s deskou Raspberry Pi a Linuxem

ˇ ´ vysoke ´ uc ˇen´ı technicke ´ Cesk e ´ Fakulta elektrotechnicka ˇ´ıdic´ı techniky Katedra r

ˇ ızen´ı motor˚ R´ u s deskou Raspberry Pi a Linuxem Bakaláˇrská práce

Autor: Radek Meˇciar Studijn´ı program: Kybernetika a robotika Obor: Systémy a ˇr´ızen´ı

2014

Vedouc´ı práce: Ing. P´ıˇsa Pavel, Ph.D.

´ SEN ˇ Í PROHLA

Prohlaˇsuji, ˇze jsem pˇredloˇzenou práci vypracoval samostatnˇe a ˇze jsem uvedl veˇskeré pouˇzité informaˇcn´ı zdroje v souladu s Metodick´ ym pokynem o dodrˇzován´ı etick´ ych princip˚ u pˇri pˇr´ıpravˇe vysokoˇskolsk´ ych závˇereˇcn´ ych prac´ı.

V Praze dne 21.5.2014

Podpis: ..................................

ˇ ´ Í PODEKOV AN Zde bych chtˇel podˇekovat mému vedouc´ımu práce Ing. Pavlu P´ıˇsovi, PhD za cenné rady z oblasti Linuxu a softwaru, také za vˇenovan´ y ˇcas.

ABSTRAKT Práce ovˇeˇruje moˇznost vyuˇz´ıt´ı levné procesorové desky Raspberry Pi pro realizaci real-time ˇr´ıdic´ıho systému – konkrétnˇe ˇr´ızen´ı servopohonu. V prvn´ı ˇcásti práce jsou popsané potˇrebné u ´pravy jádra operaˇcn´ıho systému Linux, které zajist´ı spolehlivé ˇcasovˇe omezené odezvy systému na události. Dále popisuje návrh a implementace ovladaˇc˚ u a softwaru pro urˇcen´ı polohy motoru a jeho zpˇetnovazebn´ı ˇr´ızen´ı. K motoru pouˇzitému jako objektu ˇr´ızen´ı byla navrˇzena propojovac´ı periferie s Raspberry Pi. Inkrementáln´ı sn´ımaˇc polohy pouˇzitého motoru pˇri plné rychlosti otáˇcen´ı souˇcasnˇe generuje signál o maximáln´ı frekvenci kolem 28 kHz. Daná platforma byla otestována pro sn´ımán´ı stavu motoru s touto frekvenc´ı. Do poloviˇcn´ıch otáˇcek motoru (tj. 2100 ot/min) bylo ovˇeˇreno, ˇze jsou zapoˇc´ıtané vˇsechny impulzy. Od vyˇsˇs´ıch frekvenc´ı nebo s nároˇcn´ ym zat´ıˇzen´ım systému jiˇz docházelo k v´ ypadk˚ um v poˇc´ıtán´ı impulz˚ u. Raspberry Pi je ale urˇcitˇe pouˇzitelné v mnoha pˇr´ıpadech ˇr´ızen´ı a m˚ uˇze poskytnout daleko vˇetˇs´ı moˇznosti neˇz jedno´ uˇcelové vestavˇené ˇr´ıdic´ı obvody.

ABSTRACT This thesis examines the possibility to use cheap processor board Raspberry Pi for realization real-time control system – namely the control of the DC motor. The first part describes the required modifications to the Linux operating system kernel, which ensures reliable time limited system response to external and time events. It also describes the design and implementation of drivers and software to determine the position of the motor and feedback control. The DC motor, which was used as controlled object, is connected to Raspberry Pi with designed interface. Incremental encoder of used motor generates signal of maximum frequency about 28 kHz at full nominal voltage applied to the motor. Raspberry Pi was tested to process the incremental encoder sensor output up to this frequency. The platform is able to capture all signals while the speed is less than half of maximum speed (i.e. 2100 rev/min), but it isn’t able to capture correct information when the speed is faster than half of maximum speed or the system is loaded by other tasks. But Raspberry Pi is certainly useful in many cases of control and can provide more options than single-purpose embedded control circuits.

