BWP-WS19-02/Implementierungsdetails

Aus Verteilte Systeme - Wiki
Zur Navigation springen Zur Suche springen

Antrieb & Kommunikation

Implementierung der Hauptsteuerungs API (Team Antrieb und Mechanik)

Implementierung des ersten Meilensteins

Für die Implementierung des ersten Meilensteins wurde vom Systemarchiteckturteam die generelle Kommunikation zwischen den Teams festgelegt. Hierbei wird ein Job-System verwendet, womit jedes Subteam seine Jobs abfängt und abarbeitet. Während dieser Jobs ist es möglich mittels Mailboxen die Informationen der anderen Teams abzufragen. Die dazugehörige Implementierung findet sich aktuell unter diesem Link.

Implementierung und Erfüllung des zweiten Meilensteins

Bei der Implementierung des zweiten Meilensteins haben wir das Chassis des Prototyps für den ITS-E zusammen gebaut. Hierbei ist aufgefallen, dass das Auto, wenn es durch die Motoren angetrieben wurde leicht schräg fährt. Nach einigen Optimierungen am Chassis waren die Abweichungen nicht mehr ganz so groß - jedoch noch sichtbar. Das könnte durch nicht "echt-parallel" zueinander angebrachten Motoren und/oder der ungleichmäßigen Drehung der Motoren und/oder an der unterschiedlichen Spannungsversorgung durch den Motortreiber liegen. Die eigentliche Implementierung der Motorfunktionen war ja schon im ersten Meilenstein behandelt, für den zweiten Meilenstein haben wir hier nichts anpassen müssen. Das erbrachte Ergebnis ist unter diesem Link zu finden.

Aktivitätendiagramm

Das folgende Aktivitätendiagramm ist für den gesamten Ablauf der Antriebs API gedacht.

Image from iOS.jpg


Implementierung des Counters

Um externe Impulse der rotary-encoder und des solar-click Ladereglers ohne CPU zählen zu können sollen IC interne Counter verwendet werden. Beim verwendeten feather-board sind diese counter unter der Kategorie timer/counter zu finden. Es gibt keine expliziten Counter. Die Timer inkrementieren per Default über einen angeschlossenen Takt (Wahlweise 1MHz oder 16MHz). Über ein MODE Bit kann der Time als Counter fungieren:

Timer_counter.png

Kapitel 24 TIMER — Timer/counter - nRF52832_PS_v1.4.pdf


Linksammlung zum Thema Counter

Da sich derzeit sowohl das Antriebs- als auch Energie- Team mit dem Counter beschäftigt folgt hier eine Linksammlung mit vermutlich relevanten Dateien:


default MODE

bwp_ws19/modules/hal/nordic/nrfx_config_nrf52832.h:#define NRFX_TIMER_DEFAULT_CONFIG_MODE 0

driver

bwp_ws19/zephyr/drivers/counter/counter_nrfx_timer.c

#define COUNTER_NRFX_TIMER_DEVICE(idx)					       \
	BUILD_ASSERT_MSG(DT_NORDIC_NRF_TIMER_TIMER_##idx##_PRESCALER <=	       \
			TIMER_PRESCALER_PRESCALER_Msk,			       \
			"TIMER prescaler out of range");		       \
	DEVICE_DECLARE(timer_##idx);					       \
	static int counter_##idx##_init(struct device *dev)		       \
	{								       \
		IRQ_CONNECT(DT_NORDIC_NRF_TIMER_TIMER_##idx##_IRQ_0,	       \
			    DT_NORDIC_NRF_TIMER_TIMER_##idx##_IRQ_0_PRIORITY,  \
			    irq_handler, DEVICE_GET(timer_##idx), 0);	       \
		static const struct counter_timer_config config = {	       \
			.freq =	DT_NORDIC_NRF_TIMER_TIMER_##idx##_PRESCALER,   \
			.mode = NRF_TIMER_MODE_TIMER,			       \
			.bit_width = (TIMER##idx##_MAX_SIZE == 32) ?	       \
					NRF_TIMER_BIT_WIDTH_32 :	       \
					NRF_TIMER_BIT_WIDTH_16,		       \
		};							       \
		return init_timer(dev, &config);			       \
	}								       \
	static struct counter_nrfx_data counter_##idx##_data;		       \
	static struct counter_nrfx_ch_data				       \
		counter##idx##_ch_data[CC_TO_ID(TIMER##idx##_CC_NUM)];	       \
	LOG_INSTANCE_REGISTER(LOG_MODULE_NAME, idx, CONFIG_COUNTER_LOG_LEVEL); \
	static const struct counter_nrfx_config nrfx_counter_##idx##_config = {\
		.info = {						       \
			.max_top_value = (TIMER##idx##_MAX_SIZE == 32) ?       \
					0xffffffff : 0x0000ffff,	       \
			.freq = TIMER_CLOCK /				       \
			   (1 << DT_NORDIC_NRF_TIMER_TIMER_##idx##_PRESCALER), \
			.flags = COUNTER_CONFIG_INFO_COUNT_UP,		       \
			.channels = CC_TO_ID(TIMER##idx##_CC_NUM),	       \
		},							       \
		.ch_data = counter##idx##_ch_data,			       \
		.timer = NRF_TIMER##idx,				       \
		LOG_INSTANCE_PTR_INIT(log, LOG_MODULE_NAME, idx)	       \
	};								       \
	DEVICE_AND_API_INIT(timer_##idx,				       \
			    DT_NORDIC_NRF_TIMER_TIMER_##idx##_LABEL,	       \
			    counter_##idx##_init,			       \
			    &counter_##idx##_data,			       \
			    &nrfx_counter_##idx##_config.info,		       \
			    PRE_KERNEL_1, CONFIG_KERNEL_INIT_PRIORITY_DEVICE,  \
			    &counter_nrfx_driver_api)


