気象ステーションがArduino上にない、またはOpenWRTでタイマーとGPIO割り込みを処理している

こんにちは、Habr、長い間お互いに会っていません！

まず、 Black Swiftマイコンプロジェクトに関するいくつかの重要なニュース、次にメイントピックであるOpenWRTを使用して完全な組み込みデバイスをマイコンに変換する方法に進みましょう。

私の意見では、本格的な組み込みコンピューターは次の2つのことなしには不可能です。

• GPIO入力を含む、さまざまな理由による割り込みサポート
• 高解像度のハードウェアタイマーのサポート

これがなければ、実際の自動化の問題の大部分はまったく解決されないか、まったく解決されない方がよい方法で解決されます。 例外は最も一般的です-リレーを引いて、LEDを点滅させ、いくつかのボタンを追跡します。 正確なタイミングおよび/または外部イベントに対する多かれ少なかれ迅速な反応を必要とするすべては、対応する機能を外部コントローラーに転送することなしには実行不可能であり、上記のことを行うことができ、デバイス設計を無意味にします。

Atheros AR9331 SoCに十分な数のマイクロコンピューターを搭載し、OpenWRTでこれら2つの機能をサポートする組み込みソリューションとして正確に配置された安価なRalink RT5350を使用すると、すべてが非常に悲しくなります。 ここで、もちろん、このレベルのサポートでこれらのマイクロコンピューターが必要なのは誰なのかという疑問が生じます。しかし、空中にぶら下げてみましょう。



ただし、 TCP / IPを介して見ると、健康な人のためにダウンする可能性があります。

しかし、最初に、ニュース：

• Black Swiftの最初のバッチはロシアにあり、ルーブルの事前注文に従って既に送信されています（つまり、Kickstarterで作成されていません）。 事前注文時に配達を指定した場合は、待ってください。自分でそれを受け取る場合は、オフィスに電話して運転してください。
• 事前注文はしなかったが、Black Swiftを購入したい場合は、オフィスに電話してドライブしてください。予約注文の量を超えるボードがたくさんあります。 配送を手配することもできますが、明らかな理由により、予約注文の最後尾に立ちます。
• FCC認証は間もなく完了します。
• 約束どおり、Kickstarterの支援者への満足は6月に予定されています。 Kickstarterの技術的特徴に応じて、ロシア語を話す人や他の別の支援者に掲示板を送ることはできません。
• 時間が不足しているため、ドキュメントが徐々に補充されています。 主に英語です。
• 特に、OpenWRT SDKとEclipseを使用した仮想マシンのイメージがここにあります （数日後に、パッチを使用してSDKの最新バージョンに更新します）。 OpenWRTの下で何かを書きたいが、実際にはその方法を理解していない人に役立ちます。

さて、今-トピックに。

理論

Atheros AR9331には、組み込みコンピューターにとって非常に重要な2つの要素があります：ハードウェアタイマー（システムバスの周波数で4ティック、ゼロに達すると割り込みを生成）とGPIOレッグの割り込み（信号の両側で動作可能）。

残念ながら、ソフトウェアレベルでは、OpenWRTはどちらもサポートしていません。つまり、いくつかの間隔をカウントダウンしたり、いくつかのプロトコルをエミュレートしたい場合は、udelay（）が手元にあり、マルチタスクになることを望みます誰もあなたのプロトコルのエミュレーションの真ん中-首に収まらないでしょう。 GPIO IRQをサポートするために、問題の一部のみを解決する狭い環境で広く知られているパッチがあります。割り込みを取得するだけでは不十分であり、それを処理して、独自のプログラムが既に存在するユーザースペースに配置する必要があります。 もちろん、パッチを適用するには、すべてのファームウェアを自分で組み立てる必要があります。タスクは迅速ではなく、hemoではありません。

タイマーをサポートするものは何もありません。

より正確には、最近までそうではありませんでした。

GPIOからの割り込みをキャッチし、ユーザー空間への信号として送信するカーネルモジュールは次のとおりです。github.com / blackswift / gpio-irq-handler

