तविक समय ऑपरेटिंग सिस्टम (आरटीओएस) में से एक को मास्टर करना चाहता है।

हार्डवेयर कार्यान्वयन


वह खुद के लिए बैठ गया, 16 वीं और 18 वीं पिक्की के तहत असेंबलर में लिखा, लेकिन वह दु: ख नहीं जानता था। लेकिन समय आ गया है कि 32-बिट माइक्रोकंट्रोलर का अध्ययन करें। यह विकल्प STM32 (अर्थात् एआरएम कॉर्टेक्स एम 3 कोर के साथ) पर गिर गया, सबसे होनहार के रूप में - RuNet में, उन पर लेखों की मात्रा तेजी से बढ़ रही है, बड़ी मात्रा में कार्यात्मक क्षमताओं के साथ माइक्रोकंट्रोलर कीमत में बहुत आकर्षक हैं, और बड़ी संभावनाएं हैं। प्रोजेक्ट की वृद्धि के साथ, आप इस कर्नेल के बहुत अधिक उत्पादक संस्करणों में काम को स्थानांतरित कर सकते हैं - कोर्टेक्स एम से कोर्टेक्स ए तक। इसके अलावा, ऐप्पल अपने आईफोन, आईपैड - एआरएम कोर्टेक्स में उसी कोर का उपयोग करता है। केवल अधिक शक्तिशाली, "ए"।

एक डिबग बोर्ड के रूप में, जिस पर मैंने एक सैटेलाइट स्पीडोमीटर लागू किया, मैंने ~ $ 70 के लिए अपने eBay पर HY Redbull क्लोन में से एक लिया:


बोर्ड, STM32F103VCT6 माइक्रोकंट्रोलर (72MHz, 512KB FLASH, 64kb SRAM, 3ACP, 2CAP, DMA, FSMC, 5xUSART, 2xI2C, 3xSPI, CAN, USB 2.0 FS, आदि) और इसके एकीकृत परिधीयों के साथ परिचित होने के अलावा, आपको इसकी एकीकृत परिधीयता में महारत हासिल करने की अनुमति देता है। - MP3 / WMA डिकोडर VS1003, ईथरनेट कंट्रोलर ENC28J60, टचस्क्रीन (SSD1289 कंट्रोलर), एसडी-कार्ड्स (कनेक्टर बोर्ड के तहत), USB, CAN, RS232 / 485, CH376 कंट्रोलर (इम्प्लीमेंट्स USB- होस्ट इंटरफेस) के साथ 3.2 इंच की एलसीडी स्क्रीन / SD <-> UART / SPI / 8bit को SD कार्ड और USB फ्लैश ड्राइव को MK में जोड़ने के लिए समानांतर)।

आप UART के माध्यम से STM32 पर फर्मवेयर अपलोड कर सकते हैं, अर्थात। वास्तव में, इस तरह के प्रोग्रामर की आवश्यकता नहीं है। लेकिन डिबगिंग टूल का उपयोग करना अधिक सुविधाजनक है जिसके लिए बोर्ड पर JTAG पोर्ट का इरादा है। आप JTAG डिबगर पर एक और $ 20-50 खर्च कर सकते हैं, लेकिन बिल्ट-इन डिस्कवरी सीरीज़ डीबगर के साथ अपना स्वयं का एसटी डिबगिंग बोर्ड लेना अधिक उचित है। इसकी कीमत $ 10 है (और साथ ही यह वास्तव में सब कुछ है, एसटीएम 32 में महारत हासिल करने के लिए जो आवश्यक है, उसका आधार)। मैंने STM32F4-Discovery डिबगिंग बोर्ड को JTAG के लिए डिबगर के रूप में लिया (आमतौर पर बोलते हुए, मैं इसे एक सेमिनार आगंतुक के रूप में मुफ्त में मिला, और इसकी लागत लगभग 600 रूबल है):



