E K S A M E N FAKULTET FOR TEKNOLGI OG REALFAG. Emnekode: ELE217 Emnenavn: Mikrokontrollere og styresystemer.

Transkript

1 FAKULTET FOR TEKNOLGI OG REALFAG E K S A M E N Emnekode: ELE217 Emnenavn: Mikrokontrollere og styresystemer. Dato: 9. desember 2016 Varighet: Antall sider inkl. forside: 22 Tillatte hjelpemidler: Ingen Merknader: Oppgavene vektes som angitt. 1

2 Oppgave 1 Mikroprosessor ARM Cortex-M (vekt 25%) a) Hva står akronymet ARM for? (1%) b) List alle prosessorene som er utgitt i Cortex-M familien og gi en kort oppsummering av deres bruksområde/egenskaper/særtegn. (5%) c) Hva er de ulike stegene i en 3-stegs instruksjonskø? (3%) d) Hva innebærer «bit-banding» og når bør denne mekanismen benyttes? (2%) e) Hva er et unntak («exception»)? (2%) f) Hva er avbrudd («interrupt»)? (1%) g) Gi et par eksempler på interne prosessor unntak og system avbrudd? (1%) h) Hva skjer med programmet «main» som kjører når det kommer et «interrupt»? (2%) i) Hva står ISR forkortelsen for, når vi snakker om «interrupt»? (1%) j) Hva vet programmet «main» når det får over kontrollen igjen etter at en ISR har kjørt? (1%) k) Hva er en stakk og hva benyttes den til? (3%) l) Hva er hensikten med en «bootloader»? (2%) m) Hva er hensikten med å sette prosessoren i en søvnmodus? (1%) 2

3 Oppgave 2 Mikrokontroller nrf52832 I Vedlegg A finner du hele C-koden for hele oppgave 2. I Vedlegg B finner du NRF_DRV_SAADC_DEFAULT_CHANNEL_CONFIG_SE(PIN_P) I Vedlegg C finner du beskrivelse av konfigurasjons registeret for SAADC en. Oppgave 2.1 Mikrokontroller nrf52832 (vekt 20%) a) Hvilken bryter (button) på nrf52 DK, er det som er valgt brukt i koden? (3%) b) Hvilken LED på nrf52 DK, er det som er valg i denne koden? (3%) c) Hvilken eller hvilke funksjoner er det som blir kjørt når bryteren som er koblet til PIN_IN blir trykket inn? (2%) d) Hvilken eller hvilke funksjoner er det som blir kjørt når bryteren som er koblet til PIN_IN blir sluppet igjen? (2%) e) Lag et SDL diagram over de forskjellige «prosessens/blokkene» SW/HW som er i bruk i denne C-koden. (Er bare interesserte i Prosessnivået og eventuelt EVENT/TASK signal mellom dem.) (10%) 3

4 Oppgave 2.2 Mikrokontroller SAADC (vekt 15%) a) Hvilken gain faktor er denne SSADC kanalen satt til i C-koden? (2%) b) Hvilken er den største kilde resistansen denne SSADC kanalen satt opp til å gi riktig tesultat for? (2%) c) Hva er det som setter i gang SSADC en (gir SAMPEL tasken)? (3%) d) Hvor ofte blir ssadc_callback funksjonen kalt, gi begrundelse? (4%) e) Hvis GAIN Field = 2 og REFSEL Field = 0 for en SAADC kanal, hva må da «faktor» settes til for at utskreven verdi blir i mv, gi begrunnelse? (4%) 4

5 Oppgave 3 RTOS Design I denne oppgaven skal en mikrokontroller styre regulering av en planovergang, dvs. en overgang der en veg krysser en toglinje. NB! Les hele oppgaven før du begynner å svare/designe. Først er det en beskrivelse av et design med spørsmål i oppgave 3.1. Deretter en spørsmål/design oppgave i 3.2. Sensor Sensor Trafikken på toglinja kontrolleres av trafikklys. Et trafikklys på hver side fra overgangen og i god avstand fra overgangen. Hvert trafikklys består av to lyskilder plassert vertikalt over hverandre og kan enten blinke rødt (stopp) eller lyse grønt (kjør). Trafikken på vegen kontrolleres av trafikklys. Et trafikklys på hver side av toglinja for å gi signal til trafikken i hver retning over toglinja. Hvert trafikklys består av to lyskilder plassert vertikalt over hverandre og kan enten blinke rødt (stopp) eller lyse grønt (kjør). Passerende tog detekteres av totalt 2 stk. sensorer, 1 stk. på hver side og i god avstand fra trafikklys og planovergangen. Sensorene kan signalere passerende tog til mikrokontrolleren som da vil kunne produsere denne informasjonen: Tog passerer sensor (SIG_S1_TRAIN_PASSING, SIG_S2_TRAIN_PASSING) Mikrokontrolleren skal kontroller planovergangen slik: i) Ved oppstart skal trafikken på vegen få grønt lys og tog skal ha rødt blinkende lys. ii) Dersom et tog detekteres på en av sensorene, skal trafikken på vegen få blinkende rødt lys og toget på veg mot planovergangen få grønt lys. iii) Når den andre sensoren på toglinje detekterer at toget har passert, skal det grønne signallyset langs med toglinja skifte til rødt blinkende og trafikken på vegen få grønt lys. 5

