157 lines
13 KiB
TeX
157 lines
13 KiB
TeX
%
|
||
% Microprocessors and peripherals 2nd assignement.
|
||
%
|
||
% author:
|
||
% Χρήστος Χουτουρίδης ΑΕΜ 8997
|
||
% cchoutou@ece.auth.gr
|
||
|
||
|
||
% Document configuration
|
||
\newcommand{\ClassName}{Μικροεπεξεργαστές και Περιφερειακά}
|
||
\newcommand{\DocTitle}{2η Εργασία}
|
||
\newcommand{\InstructorName}{Παπαευσταθίου Ιωάννης}
|
||
\newcommand{\InstructorMail}{ygp@ece.auth.gr}
|
||
\newcommand{\CurrentDate}{\today}
|
||
|
||
\input{config/AuthReportConfig.tex}
|
||
|
||
%\renewcommand{\AuthorName}{Χρήστος Χουτουρίδης}
|
||
%\renewcommand{\AuthorMail}{cchoutou@ece.auth.gr}
|
||
%\renewcommand{\AuthorAEM}{8997}
|
||
|
||
\setFancyHeadLR{\ClassName}{\DocTitle}
|
||
%\setFancyHeadLERO{\ClassName}{\DocTitle}
|
||
|
||
% Document
|
||
% =================
|
||
\begin{document}
|
||
|
||
%\FirstPage
|
||
\TitleHeader
|
||
|
||
%\tableofcontents
|
||
%\listoffigures
|
||
%\listoftables
|
||
|
||
\section{Εισαγωγή}
|
||
Στην παρούσα εργασία το ζητούμενο ήταν η υλοποίηση μιας εφαρμογής για το αναπτυξιακό \eng{Nucleo-F401RE} της εταιρίας \eng{ST Microelectronics,} η οποία θα μετρά το χρόνο απόκρισης ενός ατόμου σε κάποιο οπτικό ερέθισμα.
|
||
Η ανάπτυξη έγινε σε γλώσσα \eng{C} και χρησιμοποιήθηκε το εργαλείο \eng{Keil uVision.}
|
||
Ομοίως και σε αυτή την εργασία, κατά την ανάπτυξη δεν προκύψαν ιδιαίτερα προβλήματα, επομένως η αναφορά θα αφιερωθεί κυρίως στην υλοποίηση και τον έλεγχο του προγράμματος.
|
||
Ο κώδικας της εργασίας αλλά και της παρούσας αναφοράς υπάρχει και στο \href{https://git.hoo2.net/hoo2/Micro2020/src/branch/master/assignment_2}{προσωπικό αποθετήριο} για την εργασίας, του συντάκτη.
|
||
|
||
\section{Παραδοτέα}
|
||
Στο παραδοτέο \eng{.zip} αρχείο μπορείτε να βρείτε:
|
||
\begin{itemize}
|
||
\item Τον κατάλογο \textbf{\eng{/src}} που περιέχει τον κώδικα της εφαρμογής.
|
||
\item Τον κατάλογο \textbf{\eng{/Libraries}} που περιέχει τον κώδικα των βιβλιοθηκών που χρησιμοποιήσαμε, όπως το \eng{CMSIS} και το \eng{ST HAL.}
|
||
\item Το αρχείο \textbf{\eng{report.pdf}} που είναι η παρούσα αναφορά.
|
||
\item Τον κατάλογο \textbf{\eng{/Keil}} που περιέχει το \eng{project} που χρησιμοποιήθηκε στο \eng{Keil.}\\
|
||
Στο \eng{project} αυτό περιέχονται επιπλέων οι ρυθμίσεις καθώς και τα αρχεία από τις βιβλιοθήκες που χρησιμοποιήθηκαν.
|
||
\end{itemize}
|
||
Για την παρούσα εργασία χρησιμοποιήσαμε το \eng{CMSIS} και το \eng{STM32F4xx\_HAL} που παρέχει η εταιρία \eng{ST} στο επίσημο αποθετήριό της.
|
||
Η επιλογή αυτού έναντι των αρχείων από το \eng{STM32F4xx Std\_Peripheral} που περιεχόταν στο \eng{e-learning} του μαθήματος έγινε για να συμβαδίσουμε με τις βιβλιοθήκες που προτείνει ή κατασκευάστρια εταιρία.
|
||
Επίσης η χρήση τους έγινε στο ίδιο χαμηλό επίπεδο της \eng{STM32F4xx\_Std\_Peripheral} κάτι το οποίο προτείνεται και από τον διδάσκοντα.
|
||
\emph{\textbf{Εξάλλου μια υψηλότερου επιπέδου χρίση δεν θα είχε νόημα καθώς θα ξέφευγε από τον μαθησιακό χαρακτήρα της εργασίας}}.
|
||
|
||
\section{Υλοποίηση}
|
||
Η υλοποίηση της εφαρμογής έγινε σε δύο μέρη.
|
||
Στο πρώτο υλοποιήσαμε ένα \eng{driver interface wrapper} πάνω από το \eng{Nucleo board.}
|
||
Σε αυτό υπάρχουν βασικές συναρτήσεις για την αρχικοποίηση και λειτουργία του \eng{board} που αφορούν όμως μόνο τις λειτουργίες που χρειαζόμαστε για την εφαρμογή.
