Kleine Starthilfe für die Inbetriebnahme des GPIO-Expansion-Boards mit PowerPC 565 und RTOS/UH

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1 Kleine Starthilfe für die Inbetriebnahme des GPIO-Expansion-Boards mit PowerPC 565 und RTOS/UH mit Beispielprogrammen Prof.Dr.-Ing. Rolf Hausdörfer, Labor Echtzeitsysteme, Fachhochschule Lippe und Höxter, Liebigstraße 87, Lemgo Version 1.1, Demoprogramm MPC565 mit RTOS/UH Seite 1 von 12

2 1. Allgemeines Sie beabsichtigen den Einsatz des PowerPC MPC565 in Ihrer Anwendung? Sie benötigen ein Echtzeitbetriebssystem für Ihre Problemlösung? Sie möchten sofort mit lauffähigen Beispielen beginnen und sich auch den Quellcode ansehen, um Anregungen für die eigene Programmierung zu bekommen? Falls Sie diese Fragen mit 'ja' oder 'möglicherweise' beantworten, sollen Ihnen diese Beschreibung und die dazugehörenden Programme zu einem möglichst schnellen Einstieg helfen. Sie haben sich bereits die erforderliche Hardware verschafft: - phycore MPC565 (PHYTEC, Mainz) - phycore Development Board PCM-991 (PHYTEC, Mainz) - GPIO Expansion Board (PHYTEC, Mainz) und die dazu passende Software: - Echtzeit-Betriebssystem RTOS/UH (IEP, Hannover) - Crest C Compiler (IEP, Hannover) - Terminalemulation RTERM (IEP, Hannover) Diese Anleitung kann die zur Software gehörenden Handbücher (RTOS-Start, RTOS- Handbuch, CREST-C-Handbuch, MPC565 Manual usw) nicht ersetzen. Erwarten Sie bitte keinen Grundkurs für die Bedienung des RTOS/UH oder für die Benutzung des CREST-C- Compilers. Beim Durcharbeiten der Beispiele werden Sie aber auch zu diesen Themen einiges erfahren. Demoprogramm MPC565 mit RTOS/UH Seite 2 von 12

3 2. Vorbereitung Konfigurieren Sie die Hardware so, wie in den Unterlagen von PHYTEC und IEP beschrieben. Bild 1 Bild 2 Installieren Sie wie in den IEP-Handbüchern beschrieben das Betriebssystem RTOS/UH im FLASH des MPC565, falls dieses noch nicht vorhanden ist, den Crest C Compiler auf Ihrem Entwicklungsrechner, die Terminalemulation RTERM. Verbinden Sie Entwicklungsrechner und MPC565 über die RS232-Verbindung (COM- Schnittstelle) und über das Ethernet (z.b. Ihren lokalen HUB). Starten Sie den Ethernet- Treiber mit der von Ihnen vergebenen IP-Adresse und den Telnet-Dienst auf dem MPC565 wie in Bild 3 zu sehen (bei der IP-Adresse handelt es sich nur um ein Beispiel). Bild 3 Demoprogramm MPC565 mit RTOS/UH Seite 3 von 12

4 Danach stellen Sie mit Hilfe der Terminalemulation RTERM die Verbindung zwischen den beiden Rechnern her. Pull-Down-Menue Terminal -> Telnet. Tragen Sie unter 'Host Name' die IP-Adresse des MPC565 ein. Mit dem Befehl 'LU' können Sie sich einen Überblick über die vorhandenen User-Tasks verschaffen (lesen Sie dazu auch das RTOS-Handbuch oder RTOSstart.pdf ). Kopieren Sie nun den Dateibaum mit den Beispielprogrammen direkt auf Platte C. Sie finden die Beispiele dann unter C:\demo_rtos_565\... Falls Sie den Dateibaum an eine andere Stelle kopieren möchten, sollten Sie vor dem Übersetzen die absoluten Pfadnamen in den Projektfiles ändern. Dazu kommen wir aber erst in Abschnitt 4. Demoprogramm MPC565 mit RTOS/UH Seite 4 von 12

5 3. Der erste Test mit motor1 3.1 Verbindung zwischen Development-Board und GPIO-Expansion-Board herstellen Mit Hilfe des Patch-Feldes lassen sich beliebige Ein-/Ausgänge des MPC565 mit den Leuchtdioden, Tastern usw verbinden. Bild 4 Stellen Sie folgende Verbindungen her (vorerst nur Motor und 2 LED's): IO-Connector Patchfeld Signal LED IN 1 A4 MPIO32B0 LED IN 2 F4 MPIO32B1 MOT IN 1 F17 MPWM0 VCC A1 VCC (Nach dem Einschalten des MPC565 leuchten beide LED's. ) Bild 5 Demoprogramm MPC565 mit RTOS/UH Seite 5 von 12