Kl´ıˇ cov´ e slova Raspberry Pi, motor, ˇr´ızen´ı, real-time, linux

Obsah

OBSAH ´ 1 Uvod 1.1 Motivace . . . . 1.2 Zp˚ usob ˇreˇsen´ı . 1.3 Zdroje pro práci 1.4 Pˇredpoklady . .

. . . .

15 16 16 16 17

. . . . .

18 18 19 20 20 21

. . . . . . .

23 23 23 24 27 28 28 30

4 Stejnosmˇ ern´ y motorek 4.1 Popis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Propojen´ı s Raspberry Pi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.1 PWM a GPIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

31 31 32 32

ˇ ıdic´ı software 5 R´ 5.1 Základn´ı popis . . . . . . . . 5.2 Ovladaˇc . . . . . . . . . . . . ˇ ıdic´ı program . . . . . . . . 5.3 R´ 5.3.1 Hlavn´ı vlákno . . . . . 5.3.2 Nastavován´ı hodnoty . 5.4 Server pro nastaven´ı hodnoty 5.5 Klient pro pos´ılán´ı hodnoty . 5.6 Webové rozhran´ı . . . . . . . 5.7 Grafick´ y program . . . . . . .

35 35 35 37 38 38 39 39 39 39

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

2 Raspberry Pi 2.1 Popis . . . . . . . . . . . . . . 2.1.1 Potˇrebné komponenty 2.2 Operaˇcn´ı systém . . . . . . . 2.2.1 Instalace v Linuxu . . 2.2.2 Prvn´ı spuˇstˇen´ı . . . . . 3 Linux a real-time rozˇ s´ıˇ ren´ı 3.1 Postup u ´pravy . . . . . . . . . 3.1.1 Nahrán´ı rozˇs´ıˇren´ı . . . 3.1.2 Kompilace jádra . . . 3.1.3 Zaveden´ı nového jádra 3.2 Test systému . . . . . . . . . 3.2.1 Jednoduché vlákno . . 3.2.2 Cyclictest . . . . . . .

. . . .

. . . . .

. . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . .

. . . . .

. . . . . . .

. . . . . . . . .

11

. . . .

. . . . .

. . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . .

. . . . .

. . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . .

. . . . .

. . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . .

. . . . .

. . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . .

. . . . .

. . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . .

. . . . .

. . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . .

. . . . .

. . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . .

. . . . .

. . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . .

. . . . .

. . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . .

. . . . .

. . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . .

. . . . .

. . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . .

. . . . .

. . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . .

. . . . .

. . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . .

. . . . .

. . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . .

. . . . .

. . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . .

. . . . .

. . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . .

. . . . .

. . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . .

. . . . .

. . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . .

. . . . .

. . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

Obsah 5.8

Porovnán´ı zobrazovac´ıch program˚ u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

6 Ovˇ eˇ ren´ı a moˇ znosti RPi 42 6.1 Frekvenˇcn´ı moˇznosti sn´ımán´ı zpˇetné vazby . . . . . . . . . . . . . . . 42 6.2 Zhodnocen´ı ˇr´ızen´ı motoru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 7 N´ avrh u ´ prav a zlepˇ sen´ı 7.1 Priority . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2 Webové rozhran´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3 Regulátory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

46 46 46 47

8 Z´ avˇ er

50

A DVD

53

B Seznam zkratek

54

C Sch´ ema motoru

55

12

Obsah

Seznam obrázk˚ u

´ ˚ SEZNAM OBRAZK U 2.1 2.2

Raspberry Pi model B rev. 2.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Rozhran´ı pro základn´ı konfiguraci Raspberry Pi . . . . . . . . . . . . 22

3.1 3.2 3.3

GUI pro konfiguraci jádra pˇred kompilac´ı. . . . . . . . . . . . . . . . 26 ˇ Cetnost chyb plánován´ı proces˚ u. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Seskupené ˇcetnosti chyb plánován´ı proces˚ u. . . . . . . . . . . . . . . 29

4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7

Pouˇzit´ y motor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schéma rozhran´ı. . . . . . . . . . . . . . . . . . Graf pr˚ ubˇehu signálu IRC a IRQ z motoru. . . . Rozhran´ı GPIO konektor P1 na Raspberry Pi. . Zjednoduˇsené schéma ovládán´ı. . . . . . . . . . Schéma rozhran´ı mezi Raspberry Pi a motorem. Propojovac´ı obvod. . . . . . . . . . . . . . . . .