|
||
Στο δεύτερο υλοποιήσαμε την “λογική” της εφαρμογής η οποία είναι ανεξάρτητη από το υλικό στο οποίο τρέχει.
|
||
Με τον τρόπο αυτό μπορούμε να μεταφέρουμε την εφαρμογή σε διαφορετικό \eng{hardware} υλοποιώντας μόνο τον \eng{driver} και φροντίζοντας αυτός να παρέχει το ίδιο \eng{API.}
|
||
|
||
\subsection{Οδηγός του \eng{Nucleo}}
|
||
Ο επεξεργαστής που φέρει το εν λόγο αναπτυξιακό είναι πολύ μεγαλύτερος από τις ανάγκες της παρούσας εργασίας.
|
||
Έτσι τα υποσυστήματα που χρησιμοποιήσαμε ήταν ελάχιστα.
|
||
Για την ακρίβεια έγινε χρήση:
|
||
\begin{itemize}
|
||
\item Του \eng{\textbf{SysTick timer}} ώς βάση μέτρησης χρόνου.\\
|
||
Η συχνότητα που επιλέξαμε είναι το \eng{1Khz,} με αποτέλεσμα η ακρίβειά μας να περιορίζεται στο \eng{1msec}.
|
||
Αυτό βέβαια δεν αποτελεί πρόβλημα καθώς ο μέσος χρόνος απόκρισης ενός ανθρώπου σε κάποιο οπτικό ερέθισμα είναι περίπου \eng{200 msec,} κάτι που θέτει το σφάλμα μας γύρω στο 0.5\%.
|
||
\item Του \eng{\textbf{GPIO}} για την ανάγνωση του κουμπιού και την οδήγηση του \eng{LED} της πλακέτας.
|
||
\item Του \eng{\textbf{RCC}} για τον έλεγχο και των σημάτων ρολογιού εσωτερικά του επεξεργαστή στα διάφορα υποσυστήματα.
|
||
\item Του \eng{\textbf{Cycle count}} μηχανισμού στον \eng{debugger.}\\
|
||
Ο εν λόγο μηχανισμός υλοποιήθηκε στο αρχείο του οδηγού αλλά \textbf{δεν χρησιμοποιήθηκε} στην εφαρμογή καθώς η ακρίβειά του είναι πολλές τάξεις μεγαλύτερη από την απαιτούμενη.
|
||
\end{itemize}
|
||
|
||
\par
|
||
Αξίζει ίσως σε αυτό το σημείο να αναφέρουμε πως για την μέτρηση χρόνου χρησιμοποιήσαμε μεταβλητές για απαρίθμηση των διακοπών του \eng{SysTick.}
|
||
Η εφαρμογή έτσι μπορούσε βλέποντας την τιμή τους να έχει εικόνα του χρόνου που έχει περάσει από το \eng{power up.}
|
||
|
||
\subsection{Εφαρμογή}
|
||
\WrapFigure{0.45}{r}{fig:leading}{leading.png}{
|
||
Διάγραμμα ροής του πρώτου \eng{mode} λειτουργίας.
|
||
}
|
||
Η εφαρμογή που αναλαμβάνει τη λογική του πειράματος αποτελείται από δύο τμήματα.
|
||
Το τμήμα που αναλαμβάνει να πραγματοποιήσει τις μετρήσεις και το τμήμα που υπολογίζει τα στατιστικά.
|
||
Στην εν λόγο εργασία μας ζητήθηκε η εμφάνιση των αποτελεσμάτων μέσω του \eng{debugger,} έτσι δεν υπάρχει κάποιο τμήμα που να εμφανίζει δεδομένα στο χρήση.
|
||
|
||
\par
|
||
Ποιο συγκεκριμένα για τις μετρήσεις έχουμε υλοποιήσει δύο συναρτήσεις.
|
||
\begin{itemize}
|
||
\item Την \eng{\textbf{\textit{leading()}}} η οποία εκτελεί το πείραμα του πρώτου τύπου.
|
||
\item Την \eng{\textbf{\textit{trailing()}}} η οποία εκτελεί το πείραμα του δεύτερου τύπου.
|
||
\end{itemize}
|
||
|
||
Στο σχήμα \ref{fig:leading} φαίνεται το διάγραμμα ροής της \eng{\textit{leading()}}.
|
||
Πρόκειται για μια απλή \eng{blocking mode} συνάρτηση η οποία σε βρόχο περιμένει ένα τυχαίο χρονικό διάστημα, έπειτα ανάβει το \eng{LED} και ξανα-περιμένει μέχρι ο χρήστης να πατήσει το πλήκτρο.
|
||
Στο βρόχο μετά το άναμμα του \eng{LED} και μετά το πάτημα του πλήκτρου γίνεται ανάγνωση της \eng{CPU time} (που αντιστοιχεί σε \eng{msec.})
|
||
Έτσι ο συνολικός χρόνος απόκρισης του χρήστη είναι η διαφορά τους.
