|
- %
- % Microprocessors and peripherals 2nd assignement.
- %
- % author:
- % Χρήστος Χουτουρίδης ΑΕΜ 8997
- % cchoutou@ece.auth.gr
-
-
- % Document configuration
- \newcommand{\ClassName}{Μικροεπεξεργαστές και Περιφερειακά}
- \newcommand{\DocTitle}{2η Εργασία}
- \newcommand{\InstructorName}{Παπαευσταθίου Ιωάννης}
- \newcommand{\InstructorMail}{ygp@ece.auth.gr}
- \newcommand{\CurrentDate}{\today}
-
- \input{config/AuthReportConfig.tex}
-
- %\renewcommand{\AuthorName}{Χρήστος Χουτουρίδης}
- %\renewcommand{\AuthorMail}{cchoutou@ece.auth.gr}
- %\renewcommand{\AuthorAEM}{8997}
-
- \setFancyHeadLR{\ClassName}{\DocTitle}
- %\setFancyHeadLERO{\ClassName}{\DocTitle}
-
- % Document
- % =================
- \begin{document}
-
- %\FirstPage
- \TitleHeader
-
- %\tableofcontents
- %\listoffigures
- %\listoftables
-
- \section{Εισαγωγή}
- Στην παρούσα εργασία το ζητούμενο ήταν η υλοποίηση μιας εφαρμογής για το αναπτυξιακό \eng{Nucleo-F401RE} της εταιρίας \eng{ST Microelectronics,} η οποία θα μετρά το χρόνο απόκρισης ενός ατόμου σε κάποιο οπτικό ερέθισμα.
- Η ανάπτυξη έγινε σε γλώσσα \eng{C} και χρησιμοποιήθηκε το εργαλείο \eng{Keil uVision.}
- Ομοίως και σε αυτή την εργασία, κατά την ανάπτυξη δεν προκύψαν ιδιαίτερα προβλήματα, επομένως η αναφορά θα αφιερωθεί κυρίως στην υλοποίηση και τον έλεγχο του προγράμματος.
- Ο κώδικας της εργασίας αλλά και της παρούσας αναφοράς υπάρχει και στο \href{https://git.hoo2.net/hoo2/Micro2020/src/branch/master/assignment_2}{προσωπικό αποθετήριο} για την εργασίας, του συντάκτη.
-
- \section{Παραδοτέα}
- Στο παραδοτέο \eng{.zip} αρχείο μπορείτε να βρείτε:
- \begin{itemize}
- \item Τον κατάλογο \textbf{\eng{/src}} που περιέχει τον κώδικα της εφαρμογής.
- \item Τον κατάλογο \textbf{\eng{/Libraries}} που περιέχει τον κώδικα των βιβλιοθηκών που χρησιμοποιήσαμε, όπως το \eng{CMSIS} και το \eng{ST HAL.}
- \item Το αρχείο \textbf{\eng{report.pdf}} που είναι η παρούσα αναφορά.
- \item Τον κατάλογο \textbf{\eng{/Keil}} που περιέχει το \eng{project} που χρησιμοποιήθηκε στο \eng{Keil.}\\
- Στο \eng{project} αυτό περιέχονται επιπλέων οι ρυθμίσεις καθώς και τα αρχεία από τις βιβλιοθήκες που χρησιμοποιήθηκαν.
- \end{itemize}
- Για την παρούσα εργασία χρησιμοποιήσαμε το \eng{CMSIS} και το \eng{STM32F4xx\_HAL} που παρέχει η εταιρία \eng{ST} στο επίσημο αποθετήριό της.
- Η επιλογή αυτού έναντι των αρχείων από το \eng{STM32F4xx Std\_Peripheral} που περιεχόταν στο \eng{e-learning} του μαθήματος έγινε για να συμβαδίσουμε με τις βιβλιοθήκες που προτείνει ή κατασκευάστρια εταιρία.
- Επίσης η χρήση τους έγινε στο ίδιο χαμηλό επίπεδο της \eng{STM32F4xx\_Std\_Peripheral} κάτι το οποίο προτείνεται και από τον διδάσκοντα.
- \emph{\textbf{Εξάλλου μια υψηλότερου επιπέδου χρίση δεν θα είχε νόημα καθώς θα ξέφευγε από τον μαθησιακό χαρακτήρα της εργασίας}}.
-
- \section{Υλοποίηση}
- Η υλοποίηση της εφαρμογής έγινε σε δύο μέρη.
- Στο πρώτο υλοποιήσαμε ένα \eng{driver interface wrapper} πάνω από το \eng{Nucleo board.}
- Σε αυτό υπάρχουν βασικές συναρτήσεις για την αρχικοποίηση και λειτουργία του \eng{board} που αφορούν όμως μόνο τις λειτουργίες που χρειαζόμαστε για την εφαρμογή.