- एआरएम कॉर्टेक्स एम 4 (एसटीएम 32 एफ 407) डिबगिंग के लिए डिज़ाइन किया गया है, बोर्ड पर एक अंतर्निहित डिबगर है (जंपर्स एसटीडी के माध्यम से बाहरी बोर्ड डिबगिंग के लिए stm32f407 डिबगिंग से स्विच कर सकते हैं, जिसका उपयोग मैंने अपने फायरबुल बोर्ड को जेडटीएजी कनेक्टर को एसडब्ल्यूडी के माध्यम से जोड़ने के लिए किया था)। यह माइक्रोकंट्रोलर पहले से ही 168 मेगाहर्ट्ज की आवृत्ति पर काम कर सकता है (हालांकि, संशोधन "ए" का कंकड़ भर गया है, नम है, इस संशोधन में मेमोरी त्वरक के कारण प्रदर्शन ड्रॉप है)। फ्लैश 1 एमबी, रैम 128 केबी। अंतर्निहित बाह्य उपकरणों से, एक यूएसबी डिवाइस / होस्ट / ओटीजी, 10/100 ईथरनेट, एक कैमरा इंटरफ़ेस (1Mpix तक जुड़ा जा सकता है), हार्डवेयर सीआरसी गिनती और एक डीएसपी प्रोसेसर ध्यान देने योग्य है। बाहरी परिधि से, बोर्ड में एक LIS302DL MEMS एक्सेलेरोमीटर, एक MP45DT02 डिजिटल MEMS माइक्रोफोन और I2S CS43L22 इंटरफ़ेस वाला ADC शामिल है। कई उदाहरण बोर्ड में जाते हैं, जिनमें से मुझे विशेष रूप से तानाशाह खिलाड़ी पसंद आया जो प्लग-इन यूएसबी फ्लैश ड्राइव (यूएसबी ओटीजी का प्रदर्शन, माइक्रोफोन, ऑडियो आई 2 डीएसी) का प्रदर्शन करता है।
जीपीएस की पसंद के मामले में रिसीवर अनैतिक था। उन्होंने बहुत ही सामान्य ईबी -500 लिया। बोर्ड को तार करते समय पीड़ा न हो, इसके लिए मैंने तुरंत किट में सक्रिय एंटीना के साथ EB-500 EVB किट डिबग बोर्ड लिया:

रिसीवर स्वयं UART के माध्यम से डेटा आउटपुट करता है। लेकिन CP2102 पर आधारित UART-USB कनवर्टर के लिए धन्यवाद, बोर्ड को अभी USB के माध्यम से जोड़ा जा सकता है। बंडल ईबी व्यू सॉफ्टवेयर के साथ आता है जो चिप की क्षमताओं को प्रदर्शित करता है। आप NMEA डेटा का आउटपुट देख सकते हैं, उन फ़ील्ड्स की सूची सेट कर सकते हैं जिन्हें चिप को प्रदर्शित करने की आवश्यकता है, उनके आउटपुट की आवृत्ति, AGPS आज़माएं, और बहुत कुछ। आप EB-500 के साथ EB व्यू संचार के संवाद को देखने के लिए सीरियल पोर्ट मॉनिटर का उपयोग कर सकते हैं, और अपने डिवाइस की शुरुआत में संबंधित ई -500 सेटअप को लागू कर सकते हैं। खैर, या डेटाशीट का अध्ययन करें) इसके अलावा बोर्ड पर पहले से ही 3-वोल्ट बैटरी होती है, जब उपकरण बंद हो जाता है तो पंचांग को संग्रहीत करने के लिए। बाद की शुरुआत के लिए।
मैंने इन बोर्डों को स्विच करने के लिए कई केबल भी खरीदे हैं - www.dealextreme.com/p/30cm-breadboard-wires-for-electronic-diy-40-cable-pack-80207#open%20full%20view - यह सलाह देते हैं, यह बात बेहद उपयोगी और सुविधाजनक है ।


सॉफ्टवेयर कार्यान्वयन

मैंने केइल पर्यावरण को चुना। सुविधाजनक, व्यापक, उदाहरणों की एक बहुतायत से सुसज्जित ... एक शब्द में - "मेरा।" :) मैंने GLCD के साथ काम करने के लिए Firebull बोर्ड के साथ आने वाली लाइब्रेरी का उपयोग किया।