... ##idx## wurde durch 0 ersetzt. Ob das Sinn macht weiß ich nicht, aber jetzt kann man besser lesen was dieses Makro macht:

/* counter init function */
static int counter_0_init(struct device *dev)
{
	IRQ_CONNECT(DT_NORDIC_NRF_TIMER_TIMER_0_IRQ_0,
		    DT_NORDIC_NRF_TIMER_TIMER_0_IRQ_0_PRIORITY,
		    irq_handler, DEVICE_GET(timer_0), 0);

	static const struct counter_timer_config config = {
		.freq =	DT_NORDIC_NRF_TIMER_TIMER_0_PRESCALER,
		.mode = NRF_TIMER_MODE_TIMER,		//Hier müssen wir dann den Counter Mode einstellen
		.bit_width = (TIMER0_MAX_SIZE == 32) ? NRF_TIMER_BIT_WIDTH_32 : NRF_TIMER_BIT_WIDTH_16,
	};		
	
	return init_timer(dev, &config);
}


static struct counter_nrfx_data counter_idx_data;
static struct counter_nrfx_ch_data counter_idx_ch_data[CC_TO_ID(TIMER_0_CC_NUM)];
LOG_INSTANCE_REGISTER(LOG_MODULE_NAME, idx, CONFIG_COUNTER_LOG_LEVEL);


/* counter options */
static const struct counter_nrfx_config nrfx_counter_0_config = {
		.info = {
						.max_top_value = (TIMER_0_MAX_SIZE == 32) ? 0xffffffff : 0x0000ffff,
						.freq = TIMER_CLOCK / (1 << DT_NORDIC_NRF_TIMER_TIMER_idx_PRESCALER),
						.flags = COUNTER_CONFIG_INFO_COUNT_UP,
						.channels = CC_TO_ID(TIMER_idx_CC_NUM),
		},
		.ch_data = counteridx_ch_data,
		.timer = NRF_TIMER_idx,
		LOG_INSTANCE_PTR_INIT(log, LOG_MODULE_NAME, idx)
};

/* Device and API init */
DEVICE_AND_API_INIT(timer_idx, DT_NORDIC_NRF_TIMER_TIMER_idx_LABEL, counter_idx_init,
		    						&counter_idx_data, &nrfx_counter_idx_config.info, PRE_KERNEL_1,
										CONFIG_KERNEL_INIT_PRIORITY_DEVICE, &counter_nrfx_driver_api)


Jetzt können wir diese Structs zb im Programm

bwp_ws19/zephyr/samples/drivers/counter/alarm/src/main.c

einbinden, um einen counter zu initialisieren.


PPI Programmable Peripheral Interconnect

PPI.png

Kapitel 22 PPI — Programmable peripheral interconnect - nRF52832_PS_v1.4.pdf


Um das Peripheral "Event" (GPIO-Register) an die Peripheral "Task" Counter zu zu weisen suchen wir im Zephyr OS nach bereits bestehenden "event end point (EEP) and task end points (TEP)" um nicht die gleichen EEP und TEP zu verweden.

In der Datei nrfx_ppi.h sind die Funktionen deklariert die ein EEP und TEP definieren.

bwp_ws19/modules/hal/nordic/nrfx/drivers/include/nrfx_ppi.h oder bwp_ws19/modules/lib/openthread/third_party/NordicSemiconductor/nrfx/drivers/include/nrfx_ppi.h

/**
 * @brief Function for assigning task and event endpoints to the PPI channel.
 *
 * @param[in] channel PPI channel to be assigned endpoints.
 * @param[in] eep     Event endpoint address.
 * @param[in] tep     Task endpoint address.
 *
 * @retval NRFX_SUCCESS             The channel was successfully assigned.
 * @retval NRFX_ERROR_INVALID_STATE The channel is not allocated for the user.
 * @retval NRFX_ERROR_INVALID_PARAM The channel is not user-configurable.
 */
nrfx_err_t nrfx_ppi_channel_assign(nrf_ppi_channel_t channel, uint32_t eep, uint32_t tep);