6 Oppgave 3.1 Eksisterende design (vekt 20%) Vedlegg D viser et SDL design av funksjonaliteten beskrevet over. Den viser ikke design av selve avbruddsrutiner, men forutsetter at disse er implementert og sender signalene beskrevet over til trådene. a) Om vi tenker oss at sensorene er koblet til mikrokontrollerens GPIO innganger, hvor mange GPIO innganger trengs for å motta og produsere informasjonen beskrevet over? (3%) b) Om vi tenker oss at hvert trafikklys og hver lyskilde styres av mikrokontrollerens GPIO utganger, hvor mange GPIO utganger trengs for å kontrollere samtlige trafikklys? (3%) c) Hvor mange tråder beskriver SDL designet i Vedlegg D? (4%) d) Hva skiller en trådfunksjon fra en vanlig funksjon? (2%) e) Hvor mange tilstander har de forskjellige trådene og hva forteller designet om trådenes hovedfunksjon? (8%) 6

7 Oppgave 3.2 Design av ny funksjon (vekt 20%) Grunnet økende trafikk på vegen er det bestemt å øke sikkerheten på overgangen ved å installere bommer. En bom på hver side av overgangen plassert ved trafikklysene. De 2 bommene er utrustet med sensorer som detekterer når bommene er helt nede og når bommene er helt oppe og kan signalere dette til mikrokontrolleren. Mikrokontrolleren vil altså kunne produsere denne informasjonen: Bommene er helt nede, dvs. vegen er stengt for trafikk (SIG_B1_BARRIER_DOWN, SIG_B2_BARRIER_DOWN) Bommene er helt oppe, dvs. vegen er åpen for trafikk (SIG_B1_BARRIER_UP, SIG_B2_BARRIER_UP) a) Om vi tenker oss at sensorene til bommene er koblet til mikrokontrollerens GPIO innganger, hvor mange GPIO innganger trengs for å motta og produsere informasjonen beskrevet over? (2%) b) Om vi tenker oss at bommene styres av en eller flere GPIO utganger, hvor mange GPIO utganger trengs for å kontrollere bommene opp og ned? (2%) c) Lag et SDL design som viser en planovergang som blir kontrollert slik: (16%) i) Ved oppstart skal begge bommene beordres opp, trafikken på vegen skal få grønt lys og tog skal ha rødt blinkende lys. ii) Dersom et tog detekteres på en av sensorene, skal trafikken på vegen få rødt blinkende lys og bommene beordres ned. iii) Når begge bommene er detektert helt nede, skal signallyset på samme side som detekterte tog skifte til grønt for å tillate tog å passere. iv) Når den andre sensoren på toglinje detekterer at toget har passert, skal det grønne signallyset skifte til rødt blinkende og bommene beordres opp. v) Når begge bommene er detektert helt oppe, skal trafikken på vegen få grønt lys. Vedlegg E lister vanlige SDL symboler. 7

8 Vedlegg A C-kode til oppgave 8

9 9

10 10

11 Vedlegg B NRF_DRV_SAADC_DEFAULT_CHANNEL_CONFIG_SE(PIN_P) 11

12 Vedlegg C CONFIG register til SAADC 12

13 Vedlegg D SDL design planovergang ISR SIG_S1_TRAIN_PASSING SIG_S2_TRAIN_PASSING JunctionControl (1,1) #define SIG_S1_TRAIN_PASSING 0x01 #define SIG_S2_TRAIN_PASSING 0x02 extern osthreadid junction_control; void JunctionControlInit(void); SIG_GREEN_ON SIG_RED_BLINKING LightControl (4,4) #define SIG_GREEN_ON 0x01 #define SIG_RED_BLINKING 0x02 extern osthreadid light_road1; extern osthreadid light_road2; extern osthreadid light_track1; extern osthreadid light_track2; void LampControlInit(void); 13