उन्होंने फ्रीआरटीओएस को वास्तविक समय के ऑपरेटिंग सिस्टम (आरटीओएस) के रूप में चुना - इस पर साहित्य का एक समुद्र है, यह सक्रिय रूप से विकसित हो रहा है, और इन और अन्य कारकों के कारण, यह दूसरों की तुलना में अधिक बेहतर है - यूसी / ओएस, स्कमओएस, आदि। साथ ही यह प्रीमेप्टिव और कॉर्पोरेट, और ऑपरेशन के संयुक्त मोड दोनों का समर्थन करता है। और मेरे लिए, एक शुरुआत के रूप में, यह एक प्लस है। :) यदि आप RTOS से बिल्कुल भी परिचित नहीं हैं, लेकिन FreeRTOS के साथ काम करने के एक उदाहरण से परिचित होना चाहते हैं और अपनी परियोजनाओं में इसका उपयोग करना शुरू कर देते हैं, तो एक बहुत अच्छा लेख है जिसने मेरी मदद की: microsin.net/programming-ARM/freertos-part1.html - वह सब शुरू करने की जरूरत है, वहाँ वर्णित है। फिर यह FreeRTOS वितरण किट डाउनलोड करने के लिए बनी हुई है, वहां से अपने माइक्रोकंट्रोलर के लिए तैयार उदाहरण लें, इसे अंतिम रूप दें, और इसके काम का आनंद लें। सब कुछ व्यवहार में इतना जटिल नहीं होता, जितना पहली नज़र में लगता है। :)

अब, उपग्रह के स्पीडोमीटर के स्रोत कोड पर एक नज़र डालें, जो EB-500 जीपीएस रिसीवर से डेटा प्राप्त करता है और उन्हें 3.2 "एलसीडी स्क्रीन पर प्रदर्शित करता है:


int main(void)
{
prvSetupHardware();
vSemaphoreCreateBinary( xBinarySemaphore );
if (xBinarySemaphore != NULL){
xTaskCreate( vLEDTask, ( signed char * ) NULL , LED_TASK_STACK_SIZE , NULL , LED_TASK_PRIORITY , NULL );
xTaskCreate( vGPSTask, ( signed char * ) NULL , GPS_TASK_STACK_SIZE,NULL , GPS_TASK_PRIORITY , NULL );
//
vTaskStartScheduler();
}
return 0;
}


- एक सेमाफोर बनाएं (इसके बारे में और अधिक)। हम अलग प्राथमिकता के साथ 3 कार्य शुरू करते हैं। vLEDTask () हमारे पास सबसे कम प्राथमिकता होगी - एक एलईडी ब्लिंक ("मैं जिंदा हूं, फ्रीज नहीं!") और स्क्रीन पर वर्तमान सिस्टम समय प्रदर्शित करता है।
vGPSTask () एक उच्च प्राथमिकता के साथ, इसे शुरू करने के बाद मक्केदार है ... सो जाता है, अर्ध-प्राप्त होने की प्रतीक्षा कर रहा है।
prvSetupHardware () निम्न कार्य करता है:

static void prvSetupHardware( void ){
SysTick_CLKSourceConfig( SysTick_CLKSource_HCLK );// HCLK
NVIC_Configuration();//
GPIO_Configuration();// /,
USART2_9600(); //UART2 GPS EB-500, 9600/
RTC_Init();//
LCD_Initializtion();//
LCD_Clear(Blue);// -
}

सबसे पहले, हम कर्नेल को क्लॉक करने के लिए HCLK सेट करते हैं, NVIC इंटरप्ट कंट्रोलर को कॉन्फ़िगर करते हैं (हमें USART2 पर डेटा प्राप्त करते समय बाधा को सक्षम करने की आवश्यकता होती है), GPIO, USART2 पिन (जिस पर GPS रिसीवर जुड़ा है) 9600 बॉड पर, 1 स्टॉप बिट, नो पैरिटी, 8 बिट, और अंतिम पंक्ति - RTC_Init () - वर्तमान समय और दिनांक प्रदर्शित करने के लिए अंतर्निहित RTC बाह्य उपकरणों को चालू करें। और यदि आप बोर्ड पर बैटरी चिपकाते हैं, तो बिजली बंद होने पर समय न गंवाने का एक वास्तविक अवसर होगा। :)

बाधा हैंडलर को stm32f10x_it.c फ़ाइल में उस नाम के तहत सेट किया जाता है, जिसमें उन्हें असेंबली स्टार्टअप _ *। S फ़ाइल में इंगित किया गया है। मुझे केवल एक हैंडलर की आवश्यकता थी - GPS रिसीवर से USART2 से बाइट प्राप्त करने के लिए रुकावट:

void USART2_IRQHandler(void)
{
static portBASE_TYPE xHigherPriorityTaskWoken;
if (USART_GetITStatus(USART2, USART_IT_RXNE) != RESET){// –
IrqBuf[IrqBuf_idx++]=USART_ReceiveData(USART2);// EB-500
if (IrqBuf_idx==BUFSIZE){//
IrqBuf_idx=0;
}
else if (IrqBuf[IrqBuf_idx-1]==0x0A){//
IrqBuf[IrqBuf_idx]=0x00;
IrqBuf_idx=0;
xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;
xSemaphoreGiveFromISR( xBinarySemaphore, &xHigherPriorityTaskWoken );
}
USART_ClearITPendingBit(USART2, USART_IT_RXNE);//
}
}