単純に機能します。擬似ファイル/ sys / kernel / debug / gpio-irqに「+ GPIO PID」という行を書き込む必要があります。GPIOは必要なレッグの番号、PIDはシグナルを送信するプロセスです。 次に、シグナルハンドラー番号42を選択し、着実に待機します。 割り込みを削除-同じファイル内の「-GPIO PID」。

ハードウェアタイマーサポートを実装するカーネルモジュールはこちらです： github.com/blackswift/timer-irq-handler

難しいことではありません：最初に/ sys / kernel / debug / timer-irq write“ + TIMER TICK”、ここでTIMERはタイマーの数です（0から3、システムによって占有されているものはありません。 TICK-マイクロ秒単位の解像度（ティックごとに割り込みが生成されるため、20μs未満に設定しないでください）。 次に、「+ TIMER TIMEOUT PID」があります。ここで、TIMEOUTはシグナルを受信したい期間で、PIDはプロセスです。 シグナル番号は43です。タイマーを1回だけ動作させる場合は、最後に「once」という単語を追加します。 不要な場合は、上記のファイルに「-TIMER」と言うまで機能します。

他のチップには異なるレジスタアドレスがあるため、カーネルモジュールはほとんどの場合AR9331でのみ動作します。 さらに、GPIO IRQを機能させるには、前述のパッチを備えたファームウェアが必要になりますが、現時点では「すぐに」そのようなファームウェアはBlack Swiftでのみ入手できます。

練習する

習得した知識を使用する必要があります。つまり、タイマーと割り込みに役立つ何かを収集するためです。 私にとっては気象観測所になります（KDPVを参照）。 なんで？ 第一に、誰もが理解していること、そして第二に、一般的なDHT22センサーはまだ苦痛です。 1-Wireに類似したプロトコルを備えていますが、ここでは1-Wireに同期がある場合にのみ、ホストがデータレッグをグランドに一度引っ張ると、センサー自体が応答して出力41パルスをパルスします。 「0」と「1」のパルス幅は異なります-28μs対70μs。

デコードするのはかなり不愉快なことです。着信する短いパルスの長さを計算する必要があります。 中断することなく解決されますが、率直に言って、作業の安定性が気に入らないでしょう。 必要に応じて、プロトコルのソフトウェア実装を提供します。 やってみて

割り込みを使用すると、問題は根本的に簡素化されます。多くの作業をせずに、目的のレッグで割り込みをキャッチし、そこから通常のudelay（）で35μsをカウントし、同じレッグのレベルを測定するカーネルモジュールを作成できます。 「1」がある場合、信号は35μsより長く、実際には「1」です。 実際には、それだけです。 カーネルモジュールを私たちより少し難しく書く場合、ソースは次のとおりです： github.com/blackswift/gpio-dht-handler

センサーからデータを取得すると、モジュールはそれをカーネル出力（logreadコマンドを参照）に発行するか、指定されたPIDのアプリケーションに信号44を発行します。 CRCエラーが発生すると、コンソールに「エラー」が、アプリケーションに0が表示されます。



これについては、アプリケーション自体を記述する必要があります。帽子をかぶるかどうかを確認するためにカーネルログにア​​クセスしません。

ここではすべてがささいなものであることがわかります。1分に1回カチカチと音を立てるハードウェアタイマーを開始します（可能な最大カチカチ時間はUINT_MAXマイクロ秒、つまり71分強です）。 シグナルがそこから来て、そのハンドラーがリクエストをDHT22プロトコルモジュールに送信します-単に擬似ファイルに書き込みます。 さらに10ミリ秒後、DHT22からの応答信号が到着します。実際には、ハンドラーがそれを処理します。この例では、ファイルに書き込みます。