|
||
Την διαφορά τους την αποθηκεύουμε σε ένα πίνακα στη μνήμη (όρισμα \eng{out}) ώστε μετέπειτα να επεξεργαστούμε και να υπολογίσουμε τα στατιστικά.
|
||
|
||
\par
|
||
Η συνάρτηση \eng{\textit{trailing()}} είναι όμοια με μόνη διαφορά τη συμπεριφορά του \eng{LED.}
|
||
Στην περίπτωση της \eng{\textit{leading()}} το ανάβουμε και μετράμε, ενώ στην περίπτωση της \eng{\textit{trailing()}} το σβήνουμε.
|
||
|
||
\par
|
||
\InsertFigure{0.5}{fig:experiment}{experiment.png}{
|
||
Στιγμιότυπο αποτελεσμάτων των συναρτήσεων για τα στατιστικά μέσω του \eng{debugger.}\\
|
||
Στη δομή \eng{stat} κρατάμε τα στατιστικά στοιχεία και στον πίνακα \eng{times} τις μετρήσεις από την τρέχουσα συνεδρία.
|
||
}
|
||
Για στατιστική ανάλυση των μετρήσεων υλοποιήσαμε 3 συναρτήσεις.
|
||
\begin{itemize}
|
||
\item Την \eng{\textbf{\textit{average()}}} η οποία υπολογίζει το μέσο όρο των μετρήσεων και επιστρέφει το αποτέλεσμα σε έναν αριθμό κινητής υποδιαστολής.
|
||
\item Την \eng{\textbf{\textit{median()}}} η οποία υπολογίζει τον διάμεσο των μετρήσεων και επιστρέφει το αποτέλεσμα σε έναν αριθμό κινητής υποδιαστολής.
|
||
\item Την \eng{\textbf{\textit{std\_deviation()}}} η οποία υπολογίζει την απόκλιση των μετρήσεων και επιστρέφει το αποτέλεσμα σε έναν αριθμό κινητής υποδιαστολής.
|
||
\end{itemize}
|
||
Ένα παράδειγμα αποτελεσμάτων από δεδομένα που τροφοδοτούνται σε αυτές τις συναρτήσεις φαίνεται και στο σχήμα \ref{fig:experiment}.
|
||
|
||
\section{Μετρήσεις}
|
||
Παρακάτω παραθέτουμε ένα πίνακα με μετρήσεις που κάναμε με το \eng{Nucleo.}
|
||
Εκτελέσαμε 5 μετρήσεις με το πρώτο \eng{mode} λειτουργίας και με 5 με το δεύτερο.\\
|
||
Οι μετρήσεις από το πρώτο είναι:\\
|
||
\[
|
||
\begin{array}{rccc}
|
||
Α/Α & \eng{Average [msec]} & \eng{Median [msec]} & \eng{std. Deviation [msec]}\\
|
||
1 & 191.8 & 205 & 22.2566833 \\
|
||
2 & 235.4 & 215 & 38.2130852 \\
|
||
3 & 200.4 & 201 & 14.122323 \\
|
||
4 & 201.4 & 183 & 23.3974361 \\
|
||
5 & 207.0 & 185 & 36.4197769
|
||
\end{array}
|
||
\]
|
||
Οι μετρήσεις από το δεύτερο είναι:\\
|
||
\[
|
||
\begin{array}{rccc}
|
||
Α/Α & \eng{Average [msec]} & \eng{Median [msec]} & \eng{std. Deviation [msec]}\\
|
||
1 & 226.2 & 208 & 34.1256523 \\
|
||
2 & 224.8 & 230 & 18.0930939 \\
|
||
3 & 208.8 & 197 & 34.3359871 \\
|
||
4 & 217.0 & 215 & 22.7068272 \\
|
||
5 & 227.4 & 215 & 29.8167744
|
||
\end{array}
|
||
\]
|
||
|
||
\section{Συμπεράσματα - Παρατηρήσεις}
|
||
Συνοψίζοντας την εμπειρία μας με την παρούσα εργασία δεν έχουμε να αναφέρουμε κάποιο ιδιαίτερο πρόβλημα ή δυσκολία.
|
||
Το μόνο μεμπτό σημείο, με το οποίο βέβαια δεν καθυστερήσαμε ιδιαίτερα ήταν η φτωχή υποστήριξη του \eng{Keil} για την \eng{qsort.}
|
||
Από την εμπειρία μας με τον \eng{compiler gcc,} ποτέ δεν είχαμε αντιμετωπίσει παρόμοια προβλήματα και η άρνηση του \eng{Keil} ήταν κάτι που μας άφησε αρνητικές εντυπώσεις.
|
||
Παρόλα αυτά δεν αναλωθήκαμε να ιχνηλατήσουμε το πρόβλημα, αλλά παρουσιάσαμε μια ταπεινή υλοποίηση της \eng{bobble sort,} που για το μέγεθος των μετρήσεών μας είναι ιδανική.
|
||
|
||
% References
|
||
% ============================
|
||
%\begin{thebibliography}{100}
|
||
%\bibitem{item}item...
|
||
%\end{thebibliography}
|
||
|
||
\end{document} |