6 3.2 Programm laden und testen Damit Sie sofort beginnen können, liegt das Programm schon in übersetzter Form vor (C:\demo_rtos_565\motor1.sr). Laden Sie das Programm, indem Sie das Pull- Down-Menue Datei -> Laden von Rterm verwenden. Nach erfolgreichem Laden finden Sie die Task demo_rtos_565 im Speicher, wenn Sie mit dem Bedienbefehl LU die User- Task-Liste ansehen. Nachdem Sie die Task demo_rtos_565 gestartet haben (einfach den Namen der Task eingeben; Ctr-A beachten! ), sollte sich der Motor drehen (die Geschwindigkeit ändert sich zyklisch) und die LED's 1 und 2 sollten blinken. Ein Blick in die Task-Liste zeigt, dass demo_rtos_565 weitere Tasks erzeugt hat, u.a. die Task unlo, mit der Sie Ihr Programm wieder entladen können (siehe RTOS-Handbuch: Der Doppellade-Teufel ). 4. Der zweite Test mit motor1 4.1 Das Programm motor1 übersetzen Im Ordner C:\demo_rtos_565\motor1 finden Sie den Quellcode und die Projektfiles. Bild 6 Tasks, Funktionen (sofern vorhanden), Header-Files und das Übersetzungsergebnis sind in getrennten Ordnern untergebracht. Zum Übersetzen genügt ein Doppelklick auf cmake_demo.bat im Ordner demo_ctr, der auch die übrigen Projektfiles enthält. Beim Übersetzen und Linken wurden einige Dateien angelegt, u.a. das ladbare Programm demo.sr im Ordner demo_sr. Sie haben Probleme beim Übersetzen? Falls die Pfadangaben in Ihrem Fall anders lauten als hier angenommen, sollten Sie vor dem Übersetzen die Dateien cmake_demo.bat, demo.mak, demo.lnk und args.opt anpassen. 4.2 Programm laden und testen Laden Sie die Datei C:\demo_rtos_565\motor1\demo_sr\demo.sr. Motor und LED's sollten sich so verhalten, wie in Abschnitt 3.2. Falls Sie noch nicht mit CREST C gearbeitet haben, lohnt sich ein Blick in den kommentierten Quellcode Demoprogramm MPC565 mit RTOS/UH Seite 6 von 12

7 C:\demo_rtos_565\motor1\demo_tasks\demo_task.c C:\demo_rtos_565\motor1\demo_h\peripherie.h Sie sehen, dass in der main-task (erscheint im Speicher unter dem Namen: demo_rtos_565 ; siehe auch demo.mak im Ordner demo_ctr ) die übrigen Tasks nur erzeugt werden. Die Trennung von Task-Erzeugung und Initialisierung hat den Vorteil, dass Sie nach einem regulären Beenden der Programme (Task stop ) das Programmpaket ohne erneutes Laden wieder starten können. Da wir in Abschnitt 3.1 einige Anschlusspins des Modular Input/Output Subsystems mit dem Motor und den LED's verbunden haben, wird in der Task init das Parallel Port I/O Submodule und das Counter Prescaler Submodule initialisiert. Das Pulse Width Modulation Submodule initialisieren wir erst in der Task motor_ansteuerung. Für diese Task reicht eine 'einfache' Aktivierung, da (siehe Task motor_ansteuerung ) eine Endlos-Schleife für die ständige Betreuung des Motors sorgt. Zur Realisierung des Blinkers nehmen wir die Hilfe von RTOS in Anspruch, bei dem wir die Task zur zeitzyklischen Aktivierung anmelden (Zeiteinplanung). Falls Sie den gleichen Ablauf mit anderen Digitalausgängen und PWM- Ausgängen (wir haben bisher benutzt: Bit_0, Bit_1 und PWM_0) testen wollen, beachten Sie bitte die Mehrfachbelegung mancher Prozessor-Pins. Beim Lesen des Quellcodes beachten Sie bitte: Dies ist nur ein Beispiel. Wie immer beim Programmieren kann man alles auch ganz anders machen. Demoprogramm MPC565 mit RTOS/UH Seite 7 von 12

