ATELIER : Programmation temps réels avec FreeRTOS pour un cœur Cortex-M

OBJECTIFS

• Avoir une vue d’ensemble sur les architectures Cortex-M
• Comprendre l’implémentation et le debug des programmes sur Cortex-M
• Comprendre la gestion des interruptions
• Avoir une vue d’ensemble sur les architectures STM32F
• Découverte du concept du multitâche temps-réels
• Comprendre les contraintes temps réels lors de la mutualisation des ressources.
• Comprendre l’architecture FreeRTOS
• Découverte des services et API FreeRTOS.
• Apprendre comment développer et debugger des applications sous FreeRTOS

PROGRAMME

JOUR 1

Cortex-M Architecture Overview (6h30)

• V7-M Architecture Overview
• Core Architecture
  o Harvard Architecture, I-Code, D-Code and System Bus
  o Write Buffer
  o Bit-Banding
  o Registers (Two stacks pointers)
  o States
  o Different Running-modes and Privileged Levels
  o System Control Block
  o Systick Timer
  o MPU Overview
• Programmation
  o Alignement & Endianness
  o CMSIS Library
• Gestion des Exceptions et Mécanisme de gestion des interruptions
  o Table de vecteur
  o Appel et retour d’Interruption
  Tail-Chaining
  Pre-emption (Nesting)
  o Contrôleur d’IT : NVIC
  o Gestion des priorités
  o Remontée des défauts
• Interface de Debug
  o Unité de debug Cortex-M3 JTAG debug : SWJ-DP, AHB-AP
  o Avantage du debug Série
  o Mécanisme de sélection du JTAG-DP ou du SW-DP
  o Flash Patch et Breakpoints
  o Data Watchpoint et Trace
  o Instrumentation Trace Macrocell, Trace Port Interface Unit, Trace funnel
• Démonstration : familiarisation avec l’IDE et la séquence de boot
• Travaux pratiques : gestion des interruptions sur Cortex-M3

Trucs et astuces de compilation pour Cortex-M (30min) Optimisation

• Programmation mixte C & Assembleur
• Coder avec le compilateur ARM
• Usage de l’attribut volatile
  Approfondissement des notions de variables locales & globales, d’alignement et de structure

JOUR 2

Vue d’ensemble du processeur STM32F2 (1h30)

• Présentation de l’architecture du cœur ARM
• Présentation de l’architecture du SoC STM32F20X.
• Clarification des chemins internes pour les données et les instructions : Bus Matrix, AHB-lite interconnect, peripheral buses, AHB-to-APB bridges, DMAs
• Organisation de la mémoire
  o Interface de lecture de la mémoire Flash
  o Instruction prefetch, queue & branch cache
  o Accélérateur temps réels,
  o Effacement d’un secteur & effacement de masse
  o SRAM interne : Access concurrentiel entre blocs 112 KB &16 KB
• Cartographie mémoire du SoC
• Méthodes de programmation de la Flash
• Configuration de Boot
• Démonstration : Comparaison des performances de la copie de données avec ou sans DMA.

Introduction sur l’OS Temps Réels (30min)

• Le code source du FreeRTOS
• Introduction à FreeRTOS
• Caractéristiques et architectures de FreeRTOS
• Obtenir le code source du FreeRTOS
• Structure des répertoires et des fichiers
• Types de données & de codage
• Conventions synthaxique
• FreeRTOS sur processeur Cortex/M
• Introduction au temps réels
• Concepts de base
• Les contraintes temps réels
• Multitâches & temps réel.

Structures des données (1h)

• Nécessité d’une structure de données spécifiques
• Structures données « Thread safe »
  o Listes liées
  o Listes Circulaires
  o FIFOs
  o Stacks
• Intégrité des structures de données
  o Assertions
  o Pre & post-conditions
  o Travaux Pratiques : Construire une liste chaînée de « thread safe »

Éléments sur le système temps réel (1h)

• Tâches et descripteurs de tâches
• Changement de contexte (Context Switch)
• Séquenceur de taches et préemptions
• Séquencement systèmes
  o Séquencement à priorité fixe
  o Séquencement RMA & EDF
• Séquencement sous FreeRTOS
  o Séquencement deterministe et préemptif
  o Stratégie de séquencement
  Séquencement cyclique (RMA)
  Séquencement à Deadline
  o Séquencement Cooperatif
  o Séquencement Hybride
  o Démonstration : Analyse d’un changement de contexte

Gestions des tâches (2h30)

• Cycle de vie d’une tâche : Créer une tâche, Détruire une tâche, Boucle sans fin.
• Gestion de la priorité des tâches : Assignation des priorités, Changement de priorités
• La tâche « Idle »
• Timing
• Capacités de debug sous FreeRTOS (Hook, Trace)
• Travaux Pratiques : Management de tache, capture des informations de trace

JOUR 3

Gestion de la mémoire (1h)

• Algorithme de gestion de la mémoire
  o Buddy System
  o Best fit / First Fit
  o Pools Management
• Schémas d’allocations mémoires
• Les erreurs de « Memory management »
• Moniteur de pile (Stack monitoring)
• Dimensionnement de la pile (Stack) et du tas (Heap)
• Démonstrations : Ecrire une simple « thread safe »
• Démonstrations : Détection de « stack overflow »

Primitives de Synchronisation (1h30)

• Introduction
  o Attente and réveils de tâches
  o Sémaphores
  o Events
  o Mailboxes
• Sémaphores binaires
• Queue Management
  o Usage de base : Création, envoi, réception
  o Data management
• Travaux Pratiques : Synchroniser une tâche avec une autre en utilisant un sémaphore binaire
• Travaux pratiques : Synchroniser une tâche avec une autre à travers une « queue »

Management des ressources (1h)

• Exclusion Mutuelle
  o Spinlocks & masque d’interruption
  o Mutex ou Sémaphore
  o Mutex récursif ou non récursif
  o Problème d’inversion de priorité
• Exclusion Mutuelle sous FreeRTOS
• Sections Critiques
• Tâches « Gatekeeper »
• Travaux Pratiques : Implémentation d’une exclusion mutuelle entre deux tâches

Solutions au problème de Parallélisme (1h)

• Problème de la programmation parallèle
  o Accès parallèle non contrôlé
• Démonstration : Problème producteur-consommateur : illustration du problème d’accès concurrentiel
  o Deadlocks
  o Livelocks
  o Starvation
• Démonstration : Problème du diner des philosophes : illustration du deadlock, livelock & starvation

Gestion des interruptions (1h30)

• Processus d’interruptions sous FreeRTOS
  Tâche avec synchronisation d’ITs
  Utilisation de sémaphores dans un ISR
  Comptage de sémaphores
  Utilisation de « queues » dans un ISR
• Processus de gestion d’It sous FreeRTOS
  Ecrire une ISRs in C
  Imbrication d’interruptions
• Travaux Pratiques : Synchronisation d’interruptions avec des tâches

Timer Logiciel (1h)

• La tâche « Timer Daemon »
• Configuration du timer
• API du Timer
• Travaux pratiques : Implémentation d’un timer logiciel

INFORMATIONS PRATIQUES

Date et lieu :

• 15 au 17 novembre 2017 de 09h00 à 12h30 et de 13h30 à 17h00
• IMS – Bât A31 - 351 Cours de la Libération - 33405 TALENCE CEDE

Les inscriptions sont closes. Pour connaitre les prochaines sessions de formation sur Logiciel embarque et programmation cliquez ici.