/**
 * @brief Function for assigning fork endpoint to the PPI channel or clearing it.
 *
 * @param[in] channel  PPI channel to be assigned endpoints.
 * @param[in] fork_tep Fork task endpoint address or 0 to clear.
 *
 * @retval NRFX_SUCCESS             The channel was successfully assigned.
 * @retval NRFX_ERROR_INVALID_STATE The channel is not allocated for the user.
 * @retval NRFX_ERROR_NOT_SUPPORTED Function is not supported.
 */
nrfx_err_t nrfx_ppi_channel_fork_assign(nrf_ppi_channel_t channel, uint32_t fork_tep);

Die Implementierung der Funktionen findet sich in: bwp_ws19/modules/hal/nordic/nrfx/drivers/src/nrfx_ppi.c oder bwp_ws19/modules/lib/openthread/third_party/NordicSemiconductor/nrfx/drivers/src/nrfx_ppi.c


In der Datei bwp_ws19/zephyr/drivers/counter/counter_nrfx_rtc.c werden diese Funktionen verwendet.

	(void)nrfx_ppi_channel_assign(data->ppi_ch, evt_addr, task_addr);
	(void)nrfx_ppi_channel_enable(data->ppi_ch);


Auch die UART Ausgbe nutzt die diese Funktionen: bwp_ws19/zephyr/drivers/serial/uart_nrfx_uarte.c

static int uarte_nrfx_rx_counting_init(struct device *dev)
{
	struct uarte_nrfx_data *data = get_dev_data(dev);
	const struct uarte_nrfx_config *cfg = get_dev_config(dev);
	NRF_UARTE_Type *uarte = get_uarte_instance(dev);
	int ret;

	if (hw_rx_counting_enabled(data)) {
		nrfx_timer_config_t tmr_config = NRFX_TIMER_DEFAULT_CONFIG;

		tmr_config.mode = NRF_TIMER_MODE_COUNTER;
		tmr_config.bit_width = NRF_TIMER_BIT_WIDTH_32;
		ret = nrfx_timer_init(&cfg->timer,
				      &tmr_config,
				      timer_handler);
		if (ret != NRFX_SUCCESS) {
			LOG_ERR("Timer already initialized, "
				"switching to software byte counting.");
			data->async->hw_rx_counting = false;
		} else {
			nrfx_timer_enable(&cfg->timer);
			nrfx_timer_clear(&cfg->timer);
		}
	}

	if (hw_rx_counting_enabled(data)) {
		ret = gppi_channel_alloc(&data->async->rx_cnt.ppi);
		if (ret != NRFX_SUCCESS) {
			LOG_ERR("Failed to allocate PPI Channel, "
				"switching to software byte counting.");
			data->async->hw_rx_counting = false;
			nrfx_timer_uninit(&cfg->timer);
		}
	}

	if (hw_rx_counting_enabled(data)) {
#if CONFIG_HAS_HW_NRF_PPI
		ret = nrfx_ppi_channel_assign(
			data->async->rx_cnt.ppi,
			nrf_uarte_event_address_get(uarte,
						    NRF_UARTE_EVENT_RXDRDY),
			nrfx_timer_task_address_get(&cfg->timer,
						    NRF_TIMER_TASK_COUNT));

		if (ret != NRFX_SUCCESS) {
			return -EIO;
		}
#else
		nrf_uarte_publish_set(uarte,
				      NRF_UARTE_EVENT_RXDRDY,
				      data->async->rx_cnt.ppi);
		nrf_timer_subscribe_set(cfg->timer.p_reg,
					NRF_TIMER_TASK_COUNT,
					data->async->rx_cnt.ppi);

#endif
		ret = gppi_channel_enable(data->async->rx_cnt.ppi);
		if (ret != NRFX_SUCCESS) {
			return -EIO;
		}
	} else {
		nrf_uarte_int_enable(uarte, NRF_UARTE_INT_RXDRDY_MASK);
	}

	return 0;
}

...

Sensoren & Kartierung

Zephyr Scientific Library (zscilib)

Für die Berechnungen, die für den Kalman Filter benötigt werden, wurde eine zusätzliche Library in das Projekt eingebunden. Es handelt sich dabei um die Zephyr Scientific Library (zscilib). Die Library wurde mit folgenden Schritten eingebunden:

1. In the manifest/remotes section add:

remotes:
  - name: zscilib
    url-base: https://github.com/zscilib

2. In the manifest/projects section add:

- name: zscilib
  remote: zscilib
  path: modules/lib/zscilib
  revision: master

3. Save the file, and run west update from the project root to retrieve the latest version of zscilib from Github, or whatever revision was specified above.

4. Folgende Parameter wurden in der .conf ergänzt:

CONFIG_FLOAT=y
CONFIG_FP_SHARING=y
CONFIG_NEWLIB_LIBC=y
CONFIG_NEWLIB_LIBC_FLOAT_PRINTF=y
CONFIG_ZSL=y
CONFIG_ZSL_PLATFORM_OPT=2
CONFIG_ZSL_SINGLE_PRECISION=y
CONFIG_ZSL_VECTOR_INLINE=n
CONFIG_ZSL_MATRIX_INLINE=n
CONFIG_ZSL_BOUNDS_CHECKS=y