8 5. Das Programm motor2 5.1 Verbindung zwischen Development-Board und GPIO-Expansion-Board herstellen Wir ändern nun die Konfiguration des Patch-Feldes. Stellen Sie folgende Verbindungen her: IO-Connector Patchfeld Signal LED IN 1 E54 TPU A, Kanal 1 LED IN 2 F53 TPU A, Kanal 2 MOT IN 1 B54 TPU A, Kanal 0 VCC A1 VCC (Nach dem Einschalten des MPC565 leuchten beide LED's. ) Bild 7 Wir nutzen bei diesem Beispielprogramm die Ausgangspins der TPU (Time Prozessor Unit) zur Ansteuerung des GPIO-Board. Die TPU ist ein RISC-Prozessor mit einem Befehlssatz, der für Timeranwendungen optimiert ist. Sie müssen aber nicht sofort mit Mikroprogrammierung anfangen, sondern können Programme (TPU-Funktionen) benutzen, die im ROM des MPC565 vorhanden sind. So gibt es Programme für Digital-In/Out, PWM, Transition-Count usw. Die Initialisierung und Benutzung der TPU verbirgt sich in Library-Funktionen aus tpu_func.c (Ordner C:\demo_rtos_565\motor2\demo_funcs ). Auch dieser Quellcode ist vorhanden, so dass Sie sich ansehen können, wie die vorhandenen TPU- Funktionen konfiguriert werden. Demoprogramm MPC565 mit RTOS/UH Seite 8 von 12

9 Falls sie sich näher mit der TPU befassen wollen, sollten Sie sich die Dokumentation ansehen (Ordner C:\demo_rtos_565\mpc_doku ). MPC565 User's Manual Discrete Input/Output TPU Function (DIO) Pulse Width Modulation TPU Function (PWM) New Input Capture / Input Transition Counter TPU Function (NITC) TPU Reference Manual MPC565UM.pdf dio_tpupn18.pdf pwm_tpupn17.pdf nitc_tpupn08.pdf TPURM.pdf Sie können die TPU-Library aber auch 'einfach nur' benutzen, in unserem Falle die Puls- Weiten-Modulation zur Ansteuerung des Motors und die Digitale Ein-/Ausgabe für die LED's. 5.2 Das Programm übersetzen, laden, testen Öffnen Sie jetzt den Ordner C:\demo_rtos_565\motor2. Die grundsätzliche Struktur der Ordner ist die gleiche wie bei motor1. Der Unterschied wird sichtbar in den Ordnern demo_tasks und demo_func. Die C-Funktionen der Datei tpu_func.c werden von den Tasks benutzt, um einigen TPU-Kanälen (d.h. einigen Prozessor-Pin's) festgelegte Eigenschaften (in unserem Beispiel: Digital-Out, PWM) zu geben. Wir verwenden von der TPU A die Kanäle 0 bis 2. Nachdem Sie das Programm übersetzt, geladen und aktiviert haben (wie in Abschnitt 4) sollten sich der Motor und die LED's so verhalten wie bisher. Falls Sie sich näher mit der TPU befassen werden Sie feststellen, wie flexibel das Konzept ist. Sie können z.b. entscheiden, welche TPU und welchen Kanal (Pin) Sie mit einer bestimmten Funktionalität belegen wollen. Hier werden nur verwendet: Digital-Output und Puls-Weiten-Modulation. Wenn Sie das Programm eine Weile laufen lassen (ca. 10 Minuten) werden Sie bemerken, dass die LED's nicht mehr im Gleichtakt blinken wie zu Beginn. Übungsaufgabe: Stellen Sie anhand des Quellcodes fest, welches der strukturelle Unterschied der Blinktasks ist. Demoprogramm MPC565 mit RTOS/UH Seite 9 von 12

10 6. Verwendung weiterer 'Sensoren' und 'Aktoren' auf dem Expansion-Board 6.1 Verbindung zwischen Development-Board und GPIO-Expansion-Board herstellen Genutzt werden als Aktoren bzw Simulation der Aktoren: - Leuchtdioden - Motor-Ansteuerung und als Sensoren bzw Simulation der Sensoren: - Taster - Schalter - Potentiometer - Motor-Impuls (Sensor) Bild 8 Stellen Sie folgende Verbindungen zwischen Patch-Feld (Koordinaten A1 bis F54) und Connector-Feld (Bild 8) her: IO-Connector Patchfeld Signal LED 1 B54 TPU A, Kanal 0 LED 2 E54 TPU A, Kanal 1 LED 3 F53 TPU A, Kanal 2 LED 4 A54 TPU A, Kanal 3 LED 5 E53 TPU A, Kanal 4 LED 6 B53 TPU A, Kanal 5 LED 7 C53 TPU A, Kanal 6 LED 8 A53 TPU A, Kanal 7 Schalter 1 F52 TPU A, Kanal 8 Schalter 2 B52 TPU A, Kanal 9 Schalter 3 C52 TPU A, Kanal 10 Schalter 4 E52 TPU A, Kanal 11 Schalter 5 F51 TPU A, Kanal 12 Schalter 6 A52 TPU A, Kanal 13 Demoprogramm MPC565 mit RTOS/UH Seite 10 von 12