5.1 5.2 5.3

Diagram ˇr´ıdic´ıho softwaru. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Webové rozhran´ı. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 Program servoPi gui. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

6.1 6.2 6.3 6.4

Graf závislosti stˇr´ıdy a namˇeˇren´ ych otáˇcek. . . . . . . . . Graf rozd´ılu namˇeˇren´ ych otáˇcek s RPi oproti osciloskopu. Grafy rychlosti v oblasti s pˇresn´ ym mˇeˇren´ım. . . . . . . . Grafy rychlosti v oblasti s nepˇresn´ ym mˇeˇren´ım. . . . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

42 43 44 45

7.1 7.2 7.3 7.4

Test mˇeˇren´ı pevnˇe nastavené stˇr´ıdy PWM na 98 %. Test regulace na 4050 ot/min. . . . . . . . . . . . . V´ yˇrez programu servoPi. . . . . . . . . . . . . . . . Pokus s pˇrep´ınán´ım regulátor˚ u. . . . . . . . . . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

47 48 48 49

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . .

. . . . . . .

. . . .

. . . . . . .

. . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

31 31 32 33 33 34 34

C.1 Schéma motoru ze zdroje [16] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 C.2 Schéma motoru ze zdroje [15] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

13

Obsah

Seznam tabulek

SEZNAM TABULEK 2.1 2.2 2.3

Rozmˇer Raspeberry Pi zahrnuj´ıc´ı i konektory. . . . . . . . . . . . . . 18 Pˇrehled rozd´ıl˚ u jednotliv´ ych verz´ı a model˚ u. . . . . . . . . . . . . . . 18 V´ ykon Raspberry Pi model B. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

4.1 4.2 4.3

Funkce pin˚ u konektoru motoru. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Rozhran´ı GPIO, konektor P1 na Raspberry Pi. . . . . . . . . . . . . . 33 Pravdivostn´ı tabulka. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

5.1

Tabulka pro urˇcen´ı smˇeru. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