void irq_handler(int n, siginfo_t *info, void *unused) { //every minute counter++; dht_request_data(); } void dht_request_data() { int fd=open("/sys/kernel/debug/irq-dht", O_WRONLY); sprintf(buf, "%d %u", DHT_GPIO, getpid()); // gpio-dht-handler kernel module write(fd, buf, strlen(buf) + 1); close(fd); } void dht_handler(int n, siginfo_t *info, void *unused) { if (info->si_int == 0) // DHT protocol CRC error { if (++failcounter > 10) { printf("Error retrieving data from DHT sensor\n"); failcounter = 0; return; } usleep(3000000); // wait 3 seconds between attempts dht_request_data(); return; } float humidity = (float)((info->si_int) >> 16)/10.0; // 2xMSB float temperature = (float)((info->si_int) & 0xFFFF)/10.0; //2xLSB // ... } int main(int argc, char* argv[]) { int timer = TIMER_TIMER; int tick = 1000*1000; // 1 sec unsigned int timeout = 1000*1000*60; // 60 sec if (!init_handler(timer, tick, timeout)) { printf("Error initializing timer %d\n", timer); return -1; } struct sigaction sig; sig.sa_sigaction = dht_handler; sig.sa_flags = SA_SIGINFO | SA_NODEFER; sigaction(SIG_DHT_IRQ, &sig, NULL); // ... } 

たった今、最小限の労力で、文字通りの意味で、膝の上で30分、温度と湿度のログをテキストファイルに保存する気象観測所ができました。 同じように簡単に、テキストファイルをたとえばsqlite3データベースに変更できます。

テキストファイルはlogreadコマンドよりも優れていますが、これまでのところ、多かれ少なかれ健康な人が自宅で持ちたいものとはまったく違います。 データをグラフで美しく表示する必要があります。 PNGファイルへの出力を使用してCでグラフを描画することはかなり重要なタスクです。おそらく、素手でそれを解決したくないだけでなく、これを実行できるライブラリを探してください。 幸いなことに、マイクロコンピューターで本格的なLinuxを実行しているので、このようなことをする必要はありません。gnuplotパッケージをインストールしてから、データを送信します。

 set terminal png medium size 600,300 set format x "" set key below set xrange [60:0] set yrange [0:100] set grid ytics lc rgb "#bbbbbb" lw 1 lt 0 set grid xtics lc rgb "#bbbbbb" lw 1 lt 0 set output "/www/light/img/last_60m.png" plot "-" using 0:1 title "Temperature" with lines, "-" using 0:1 title "Humidity" with lines 

繰り返しますが、この温度をどのように認識しますか？ はい、それは基本です：Webサーバーをセットアップし（たとえば、opkg install lighttpd-必要に応じてPHPも使用できるという事実に注目して、それぞれwebtp、lighttpdをインストールします）、画像を取り込むHTMLページを作成し、同時に現在のデータ数字で。 ハブロ効果に耐える必要がない場合は、PHPですべてを行うことができます。必要に応じて、sedエディターを使用して有名なsedエディター（および他のユーザーを脅かす）によって現在のデータを静的なHTMLファイルに変更し、新しいデータ。

 SR_TIME="class=\"time\">.*</span" RP_TIME="class=\"time\"> $3 </span" SR_TEMP="class=\"temp\">.*</span" RP_TEMP="class=\"temp\"> $1\°C $2% </span" cat /www/light/index.html | sed -es,"$SR_TIME","$RP_TIME", | sed -es,"$SR_TEMP","$RP_TEMP", 

他に何が残っていますか？ まあ、たぶんそこで何が起こっているのかを目で見てみると役に立つでしょう。 Webカメラを使用し、Black SwiftのUSB-OTGアダプターを介して貼り付け、fswebcamユーティリティを使用して、1分間に1つの画像を表示します。 リンクに従ってブラウザを開いて見てください。