14 Junction Control init funksjonen. Denne kalles typisk fra main(): void JunctionControlInit(void) // Initialize all harware used to receive interrupts // from the train passing sensor S1 and S2, // e.g. set applicable GPIO pins as input, // register a proper interrupt handling routine // and enable interrupts. // Define junctioncontrol thread object osthreaddef(junctioncontrol, osprioritynormal, 1, 0); LightControlInit() // Start the JunctionControl thread osthreadcreate(osthread(junctioncontrol), (void *)NULL); 14

15 Junction Control tråd funksjonen: void JunctionControl(void const *arg) uint32_t dir = DIR_NONE; junction_control = osthreadgetid (); light_track1, SIG_RED_BLINKING) // Some defines for train directions #define DIR_NONE 0x00 #define DIR_S1_TO_S2 0x01 #define DIR_S2_TO_S1 0x02 // Define JunctionControl thread id osthreadid junction_control; light_track2, SIG_RED_BLINKING) light_road1, SIG_GREEN_ON) light_road2, SIG_GREEN_ON) ROAD_OPEN 15

16 ROAD_OPEN light_road1, SIG_GREEN_ON) light_road2, SIG_GREEN_ON) ossignalwait( 0, oswaitforever) signal == SIG_S1_TRAIN_ PASSING false signal == SIG_S2_TRAIN_ PASSING true dir = DIR_S1_TO_S2; true dir = DIR_S2_TO_S1; false light_road1, SIG_RED_BLINKING) light_road2, SIG_RED_BLINKING) ROAD_CLOSED EMERGENCY 16

17 ROAD_CLOSED dir == DIR_S1_TO_S2 false dir == DIR_S1_TO_S2 true true light_track1, SIG_GREEN_ON) light_track2, SIG_GREEN_ON) false ossignalwait( 0, oswaitforever) signal == SIG_S2_TRAIN_PASSING && dir == DIR_S1_TO_S2 false signal == SIG_S1_TRAIN_PASSING && dir == DIR_S2_TO_S1 false true true light_track1, SIG_RED_BLINKING) light_track2, SIG_RED_BLINKING) EMERGENCY dir = NONE; ROAD_OPEN 17

18 EMERGENCY light_track1, SIG_RED_BLINKING) light_track2, SIG_RED_BLINKING) light_road1, SIG_RED_BLINKING) light_road2, SIG_RED_BLINKING) // Currently no design of how to // resolve this situation and leave this state - 18

19 Light Control init funksjonen: #define LIGHT_POST_1 1 #define LIGHT_POST_2 2 #define LIGHT_POST_3 3 #define LIGHT_POST_4 4 // Define LightControl thread object osthreaddef(lightcontrol, osprioritynormal, 4, 0); void LightControlInit(void) // Define LightControl thread ids osthreadid light_road1; osthreadid light_road2; osthreadid light_track1; osthreadid light_track2; // Initialize all harware used to switch lights on/off, // e.g. all GPIO pins as output // Start the four LightControl threads light_road1 = osthreadcreate(osthread(lightcontrol), (void *)LIGHT_POST_1); light_road2 = osthreadcreate(osthread(lightcontrol), (void *)LIGHT_POST_2); light_track1 = osthreadcreate(osthread(lightcontrol), (void *)LIGHT_POST_3); light_track2 = osthreadcreate(osthread(lightcontrol), (void *)LIGHT_POST_4); 19

20 Light Control tråd funksjonen: void LightControl(void const *arg) (uint32_t)arg == LIGHT_POST_1 LIGHT_POST_2 LIGHT_POST_3 LIGHT_POST_4 false true uint32_t post = (uint32_t)arg SetLight(post, GREEN_OFF) BLINKING 20

21 BLINKING ossignalwait(0, 0) signal == SIG_GREEN_ON true false SetLight(post, RED_ON) SetLight(post, GREEN_ON) osdelay(1000) SetLight(post, RED_OFF) GREEN_ON osdelay(1000) - GREEN_ON ossignalwait(0, oswaitforever) signal == SIG_RED_BLINKING false - true SetLight(post, GREEN_OFF) BLINKING 21

22 Vedlegg E SDL symboler Blokk/modul Deklarasjoner og definisjoner av funksjoner, globale variable og symboler Skape/starte tråd/prosess Kall til funksjon/prosedyre Start på funksjon/prosedyre Retur fra funksjon/prosedyre BLINKING Trådens/prosessens tilstand Uten tekst når tråden/prosessen startes * angir alle tilstander - angir samme tilstand Sende signal/melding/post Motta signal/melding/post eller timer/forsinkelse fra OS Test og bestemmelse Definer og/eller sette lokale variable eller beskrive hva som skal gjøres Terminering av tråd/prosess Kommentar 22