CuBeatSystems

ARM Cortex-M0で動作する小さなオペレーティング・システムUOS-LPC800のパッケージを更新しました。今回はとても地味にコンパイル・オプションの更新を行っただけのパッケージです。


今回の更新は完全に「熱血！アセンブラ入門」に感化されたもので、今回のパッケージを展開してLPCXpressoでコンパイルすればアセンブラまで確認できるというものになっています。


ビルドすると.hexなどの他に.asmが出力されるようにしました。


中身を見るとソースコードとアセンブラを同時に確認できます。
熱血！アセンブラ入門と同時に活用できる便利なパッケージです。


ダウンロードは以下からどうぞ。
http://cubeatsystems.com/uos-lpc800/download.html

Maker Faire Tokyo 2015にMicro MML Player LPC812を出展しました。

ちょっと愉快にMMLを再生しながら、音符まで表示しちゃうギミックを追加。
展示をご覧頂いた方からは「小さい！」とか「可愛い！」とか「音が聞こえない！」とか「何の曲を演奏しているのかわからん！」とか、大好評な御意見を様々に頂きました。



LPC812は、ROMが16KB、RAMが4KBと32ビットプロセッサとしては小さな部類に入りますが、今回はこのプロセッサにリアルタイム・オペレーティング・システム(UOS-LPC800)と、MMLパーサー(A tiny MML parser)を搭載。MMLのパースと音符の表示系の処理をそれぞれタスクに分離する事で、重い描画系の処理と時間軸がズレては困る音声系の処理の並列動作を実現しています。
本当はシェル(Natural Tiny Shell : NT-Shell)も載せたかったのですが、これは入りきらずに断念しました。え？手段と目的が滅茶苦茶になってるって？そうです。手段と目的がごった煮になってま・・・。


ブースの左側は今回メインのMicro MML Player LPC812を展示しました。

準備段階では「音が煩過ぎたらどうしよう」とか考えていたのですが、「何言ってんだい」という感じ。
ブースでは全く音が聞こえませんでした。「あぁ、音も出てるんですね！」という声が続発！ついでに「あぁ、音符も表示してるんですね！」って。結局何を展示しているのかわからん！という話だったようです。なるほど。



ブース右側には今回のシステムで動作しているオペレーティング・システムを展示しました。
これがまた目的と・・・手段を・・・ぐるぐる鍋でかき回して・・・。



こーんな感じの展示で、次回の展示募集でこの内容は通らないだろうな・・・と思いました。
来年は違う路線で行こう！
最後に今回のファームウェアのコールグラフ！
こんな小さなマイコンで複数のタスクが動作するなんて素敵だなぁ！
だから・・・そうじゃなくて・・・。

今回はA tiny MML parserを使った小型ガジェットを出展します。


その小型ガジェットはオペレーティングシステムにUOS-LPC800を採用しています。


その名もMicro MML Player LPC812です。

あらまし

約二年も前の話ですが、「割と適当に動作するOS「誰得OS」のCortex-M0+版であるUOS-LPC800を作りました」で 、LPC810でも動作するリアルタイム・オペレーティング・システムを作りました。LPC800シリーズの厳しい制約(ROM: 4KB、RAM: 1KB)の中でOSを動作させてみたいという欲求と、実際にこのような制約の中で何が出来るのか、単純に技術的な興味があったからです。

当初のバージョンにおいて、タスク側から操作可能なAPIはuos_task_yieldとuos_task_sleepのみで、OSと呼ぶならば欲しいであろうタスク間通信すら追加しませんでした。 サンプル・プログラムは、片方のタスクでLEDを点滅させ、もう片方のタスクでシリアル通信を扱うだけのものです。まさに「誰得OS」の名前に相応しいアプリケーション。


なかなか思い切った割り切りだと当時は考えましたが、先日から実アプリケーションにUOS-LPC800を適用してみようと考え始めた時点で、タスク間通信の必要性を改めて感じる事になりました。各タスクがそれぞれの仕事をこなしつつ、他のタスクと協調して動作させようと考えた場合、タスク間通信は必須とも言える機能です。 やっぱり欲しいよね・・・。

設計

タスク間通信を追加する前のUOS-LPC800におけるタスクの状態遷移は以下です。タスクは、基本的にRunningとReadyを行ったり来たりしており、uos_task_sleepによってスリープ状態に遷移するようにしました。非常にシンプルな作りです。


今回、タスク間通信を追加するにあたって、方針を「出来るだけ現状の設計には手を加えないで追加する」とし、スリープ処理に手を加えない形でタスク間通信を追加する事にしました。

今回のタスク間通信(メッセージ・パッシング)のモデルは以下のようなものです。 Task Aからuos_task_event_sendに対して「送信先タスクID番号」と「32ビットの値」を渡すと、あーら不思議、uos_task_event_recvを使って待ち状態に入っているTask Bに値が渡って実行状態に遷移するというものです。モデルは至って単純。


今回、上記の単純なモデルを実現するために、カーネル内部にブロック状態を管理するタスク・コンテキスト・ブロックのキューを新設し、送信待ちタスクと受信待ちタスクをブロック状態のキューに入れてから処理する事にしました。状態遷移は以下のようになります。


本当は、スリープ状態もブロック状態の一種として扱え、相当な理由が無い限り分離する意味はなさそうなのですが、今回は既存機能に手を加えない事にしたのでそのまま。もしかしたら次のアップデートではブロック状態をBlockedに変更して、現在のBlockとSleepと統合するかもしれません。

サンプル・アプリケーション

サンプル・アプリケーションは、従来通り二つのタスクを用意しました。タスク間通信を使用する場合は、task_ttyからtask_ledに向かってタスク間通信機能を使ってLEDの点灯指令を発行します。外から見た動作は従来のサンプルと何ら変わらないのですが、タスク間通信で指令するようになったところが従来と異なります。