リンク？ リンクはこちら： http ： //files.black-swift.com ： 9000 /

ポートはBlack Swiftに直接転送されるため、リンクに表示されるものはすべてこのポートでのみスピンします。

また、彼らは最近、サービスnarodmon.ruのバルコニーで何度持っているかに関するデータを表示することが流行だと言います。 正直なところ、私はそれを使用したことはありませんでしたが、それほど難しくないことが判明しました-PHPサンプルをドキュメントからコピーし、Black Swiftの/root/narodmon.phpファイルに書き込み、/で15分ごとにソフトウェアからプルしますusr / bin / php-cgi/root/narodmon.php。PHPもあり、使用する準備ができているからです。 もちろん、パラメータを渡すことを忘れないでください。

ここで読者は驚かれるかもしれません-なぜ私たちはそのようなさまざまな言語とユーティリティを必要とするのでしょうか？ 全部書いたほうがいいじゃないですか アセンブラー月 純粋なCの週、そしてその美しさに感心しますか？ いいえ、良くありません。 組み込みコンピュータでのフルLinuxの美しさは、特に、よく知られたユーティリティと言語を使用して数時間で結果を得ることができるということです。睡眠や休息なしで1週間フルタイムの研究開発を行う必要はありません。

Cの基本的な知識、一般的なUnixユーティリティの知識-以上で完了です。 PHPが必要です-ここにあります。 データベースにしたい-それを取得し、署名します。 アセンブラーにしたい-可能ですが、非常に高価です。

何も機能せず、誰もその理由を知りません

理論は、すべてを知っているが、何も機能しないときです。 練習はすべてうまくいきますが、その理由は誰にもわかりません。 私たちの研究室では、理論と実践が組み合わされています。何も機能せず、誰もその理由を知りません。

しかし、自分を賞賛しないために、私は注意します-これまでのところ、すべてが希望どおりに機能するとは限りません。

github を歩き回ると 、内部で非常に美しく作られたDHT22を操作するための代替モジュールを簡単に見つけることができます。これは、着信パルスの持続時間を文字通り測定します。 マイクロ秒単位。 そして非常に正確に-キャリブレーションされたジェネレーターではテストしませんでしたが、DHT22からのデータは、データシートに示されているデータと3〜4マイクロ秒しか異なりません。

1つの例外を除きます。

OpenWRTの奥深くには、操作中に他のすべての割り込みを偽装するやや邪悪なUSB割り込みハンドラーがあります。長時間動作するため、30〜40マイクロ秒かかります。 その結果、この場合、GPIOからの中断の一部をスキップするだけで、せいぜい長い遅延でそれを受信できます。 残念ながら、1999年のアセンブラーと著作権の世界では、まだ完全には解明されていません。そのため、パルスごとに2つの割り込みを処理するモジュールを脇に置く必要があります。そのような条件下で最初の割り込みをキャッチし、それから35μsを測定する方がはるかに信頼性があります。

ここで、彼は2つの割り込みを食べ、3番目の割り込みをプッシュしました。



さらに、USBがアクティブに動作している場合（たとえば、Webカメラからストリーミングされる場合）、このような遅延が頻繁に発生するため、1つの割り込みのみを必要とするモジュールが危険にさらされます。 ただし、数十マイクロ秒の遅延がそれほど重要でないわずかに重要度の低いものでは、これに気付かないでしょう。しかし、それはすべて同じように不快です。

これについて何か言いたいことがあれば、私たちは興味を持って聞きます。

次のシリーズで

OpenWRTには、UARTでコンソール出力を完全に無効にする有効な方法がないことをご存知ですか？

はい、これは別の面白いトラップです：どんなパラメーターやファイルに書き込んでも、UARTでボードをロードすると大量のゴミが雨になります。 ユーザーが利用できるパラメーターは、この山のサイズのみを決定します-そして、それは常にゼロではありません。

Black Swiftでは、すべてのコンソールをUARTから完全に切断するには、コマンド「fw_setenv silent 1」を入力して再起動します。 しかし、それは別の話です。

PS明日、D.A。だけでなくSkolkovo Startup Villageに来ます メドベージェフですが、特に私はこのイベントに参加していました 。 クラウドファンディングおよび/または（イベントの範囲外で）Black Swiftについて話したい場合は、行ってください。