- Στο δεύτερο υλοποιήσαμε την “λογική” της εφαρμογής η οποία είναι ανεξάρτητη από το υλικό στο οποίο τρέχει.
- Με τον τρόπο αυτό μπορούμε να μεταφέρουμε την εφαρμογή σε διαφορετικό \eng{hardware} υλοποιώντας μόνο τον \eng{driver} και φροντίζοντας αυτός να παρέχει το ίδιο \eng{API.}
-
- \subsection{Οδηγός του \eng{Nucleo}}
- Ο επεξεργαστής που φέρει το εν λόγο αναπτυξιακό είναι πολύ μεγαλύτερος από τις ανάγκες της παρούσας εργασίας.
- Έτσι τα υποσυστήματα που χρησιμοποιήσαμε ήταν ελάχιστα.
- Για την ακρίβεια έγινε χρήση:
- \begin{itemize}
- \item Του \eng{\textbf{SysTick timer}} ώς βάση μέτρησης χρόνου.\\
- Η συχνότητα που επιλέξαμε είναι το \eng{1Khz,} με αποτέλεσμα η ακρίβειά μας να περιορίζεται στο \eng{1msec}.
- Αυτό βέβαια δεν αποτελεί πρόβλημα καθώς ο μέσος χρόνος απόκρισης ενός ανθρώπου σε κάποιο οπτικό ερέθισμα είναι περίπου \eng{200 msec,} κάτι που θέτει το σφάλμα μας γύρω στο 0.5\%.
- \item Του \eng{\textbf{GPIO}} για την ανάγνωση του κουμπιού και την οδήγηση του \eng{LED} της πλακέτας.
- \item Του \eng{\textbf{RCC}} για τον έλεγχο και των σημάτων ρολογιού εσωτερικά του επεξεργαστή στα διάφορα υποσυστήματα.
- \item Του \eng{\textbf{Cycle count}} μηχανισμού στον \eng{debugger.}\\
- Ο εν λόγο μηχανισμός υλοποιήθηκε στο αρχείο του οδηγού αλλά \textbf{δεν χρησιμοποιήθηκε} στην εφαρμογή καθώς η ακρίβειά του είναι πολλές τάξεις μεγαλύτερη από την απαιτούμενη.
- \end{itemize}
-
- \par
- Αξίζει ίσως σε αυτό το σημείο να αναφέρουμε πως για την μέτρηση χρόνου χρησιμοποιήσαμε μεταβλητές για απαρίθμηση των διακοπών του \eng{SysTick.}
- Η εφαρμογή έτσι μπορούσε βλέποντας την τιμή τους να έχει εικόνα του χρόνου που έχει περάσει από το \eng{power up.}
-
- \subsection{Εφαρμογή}
- \WrapFigure{0.45}{r}{fig:leading}{leading.png}{
- Διάγραμμα ροής του πρώτου \eng{mode} λειτουργίας.
- }
- Η εφαρμογή που αναλαμβάνει τη λογική του πειράματος αποτελείται από δύο τμήματα.
- Το τμήμα που αναλαμβάνει να πραγματοποιήσει τις μετρήσεις και το τμήμα που υπολογίζει τα στατιστικά.
- Στην εν λόγο εργασία μας ζητήθηκε η εμφάνιση των αποτελεσμάτων μέσω του \eng{debugger,} έτσι δεν υπάρχει κάποιο τμήμα που να εμφανίζει δεδομένα στο χρήση.
-
- \par
- Ποιο συγκεκριμένα για τις μετρήσεις έχουμε υλοποιήσει δύο συναρτήσεις.
- \begin{itemize}
- \item Την \eng{\textbf{\textit{leading()}}} η οποία εκτελεί το πείραμα του πρώτου τύπου.
- \item Την \eng{\textbf{\textit{trailing()}}} η οποία εκτελεί το πείραμα του δεύτερου τύπου.
- \end{itemize}
-
- Στο σχήμα \ref{fig:leading} φαίνεται το διάγραμμα ροής της \eng{\textit{leading()}}.
- Πρόκειται για μια απλή \eng{blocking mode} συνάρτηση η οποία σε βρόχο περιμένει ένα τυχαίο χρονικό διάστημα, έπειτα ανάβει το \eng{LED} και ξανα-περιμένει μέχρι ο χρήστης να πατήσει το πλήκτρο.
- Στο βρόχο μετά το άναμμα του \eng{LED} και μετά το πάτημα του πλήκτρου γίνεται ανάγνωση της \eng{CPU time} (που αντιστοιχεί σε \eng{msec.})
- Έτσι ο συνολικός χρόνος απόκρισης του χρήστη είναι η διαφορά τους.