ちなみに、タスク間通信を使う場合、直接タスク間通信の関数を呼び出しても良いのですが、受信側タスクにサービス要求用のAPIを作って、送信側のタスクがそのサービス要求用のAPIを呼び出す方が筋が良い設計です。


巷に溢れる数多くのリアルタイム・オペレーティング・システムを使った実装例には、受信側タスクの内部事情を送信側タスクが知らなければ実装出来ないような記述が多く見られます。これではタスク間通信によって得られるはずの抽象化度を上げる事によるメリットの多くを享受出来ません。受信側タスクの事情を変更した場合(例えば、送信側に期待する送信内容を変更したとか)に、送信側タスクの実装を修正しなければならないとしたら、規模の大きな設計ではたちまちバグになります。

ダウンロード

• ソースコードはhttp://cubeatsystems.com/uos-lpc800/index.htmlからダウンロード出来ます。
• ライセンスはThe BSD 2-Clause Licenseです。
• LPC800 Mini BoardとLPCXpresso LPC812で動作します。
• 「使っているよ！」とお声がけ頂くと、作者がとても喜びます。

UOS-LPC800

UOS-LPC800を公開してから早くも一年が経ちました。

KOZOS

"BlacKOZOS" - KOZOS for Blackfin

まとめ

彼らが販売しているLPC810 Mini Starter Packに絡めた紹介になっています。
これだけの部品で、小さなオペレーティング・システムが楽しめます。


ビルトイン・シリアル・ブートローダのおかげで、ホスト・ターゲット間でシリアル通信さえできればプログラムを書き込めるのも嬉しいポイントです。

うーん。
この金将とか歩兵とか邪魔だな・・・。


「裏面を使えば良いか！」と考えていたが、よく考えたら彼らはシチュエーションによって色んな奴に化けるのを失念していました。おぉ、両面に文字がある。


「くそぉー」ということで、耐水ペーパーでゴシゴシ削ってレジスタ名を記入することに。
これで「レジスタ将棋」の完成です。


ちなみに、青い字はLow Registersで、Cortex-M0+のSTM、LDM命令でもアクセス可能なレジスタ。
赤い字はHigh Registersで、Cortex-M0+のSTM、LDM命令ではアクセスできないレジスタです。


「レジスタ将棋」の使い方は至って簡単。
スタックポインタを起点に積んでいくレジスタ駒を並べて行くだけ。

訳のわからないタイトル「青空の下でLPC800 Mini-KitとUOS-LPC800を楽しもう！」で企画したLPC800 Mini-KitとUOS-LPC800を楽しむ会を開催しました。


基本的にユルユルな会と見せかけながら、実はリアルタイムシステムの評価手法に関するノウハウなども公開したりといった内容としました。


開催場所は横浜市営地下鉄のセンター北駅から徒歩10分ほどの閑静な住宅街の中にある公園。


私は到着早々、今朝思いついたばかりの「レジスタ将棋」の思案を開始。
その直後、落ち葉が降ってきて「おぉー、秋ですなぁ～。」と感じるなど。


基本的に公園の中でやる事ではないのですが、いつもと違う感じが気持ち良かったです。


振り返ればそこは池！
鴨みたいなのとか、そうじゃないやつとか沢山いました。


皆さん思い思いの環境でLPC800 Mini-KitとUOS-LPC800を楽しんで頂いて何より。


14:00から16:00の開催時間をとっくに過ぎて16:30に終了。
二次会の締めとして喫茶店で続きを・・・。


前回の茶室で楽しむKOZOS拡張基板に福島からいらしてくれた方からは、「こんな手軽な環境でデバッガが使えるなんて嬉しいです」とも。あぁ、やって良かった「青空の下でLPC800 Mini-KitとUOS-LPC800を楽しもう！」企画！タイトルが長い！

UOS-LPC800: A real-time operating system for NXP LPC800
2013年10月12日に開催します。
http://atnd.org/events/44156

2013年10月13日追記：ここにレポートを追加しました。

Markdownって何ですか？

Markdownとは、John Gruberさんによって作られたマークアップ言語で、記述したテキストファイルをスクリプトで処理して二次生成物としてHTML出力する事ができます。
最近ではリポジトリに設置する文書にMarkdown記法を用いるケースを多く見るようになりました。
「README.mdって何だ？」っていうアレです。

今回はUOS-LPC800プロジェクトにおけるMarkdownの活用をご紹介します。

UOS-LPC800におけるMarkdownの活用

UOS-LPC800では、プロジェクト開始当初からMarkdownで一次文書を構成し、二次生成物としてウェブ用ファイルを作ることを考えていました。

Markdownのファイルをダウンロードすると変換用のPerlスクリプトが同梱されています。
Markdown.plを使用した事のある人にはわかるかもしれませんが、このスクリプトは単に書かれた事を書かれたように変換するだけのスクリプトです。

UOS-LPC800のウェブページを作るにあたって、Markfileやシェルスクリプトでラッパーを作りました。
これにより

1. Markdown記法でテキストファイルを記述
2. 端末でmake

ダウンロード

割と適当に動作するOS「誰得OS」のCortex-M0+版を作りました。

32ビットプロセッサとしては極めて小さいNXPセミコンダクターズ社のLPC810 (RAM=1KB、ROM=4KB) でもなんとか動作します。名付けてUOS-LPC800です。

以下の動画では、LED点滅タスクとUART送受信タスクが動作しているところを示しています。


LPC800 MiniBoardをお持ちの方はHEXファイルをダウンロードして試してみる事ができます。

• UOS-LPC800.hex