7.1

Zvolené priority. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

14

´ Kapitola 1 - Uvod

´ 1. UVOD Snaha o poˇc´ıtaˇcovou automatizaci velkého mnoˇzstv´ı i bˇeˇzn´ ych ˇcinnost´ı, od zaˇr´ızen´ı v domácnosti, pˇres hraˇcky aˇz po reportáˇzn´ı quadroptéry a vojenské drony, je charakteristick´ ym znakem a ˇcasto i hnac´ı silou dneˇsn´ı technologicky zaloˇzené spoleˇcnosti. D˚ uleˇzitou u ´lohou návrháˇr˚ u je pak zvolit vhodn´ y ˇr´ıdic´ı systém. Nejjednoduˇsˇs´ı aplikace lze realizovat i s vyuˇzit´ım samotného analogového ˇr´ıdic´ıho obvodu, ale se stále se sniˇzuj´ıc´ı cenou procesorov´ ych systém˚ u a digitáln´ıch komponent jsou postupnˇe i jednoduché u ´lohy ˇreˇseny touto technikou, která nab´ız´ı vˇetˇs´ı uˇzivatelsk´ y komfort, snadnˇejˇs´ı pˇrizp˚ usoben´ı bez nutnosti mˇenit zapojen´ı, mnohem jednoduˇsˇs´ı ˇr´ızen´ı na dálku a zapojen´ı do vˇetˇs´ıch celk˚ u. Pokud je ale na m´ıstˇe finanˇcn´ı otázka, je potˇreba vybrat vhodn´ y prostˇredek pro ˇr´ızen´ı, kter´ y spln´ı poˇzadovanou funkˇcnost a zároveˇ n je ekonomicky (nej)v´ yhodnˇejˇs´ı. Takové ˇreˇsen´ı pak ˇcasto nen´ı univerzáln´ı a nab´ız´ı ménˇe moˇznost´ı. Napˇr´ıklad, kdyˇz zvol´ıme pro ˇreˇsen´ı konkrétn´ıho problému, podobu jednoduchého obvodu s mikroprocesorem a pˇresn´ ym poˇctem zpˇetn´ ych vazeb ze senzor˚ u pˇres jistá rozhran´ı, tak v budoucnu tato rozhran´ı jen tˇeˇzce rozˇs´ıˇr´ıme ˇ a pˇredevˇs´ım bude sloˇzitˇejˇs´ı itegrace do vˇetˇs´ıho celku. Casto je vˇsak moˇzné na trhu nalézt v´ ykonnˇejˇs´ı systém, kter´ y je vyrábˇen´ y ve velk´ ych poˇctech a tak i pˇres nadbyteˇcn´ y v´ ykon vycház´ı levnˇeji. V nab´ıdce je celá ˇrada velmi mal´ ych, cenovˇe pˇrijateln´ ych poˇc´ıtaˇc˚ u, realizovan´ ych na jednom ploˇsném spoji, které maj´ı integrované rozhran´ı poskytuj´ıc´ı komunikaˇcn´ı standardy, jak hardwarové, tak softwarové. Jedn´ım z tˇechto systém˚ u je i Raspberry Pi (dále RPi) vyv´ıjené britskou nadac´ı Raspberry Pi Foundation, p˚ uvodnˇe pˇredevˇs´ım pro v´ yuku a rozvojové zemˇe, kde m˚ uˇze b´ yt platforma vyuˇzita jako levn´ y domác´ı poˇc´ıtaˇc, ˇci rozˇs´ıˇren´ı televizoru na multifunkˇcn´ı zaˇr´ızen´ı. Cena je srovnatelná s cenou zakázkovˇe vyrábˇené jedno´ uˇcelové desky ploˇsn´ ych spoj˚ u, ale m˚ uˇze nab´ıdnout v´ıce moˇznost´ı s ˇra´dovˇe vyˇsˇs´ım v´ ypoˇcetn´ım v´ ykonem a s pˇr´ıtomnost´ı obecného operaˇcn´ıho systému (nab´ız´ı webové rozhran´ı, komunikace, vzdálenou správu, instalaci SW atd.) a proti profesionáln´ım v´ ykonn´ ym obvod˚ um ˇcasto mnohem niˇzˇs´ı cenu, pˇredevˇs´ım d´ıky masové v´ yrobˇe a pouˇzit´ı levn´ ych komponent. ˇ Siroké zp˚ usoby vyuˇzit´ı nab´ız´ı RPi pˇredevˇs´ım d´ıky operaˇcn´ımu systému Linux. S pochopen´ım pˇr´ıstupu Linuxu k hardwaru a principu fungován´ı systému, bude poté jednoduˇsˇs´ı, t´ım sam´ ym ˇr´ıdic´ım ˇclenem, nebo jin´ ym s pouˇzit´ım z´ıskan´ ych znalost´ı, vyˇreˇsit i jinou podobnou ˇr´ıdic´ı u ´lohu. Vyˇsˇs´ı kvalitu ˇr´ızen´ı zajiˇst’uje u ´prava jádra operaˇcn´ıho systému, která pˇridává podporu pro real-time plánován´ı a prioritn´ı ´ pˇrednosti pro ˇcasovˇe kritické u ´lohy. Uprava usnadˇ nuje pouˇzit´ı operaˇcn´ıho systému Linux, pro kter´ y jsou takovéto u ´pravy jiˇz k dispozici. ´ Uˇcelem práce je otestovat, jestli je platforma RPi pro danou u ´lohu pouˇzitelná a je moˇzné chybˇej´ıc´ı profesionáln´ı periferie pro polohové nebo rychlostn´ı ˇr´ızen´ı nahradit softwarem a vyuˇzit´ım relativnˇe velkého v´ ypoˇcetn´ıho v´ ykonu centráln´ı procesorové jednotky. Jako kaˇzdé ˇreˇsen´ı, i toto má své limitn´ı moˇznosti funkcionality a ne jen z hlediska periferi´ı, ale také z hlediska rychlosti v´ ypoˇct˚ u, naˇc´ıtán´ı, ukládán´ı a komu-

15

´ Kapitola 1 - Uvod nikace. S realizac´ı dané u ´lohy ˇr´ızen´ı servopohonu se je pokus´ım otestovat.