- इंटरप्ट हैंडलर में, हम लाइन के अंत की जांच करते हैं। यदि आप लाइन फ़ीड वर्ण 0x0A पाते हैं, तो आप EB-500 से NMEA डेटा के साथ एक स्ट्रिंग पार्स कर सकते हैं। इंटरप्ट हैंडलर में प्रत्यक्ष रूप से, सभी प्रोसेसिंग को अंजाम देना वैचारिक रूप से गलत है, और कभी-कभी यह बस खतरनाक होता है - जब तक अगली रुकावट नहीं होती तब तक आप समय पर नहीं हो सकते। उच्चतम प्राथमिकता - vGPSTask () के साथ एक अलग कार्य में प्रसंस्करण किया गया था, लेकिन कार्य "सोता है", अर्ध-प्राप्त होने की प्रतीक्षा कर रहा है। और इंटरसेप्टर में xSemaphoreGiveFromISR () इसके आउटपुट के लिए जिम्मेदार है। हम सेमाफोर सेट करते हैं, इंटरप्ट फ्लैग को रीसेट करते हैं, और हैंडलर से बाहर निकलते हैं - तुरंत नियंत्रण vGPSTask () में स्थानांतरित हो जाता है, भले ही एक और कार्य को बाधित होने से पहले संसाधित किया गया हो, क्योंकि यह अर्धचालक के लिए धन्यवाद निष्पादित करने का अधिकार प्राप्त करता है।


NMEA डेटा का प्रसंस्करण शुरू होता है, अर्थात्, हम EB-500 से निम्नलिखित पंक्तियों में रुचि रखते हैं:


$GPRMC,161229.487,A,3723.2475,N,12158.3416,W,0.13,309.62,120598,,*10
$GPVTG,309.62,T,,M,0.13,N,0.2,K*6E
$GPGGA,161229.487,3723.2475,N,12158.3416,W,1,07,1.0,9.0,M,,,,0000*18



- प्रत्येक ऐसा पैकेज एक चेकसम (* 10, * 6E, * 18) और लाइनफीड अक्षर (0x0D, 0x0A) के साथ समाप्त होता है। सभी डेटा को तभी प्रासंगिक माना जाता है जब $ GPRMC में "A" हो (जैसा कि ऊपर के उदाहरण में है)। अन्यथा, हमें "वी" मिलता है। हमारे उदाहरण में "वी" के साथ, "कोई संकेत नहीं" प्रदर्शित होता है। अगला, डेटा पार्स और प्रदर्शित करें:
* पैकेज $ जीपीआरएमसी से हम वर्तमान समय को प्रारूप hhmmss.sss में खींचते हैं (ऊपर के उदाहरण में यह 161229.487 है)
* पैकेज $ GPVTG से हमें किलोमीटर प्रति घंटा (0.2, K - 0.2 किलोमीटर प्रति घंटा) में वर्तमान गति मिलती है।
* पैकेज $ GPGGA से हम प्रारूप ddmm.mmmm / dddmm.mmmm में भौगोलिक देशांतर और चौड़ाई प्राप्त करते हैं (उदाहरण में, अक्षांश 3723.2475 है, देशांतर 12158.3416 है)

परियोजना का पूर्ण स्रोत कोड लेख के अंत में संग्रह में है। मैं ध्यान देता हूं कि उदाहरण कमियों के बिना नहीं है, जिनमें से मुख्य यह है कि दोनों कार्य समान हार्डवेयर संसाधन को संदर्भित करते हैं। आप इसे म्यूटेक्स के माध्यम से या गेटकीपर लिखकर हल कर सकते हैं। मैं होमवर्क की गुणवत्ता में रुचि रखने वाले निर्णय को छोड़ देता हूं। लेकिन आप इसके बिना एक उदाहरण का उपयोग कर सकते हैं - सब कुछ काम करेगा ...