- Την διαφορά τους την αποθηκεύουμε σε ένα πίνακα στη μνήμη (όρισμα \eng{out}) ώστε μετέπειτα να επεξεργαστούμε και να υπολογίσουμε τα στατιστικά.
-
- \par
- Η συνάρτηση \eng{\textit{trailing()}} είναι όμοια με μόνη διαφορά τη συμπεριφορά του \eng{LED.}
- Στην περίπτωση της \eng{\textit{leading()}} το ανάβουμε και μετράμε, ενώ στην περίπτωση της \eng{\textit{trailing()}} το σβήνουμε.
-
- \par
- \InsertFigure{0.5}{fig:experiment}{experiment.png}{
- Στιγμιότυπο αποτελεσμάτων των συναρτήσεων για τα στατιστικά μέσω του \eng{debugger.}\\
- Στη δομή \eng{stat} κρατάμε τα στατιστικά στοιχεία και στον πίνακα \eng{times} τις μετρήσεις από την τρέχουσα συνεδρία.
- }
- Για στατιστική ανάλυση των μετρήσεων υλοποιήσαμε 3 συναρτήσεις.
- \begin{itemize}
- \item Την \eng{\textbf{\textit{average()}}} η οποία υπολογίζει το μέσο όρο των μετρήσεων και επιστρέφει το αποτέλεσμα σε έναν αριθμό κινητής υποδιαστολής.
- \item Την \eng{\textbf{\textit{median()}}} η οποία υπολογίζει τον διάμεσο των μετρήσεων και επιστρέφει το αποτέλεσμα σε έναν αριθμό κινητής υποδιαστολής.
- \item Την \eng{\textbf{\textit{std\_deviation()}}} η οποία υπολογίζει την απόκλιση των μετρήσεων και επιστρέφει το αποτέλεσμα σε έναν αριθμό κινητής υποδιαστολής.
- \end{itemize}
- Ένα παράδειγμα αποτελεσμάτων από δεδομένα που τροφοδοτούνται σε αυτές τις συναρτήσεις φαίνεται και στο σχήμα \ref{fig:experiment}.
-
- \section{Μετρήσεις}
- Παρακάτω παραθέτουμε ένα πίνακα με μετρήσεις που κάναμε με το \eng{Nucleo.}
- Εκτελέσαμε 5 μετρήσεις με το πρώτο \eng{mode} λειτουργίας και με 5 με το δεύτερο.\\
- Οι μετρήσεις από το πρώτο είναι:\\
- \[
- \begin{array}{rccc}
- Α/Α & \eng{Average [msec]} & \eng{Median [msec]} & \eng{std. Deviation [msec]}\\
- 1 & 191.8 & 205 & 22.2566833 \\
- 2 & 235.4 & 215 & 38.2130852 \\
- 3 & 200.4 & 201 & 14.122323 \\
- 4 & 201.4 & 183 & 23.3974361 \\
- 5 & 207.0 & 185 & 36.4197769
- \end{array}
- \]
- Οι μετρήσεις από το δεύτερο είναι:\\
- \[
- \begin{array}{rccc}
- Α/Α & \eng{Average [msec]} & \eng{Median [msec]} & \eng{std. Deviation [msec]}\\
- 1 & 226.2 & 208 & 34.1256523 \\
- 2 & 224.8 & 230 & 18.0930939 \\
- 3 & 208.8 & 197 & 34.3359871 \\
- 4 & 217.0 & 215 & 22.7068272 \\
- 5 & 227.4 & 215 & 29.8167744
- \end{array}
- \]
-
- \section{Συμπεράσματα - Παρατηρήσεις}
- Συνοψίζοντας την εμπειρία μας με την παρούσα εργασία δεν έχουμε να αναφέρουμε κάποιο ιδιαίτερο πρόβλημα ή δυσκολία.
- Το μόνο μεμπτό σημείο, με το οποίο βέβαια δεν καθυστερήσαμε ιδιαίτερα ήταν η φτωχή υποστήριξη του \eng{Keil} για την \eng{qsort.}
- Από την εμπειρία μας με τον \eng{compiler gcc,} ποτέ δεν είχαμε αντιμετωπίσει παρόμοια προβλήματα και η άρνηση του \eng{Keil} ήταν κάτι που μας άφησε αρνητικές εντυπώσεις.
- Παρόλα αυτά δεν αναλωθήκαμε να ιχνηλατήσουμε το πρόβλημα, αλλά παρουσιάσαμε μια ταπεινή υλοποίηση της \eng{bobble sort,} που για το μέγεθος των μετρήσεών μας είναι ιδανική.
-
- % References
- % ============================
- %\begin{thebibliography}{100}
- %\bibitem{item}item...
- %\end{thebibliography}
-
- \end{document}
|