1.1

Motivace

Práce je velice praktického charakteru. Jedná se sp´ıˇse o vyzkouˇsen´ı jestli a jak dobˇre je RPi pouˇzitelné ke zpˇetnovazebn´ımu ˇr´ızen´ı motoru. Oˇcekáván´ı nejsou pˇr´ıliˇs vysoká, protoˇze RPi nen´ı v´ ykonn´ y hardware. Naopak je vˇsak velmi rozˇs´ıˇren´ y a ˇreˇsen´ı m˚ uˇze b´ yt zaj´ımavé pro v´ yukové u ´ˇcely a pouˇzit´ı komunitou.

1.2

Zp˚ usob ˇ reˇ sen´ı

Práci jsem ˇreˇsil pˇresnˇe po bodech zadán´ı. Prvn´ı bod je rozdˇelen na dvˇe kapitoly 2. Raspberry Pi a 3. Linux a real-time rozˇs´ıˇren´ı. Druh´ y bod zadán´ı obsahuje ˇ ˇ ıdic´ı softkapitola 4. Stejnosmˇerný motorek. R´ıdic´ı software je popsán v kapitole 5. R´ ware, jako tˇret´ı bod zadán´ı. A koneˇcné otestován´ı je k nalezen´ı v kapitole 6. Ovˇeˇren´ı a moˇznosti RPi.

1.3

Zdroje pro pr´ aci

Pˇri anal´ yze poˇzadavk˚ u na práci se nepodaˇrilo dohledat, ˇze by se nˇekdo jin´ y vyuˇzit´ım RPi v aplikaci zpˇetnovazebného ˇr´ızen´ı motoru zab´ yval. Existuje mnoho zdroj˚ u, jak v kniˇzn´ıch, tak elektronick´ ych podobách, ale ˇzádn´ y mnou nalezen´ y, neobsahuje ˇreˇsen´ı obdobné u ´lohy. Obvykle je ˇr´ızen´ı motor˚ u s RPi ˇreˇseno zp˚ usobem otevˇrené smyˇcky, tedy zab´ yvaj´ı se pouze nastaven´ım PWM, tak aby se motor otáˇcel pouze na urˇcité procento v´ ykonu. Nalézt se dá mnoho SW ˇreˇsen´ı, pro r˚ uzná rozˇs´ıˇren´ı, jako napˇr´ıklad PiBlaster zm´ınˇen´ y v mé práci (viz. zdroj [25]). A velice rozˇs´ıˇrené je WiringPi, které um´ı zprovoznit mnoho funkc´ı. Uvaˇzoval jsem, ˇze bych toto pˇripravené ˇreˇsen´ı pouˇzil v práci, ale nakonec jsem od toho upustil. Potˇreboval jsem zprovoznit pouze pár funkc´ı a seznamovat se s rozsáhl´ ym ˇreˇsen´ım, abych pochopil funkcionalitu, bylo zbyteˇcné. Rád bych jej ale doporuˇcil, jako zaj´ımav´ y zdroj [19] naprogramovan´ y v jazyce C. Obdobná práce, ale existuje. Je to práce vyuˇcovaná v pˇredmˇetu Programován´ı systému reálného ˇcasu, kter´ y mám v doporuˇcen´ ych zdroj´ıch (viz. [18]). Pouˇz´ıvá stejn´ y motor pro ˇr´ızen´ı, ale jin´ y ˇr´ıd´ıc´ı prvek neˇz RPi. V mém, ponˇekud struˇcném, seznamu zdroj˚ u se nacház´ı ˇctyˇri odkazy. Na v´ yˇse zm´ınˇen´ y pˇredmˇet a materiály pouˇzité k tomuto pˇredmˇetu a na informace ohlednˇe Linuxu, a real-time rozˇs´ıˇren´ı (viz. zdroj [13]). Potˇrebné informace jsem pak pˇredevˇs´ım hledal v dostupn´ ych knihách o programován´ı a systému GNU/Linux (viz. zdroje [1], [2] a [3]). Z nich jsem ˇcerpal hlavnˇe pˇri tvoˇren´ı soketové komunikace, ale obsahuj´ı i mnoho jin´ ych informac´ı. Dále jsem vyuˇz´ıval internetové zdroje.