मेरी कार में सिस्टम को संचालित करने से सकारात्मक परिणाम मिले। यहां तक ​​कि अगर मैं एक ठंडे एक पर कार शुरू करता हूं, तो बोर्ड को पावर देने में कोई समस्या नहीं है (MC34063 पर आधारित डीसी-डीसी-डाउन कनवर्टर के लिए हैलो)। ईबी -500 में 20 की ठंड शुरू और 0.5 मिनट की गर्म शुरुआत थी। जैसा कि अपेक्षित है, जब पार्क किया जाता है, तो एक समन्वित बहाव होता है - और, तदनुसार, 0.5 तक गति, और कभी-कभी 7 किमी / घंटा तक। मोबाइल उपकरणों के लिए, यह उपेक्षित किया जा सकता है, लेकिन एक होम-निर्मित उपग्रह सिग्नलिंग के लिए जो मैं काम कर रहा हूं, sim900 gsm मॉड्यूल पर आधारित है, यह एक ठोस समस्या है। सकारात्मक क्षण - केवल इस स्पीडोमीटर के लिए धन्यवाद मुझे पता चला कि मेरी कार का मानक स्पीडोमीटर 5 किमी / घंटा की गति से है।


अब एक होममेड उपग्रह स्पीडोमीटर के फोटो शूट का समय है:





- 16:45:03 स्क्रीन पर UTC समय है। मास्को में स्थानांतरित करने के लिए, आपको 4 घंटे जोड़ने की आवश्यकता है (क्योंकि सर्दियों के समय पर स्विच रद्द कर दिया गया है)। यानी मैंने कल यह तस्वीर कल 19:45 बजे ली थी। भौगोलिक निर्देशांक - प्रति घंटा निर्देशांक (hh.mm.ss.ms) में। यानी, निर्देशांक की पहली पंक्ति में, यह 55 घंटे, 48 मिनट, 22 सेकंड और 830 मिलीसेकंड है। इस स्थान को खोजने के लिए, उदाहरण के लिए, यैंडेक्स के नक्शे के माध्यम से, हम निर्देशांक को आवश्यक प्रारूप में अनुवाद करते हैं: 55.48.22.830 = 55 + 48/60 + 22/3600 + 830/3600000 = ~ 55.806342 (छठे दशमलव स्थान तक गोल)। भौगोलिक चौड़ाई के लिए एक ही चीज़: 37.24.22.51 = 37 + 24/60 + 22/3600 + 510/3600000 = ~ 37,406253। हम Yandex.Mart खोज बार में परिणामी मान - 37.406253.55.806342 - को हथौड़ा देते हैं और परिणाम प्राप्त करते हैं: maps.yandex.ru/?text=37.406253%2C55.806346&sll=&sspn=&z=&source=form=form


यूसी / जीयूआई ग्राफिक्स लाइब्रेरी का उपयोग करके, इस उदाहरण को और विकसित किया जा सकता है। एक ग्राफिक स्पीडोमीटर प्रदर्शित करें (और एक ही समय में, एक प्रतिरोधक विभक्त के माध्यम से इग्निशन कॉइल को stm32 ADC, और टैकोमीटर से कनेक्ट करते हुए - आपको एक तरह की डिजिटल कार डैशबोर्ड मिलती है):



और आप अपना खुद का नाविक बना सकते हैं (हाँ, आसान नहीं है, लेकिन कुछ भी असंभव नहीं है):


संग्रह में GLCD लाइब्रेरी में पहले से ही एक USER / GLCD / GLCD_UCGUI.c फ़ाइल मौजूद है, जो uC / GUI को इस और कुछ अन्य ग्राफिक स्क्रीन से जोड़ने के लिए इंटरफ़ेस है। इंटरनेट पर डाउनलोड करें uC / GUI मुझे लगता है कि मुश्किल नहीं है। तो आपके पास इस उदाहरण को और अधिक उपयोगी बनाने के लिए सभी आवश्यक उपकरण हैं।


अगले लेख में, हम इस काम के आगे के विकास पर चर्चा करेंगे, कारों और घरों को स्वचालित करने के लिए - एक प्रणाली जो "स्मार्ट होम", "स्मार्ट कार" की अवधारणाओं को जोड़ती है, और इसमें eCall / ERA-Glonass बचाव प्रणाली शामिल है।

लेख में प्रस्तुत कील के लिए परियोजना यहां डाउनलोड की जा सकती है ।