11 IO-Connector Patchfeld Signal Schalter 7 B51 TPU A, Kanal 14 Schalter 8 E51 TPU A, Kanal 15 Motor B50 TPU B, Kanal 0 Sensor D50 TPU B, Kanal 1 Taster1 A50 TPU B, Kanal 2 Taster2 E50 TPU B, Kanal 3 Taster3 F49 TPU B, Kanal 4 Taster4 D49 TPU B, Kanal 5 Taster5 B49 TPU B, Kanal 6 Taster6 E49 TPU B, Kanal 7 Poti 1 E25 analog AN48 Poti 2 B25 analog AN49 Vcc A1 Vcc VPoti C1 VPoti 6.2 Programm-Beispiel übersetzen, laden, testen In den Tasks des Beispiels xgpio (Ordner: demo_rtos_565 ) wollen wir weitere digitale und analoge Ein-/Ausgaben des Expansion-Boards GPIO benutzen. Ausserdem wollen wir mit Hilfe von Digitaleingängen Interrupts erzeugen und damit Tasks starten. Das Programm soll folgendes für uns leisten: Die Schalterstellungen werden auf die jeweils danebenliegenden Leuchtdioden übertragen. Da die LED's anders beschriftet sind als die Schalter, wird Schalter 1 auf LED 8 dargestellt, Schalter 2 auf LED 7 usw. Mit Taster1 (Beschriftung: KEY1) können Sie den Motor starten, erneutes Drücken des Tasters beendet den Motorlauf. Die Geschwindigkeit des Motors wird automatisch verändert. Mit Taster2 (Beschriftung: KEY2) können Sie die Anzeige der Motorgeschwindigkeit auf der Standard-Ausgabe an- bzw abschalten. Mit Taster3 (Beschriftung: KEY3) können Sie von der statischen Anzeige der Schalter auf den LED's übergehen auf eine blinkende Anzeige und umgekehrt. Mit Taster4 (Beschriftung: KEY4) können Sie die Anzeige der Potentiometer-Stellung von Poti1 auf der Standard-Ausgabe an- bzw abschalten. Mit Taster5 (Beschriftung: KEY5) können Sie in einen Mode wechseln, in dem Sie die Motorgeschwindigkeit mit Poti2 verändern können. In der main-task (Name: demo_rtos_565) werden die Tasks init, taste_blink, motoransteuerung, usw erzeugt. Alle Tasks, die mit 'taste_' beginnen, sind auf Demoprogramm MPC565 mit RTOS/UH Seite 11 von 12

12 Event eingeplant. Als Interruptauslöser wird die TPU benutzt (dio_in_transition). Die Task motoransteuerung verwendet wie bisher einen TPU-Kanal als puls-weitenmoduliertes Signal zur Motoransteuerung. Die Geschwindigkeit wird entweder automatisch verändert oder durch Poti2 eingestellt. Für die Anzeige der Motorgeschwindigkeit wird der vorhandene Sensor benutzt (ein Interrupt pro Umdrehung). Die Beispieltasks benutzen die beiden Analog-Kanäle (Poti1 nur zur Anzeige, Poti2 für den Motor) im Single-Scan-Mode. Eine sinnvolle Erweiterung, die Sie zur Übung einbauen sollten, ist die Umstellung auf automatisches Scannen der Kanäle. Laden Sie das übersetzte Programm und starten Sie demo_rtos_565. Das Anzeigen der Schalterstellungen auf den LED's ist sofort aktiv, alle anderen Möglichkeiten aktivieren Sie über die entsprechenden Taster. 7. Programmerweiterung Erweitern Sie das Demo-Programm von Abschnitt 6. Die Anzeige von Poti soll jetzt nicht mehr auf dem Bildschirm erscheinen, sondern als Balkenanzeige auf der Leuchtdioden-Reihe. Außerdem soll die Drehzahlanzeige des Motors als Balkenanzeige auf den Leuchtdioden sichtbar sein. Die Umschaltung zwischen diesen beiden Anzeigen realisieren Sie bitte mit dem bisher unbenutzten Taster6. 8. TPU-Microcode Bisher haben wir nur TPU-Funktionen benutzt, die der MPC565 im ROM vorrätig hat. Selbstverständlich können Sie auch eigene TPU-Funktionen schreiben. Eine Erläuterung dazu würde zwar den Rahmen dieser Beschreibung verlassen, die Programmliste in der Datei...\tpu\pwm_demo soll Ihnen aber zumindest zeigen, wie eine Puls-Weiten- Modulation im Microcode aussehen könnte. Das Programmieren von TPU-Funktionen in einer C-Variante ist beim MPC565 nicht möglich, da dieser Controller keine etpu enthält. Demoprogramm MPC565 mit RTOS/UH Seite 12 von 12