16

´ Kapitola 1 - Uvod

1.4

Pˇ redpoklady

Jako operaˇcn´ı systém k ˇreˇsen´ı práce je pouˇz´ıván pouze Linux, tedy vˇsechny postupy v této práci jsou urˇceny právˇe pro tento systém. I kdyˇz jsem se snaˇzil vytvoˇrit návody pro zopakován´ı postup˚ u co nejjednoduˇseji na pochopen´ı, urˇcité základn´ı znalosti práce s t´ımto systémem jsou v popisech pˇredpokládány. Na pˇriloˇzeném DVD (pˇr´ıloha A) se nacházej´ı zdrojové kódy pouˇzitého systému i s pˇr´ısluˇsnou verz´ı rozˇs´ıˇren´ı. Cel´ y obraz systému se v pˇr´ıloze nenacház´ı. Ke staˇzen´ı je na internetovém zdroji [21] a v textu dále je popsáno, jak potˇrebné komponenty doinstalovat. Práce byla realizována s vyuˇzit´ım dvou programovac´ıch jazyk˚ u. Základ ˇr´ızen´ı byl naprogramován v jazyce C a jazyk Java byl pouˇzit pˇri implementaci vzdáleného ovládac´ıho panelu, protoˇze nab´ız´ı objektov´ y pˇr´ıstup, kter´ y se s v´ yhodou pouˇzije pˇri tvorbˇe grafické aplikace a usnadˇ nuje zpracovan´ı pˇrij´ıman´ ych dat. Software je navrˇzen pro vzdálené s´ıt’ové ovládán´ı, ale jiˇz neˇreˇs´ı sofistikované navázán´ı komunikace apod. Zdrojové kódy vˇsech implementovan´ ych program˚ u a komponent jsou um´ıstˇeny na DVD (pˇr´ıloha A), opatˇreny komentáˇrem a v práci je vysvˇetlen u ´ˇcel jednotliv´ ych program˚ u. Pro návody jsou pouˇzity pˇr´ıkazy z terminálového interpreteru pˇr´ıkaz˚ u, které oddˇeluje následuj´ıc´ı rámeˇcek. Konkrétnˇe byl pouˇzit interpreter Bash (Bourne Again Shell). Bash

17

Kapitola 2 - Raspberry Pi

2. RASPBERRY PI 2.1

Popis

RPi je kompletn´ı miniaturn´ı poˇc´ıtaˇc nenároˇcn´ y na poˇrizovac´ı náklady. Nen´ı pˇr´ıliˇs v´ ykonn´ y, ale jeho rozmˇery pˇribliˇznˇe odpov´ıdaj´ı kreditn´ı kartˇe (viz. tabulka 2.1). I pˇres malou velikost obsahuje veˇskeré komponenty odpov´ıdaj´ıc´ı klasickému stoln´ımu ´ ziˇstˇe (pevn´ poˇc´ıtaˇci. Uloˇ y disk) je vˇsak nahrazeno pamˇet’ovou kartou SD/MMC. Verze

ˇ ıˇ S´ rka [mm]

Model A Model B

64.3 64.3

Hloubka [mm] V´ yˇ ska [mm] 92.5 92.5

18.3 21.3

Tabulka 2.1: Rozmˇer Raspeberry Pi zahrnuj´ıc´ı i konektory.

Existuj´ı dvˇe varianty tohoto poˇc´ıtaˇce, modely A a B. Model B proˇsel jeˇstˇe vylepˇsen´ım a je rozdˇelen na model B revize 1.0 a novˇejˇs´ı verze model B revize 2.0. Rozd´ıly jednotliv´ ych verz´ı ukazuje tabulka 2.2. Verze

Model A

Model B rev. 1

Model a rev. 2

RAM USB Ethernet Spotˇreba Cena1

256 MB 1x Ne 2.5 W 800 Kˇc

256 MB 2x Ano -

512 MB 2x Ano 3.5 W 1200 Kˇc

Tabulka 2.2: Pˇrehled rozd´ıl˚ u jednotliv´ ych verz´ı a model˚ u.

