Smalight OSを使おう ２タスク目 システムタイマーの設定

この記事は、某SNSで書いているものを転載しています。
※書き忘れたけれど、smalight osのシステムタイマーは符号付32bit、つまり実質31bitしかない。 これは約24日間でロールオーバーする計算だけれど、ロールオーバーした後は一体どうなるの？。 ちなみにITRONでは48bitなので9000年はロールオーバーしない。

今回は、時間管理機構を使う為のシステムタイマーの設定の解説と、LEDをボヤっと光らせる蛍アプリケーションの作成まで行います。

システムタイマーを調整して見ます。

smalight osと一緒にインストールしたワークスペースは、デフォルトで約10MHzのCPUクロックを発生します。
これはuser.cの中のinit_clockの中で設定されています。

OSで時間管理機構をサポートする場合には、タイマー割り込みで一定周期のタイミングを発生する必要が有ります。
このワークスペースでは、やはりuser.cの中のinit_timerRAでタイマーの初期化を行い、intTimが割り込みハンドラとなっています。
※ITRON仕様で言う所の「周期ハンドラ」と、smalight osでの「周期ハンドラ」は基本的に異なるので、注意が必要です。

init_timerRAの設定状況を見てみると、源振10MHzを÷8÷250÷100で50Hzに落としているのがわかります。つまり一周期20msです。

smalight-osフォルダーの中にconfig.cが有りますが、これがOSの初期化情報を書いたファイルとなっており、タスクの登録や、システムタイマーのタイムティックの設定なんかを行っています。
このファイルの中のSYSTIM_CYCLIC_TIMと言う定義名を見ると20となっています。そうです、この20と言うのはシステムタイマーの更新時に加算するべき値の事を指しています。

μITRONもそうですが時間管理の基本単位はmsで、タイマー割り込みの周期に合わせてシステムタイマーにタイマー周期を加算する事で、トータルの経過時間を合せ込んでいます。

割り込みハンドラの中でslos_cyclic_timerと言う専用の関数を呼んでいますが、この中でシステムタイマーの更新が行われていると思われます。
※HOSの様にソースコードが提供されている訳ではないので、確認できない。

ここまで読めばもうお判りかと思いますが、システムタイマーを駆動するタイマー割り込みの周期と、タイムティック毎に加算される値をいじる事で、システムタイマーの調整を行う事が出来ます。

しかしなんでタイマーの調整が必要なのでしょうか。
実はデフォルトの設定の場合、実際にタイマー処理が行われるのに最大で20msの誤差が生じます。
500ms周期とか1000ms周期でLEDを点滅させている程度ならその誤差を認識できないのですが、これから行ってみる蛍アプリケーションの場合はこの誤差は致命的となります。

tslp_tskの動きは、引数の時間周期で起床要求が発生する訳ではなく、このサービスコールが発行された時間から引数の時間(相対時間)の後で起床要求が発生します。
つまり現在のシステムタイマーが1000、引数が5だとした場合、1000+5=1005の後のシステムタイマーの更新タイミングで比較が行われます。

この処理はslos_cyclic_timerの中で行われる筈です。しかしタイマー割り込みの周期が20msならば、次の比較タイミングは1020で行われる事となり、15msの誤差が出る事となります。
いくらtslp_tsk( 1 )と書いても、実際に起床してその後の処理を再開するのは、最悪20ms後という事です。

勿論先に書いた様にその誤差が問題にならないアプリケーションでは、特にタイマーの調整を必要としないでしょう。むやみやたらと細かい周期でシステムタイマーの更新を行う事は、OSの動作を重くし、結果、十分なパフォーマンスを発揮できなくなるかもしれません。

ではLEDの明度をPWMで実現する蛍アプリケーションの場合はどうでしょうか。この場合PWMはソフトウエア的に行います。タイマーのPWM機能を利用するのが本来だと思いますが、簡易的に実現する為にソフトウエアで行います。その為、更新周期が長いと、暗い側で点滅が目で見えるようになってしまいます。やっぱり蛍なのでぼやーっと光らせたいですよね。

ではconfig.cの中の加算値であるSYSTIM_CYCLIC_TIMを1とし、
user.cのタイマーの初期化関数の一部を以下の様にしますと、

tra = 5 - 1;

1ms周期でシステムタイマーが更新される事となります。

tsk01を以下の様に改造してみます。

void tsk01(void)
{
  int on_time;

  while( 1 )
  {
    /*明るくなる方向*/
    for( on_time = 2; on_time <= 25; on_time++ )
    {
      p2_0 = 0;
      tslp_tsk( on_time );
      p2_0 = 1;
      tslp_tsk( 25 - on_time );
    }

    /*暗くなる方向*/
    for( on_time = 25; on_time >= 2; on_time-- )
    {
      p2_0 = 0;
      tslp_tsk( on_time );
      p2_0 = 1;
      tslp_tsk( 25 - on_time );
    }
  }
}

ついでにtsk02も同様の改造を、しかし微妙にタイミングをずらして動作させると、結構いい感じです。 smalight osを理解するには、結局のところITRON仕様も知っておく方がより理解も進むので、以下の本もどうぞ！。(営業モード)

μITRON4.0標準ガイドブック

• 作者: 坂村 健
• 出版社/メーカー: パーソナルメディア
• 発売日: 2001/11
• メディア: 単行本