Vˇsechny modely a revize jsou zaloˇzené na stejném integrovaném procesorovém obvodu ARM, kter´ y je taktovan´ y na frekvenci 700 MHz s moˇznost´ı pˇretaktován´ı aˇz na 1 GHz a s grafick´ ym akcelerátorem oznaˇcen´ ym jako VideoCore IV. Model B revize 2.0 je jeˇstˇe vylepˇsen o montáˇzn´ı d´ıry pro pˇrichycen´ı a má o ˇctyˇri piny GPIO v´ıce. Dále pak kaˇzdá verze RPi obsahuje tyto vstupnˇe v´ ystupn´ı konektory:

1

• USB a napájec´ı MicroUSB

• HDMI

• GPIO

• Kompozitn´ı Video

• Slot SD/MMC karty

• Jack 3.5 mm

Pˇribliˇzn´ a cena v lednu 2014 v kamenn´ ych obchodech v Praze.

18

Kapitola 2 - Raspberry Pi Spotˇreba modelu B revize 1.0 nebyla zjiˇstˇena a v souˇcasné dobˇe se jiˇz nevyráb´ı. Zjiˇstˇené spotˇreby jsou uvádˇené prodejci RPi. Pokusil jsem se orientaˇcnˇe zmˇeˇrit spotˇrebu modelu B revize 2.0, kter´ y mám k dispozici, za pouˇzit´ı bˇeˇzného levného multimetru, kde byla sledována hodnota proudu. Raspberry Pi je napájené z 5 V stejnosmˇerného adaptéru, kter´ y je schopn´ y dodávat aˇz 1,3 A. V´ ysledek mˇeˇren´ı je vidˇet v tabulce 2.3. ˇ Cinnost Proud [A] Vypoˇcten´ y v´ ykon [W]

Vypnuto Zapnuto Zat´ıˇ zeno 0,15 0,75

0,42 2,1

0,5 2,5

Tabulka 2.3: V´ ykon Raspberry Pi model B.

K ˇreˇsen´ı práce byl pouˇzit model B revize 2.0. Fotografie je na obrázku 2.1. Tato verze je energeticky nároˇcnˇejˇs´ı, ale zase má moˇznost pˇripojen´ı do ethernetov´ ych s´ıt´ı a 512 MB pamˇeti RAM.

Obrázek 2.1: Raspberry Pi model B rev. 2.0 V´ıce informac´ı o RPi je uvedeno na internetovém zdroji [11] nebo v knihách [4] a [5], ve kter´ ych je obsaˇzeno i mnoˇzstv´ı návod˚ u t´ ykaj´ıc´ıch se nastaven´ı systému a pˇr´ıklad˚ u jak RPi pouˇz´ıt. Obvykle jsou pˇr´ıklady napsané v jazyce Python.

2.1.1

Potˇ rebn´ e komponenty

RPi nen´ı ihned po koupi pˇripraveno k pouˇzit´ı. Jednak se k nˇemu nedodává pamˇet’ová karta, ale také nen´ı pˇribalen potˇrebn´ y adaptér. Minimáln´ı velikost pamˇet’ové karty je doporuˇcena na 8 GB. Jako zdroj energie se doporuˇcuje adaptér s napˇet´ım 5 V, kter´ y m˚ uˇze dodávat aˇz 700 mA. RPi odeb´ırá pˇribliˇznˇe 500 mA, takˇze pokud je nutné pˇripojit energeticky nároˇcnˇejˇs´ı periferie, mohou nastat problémy. S adaptérem schopn´ ym dodávat vˇetˇs´ı mnoˇzstv´ı energie, pak mohou nastat problémy pˇri zapojován´ı periferi´ı v zapnutém stavu. D˚ uvod, proˇc nemá RPi v balen´ı tyto dvˇe základn´ı komponenty zahrnuty je primárnˇe cena a ekologické hledisko zbyteˇcné v´ yroby. Vyuˇzije se t´ım starˇs´ı pˇr´ısluˇsenstv´ı, které je dostupné, nebo je moˇznost objednán´ı nového. 19

Kapitola 2 - Raspberry Pi Mimo jiné bude urˇcitˇe potˇreba dalˇs´ıho poˇc´ıtaˇce, pokud k RPi nen´ı objednaná jiˇz pˇripravená pamˇet’ová karta, bude potˇreba vytvoˇrit spustiteln´ y operaˇcn´ı systém za pomoc´ı jiného poˇc´ıtaˇce. Návody jsou dostupné na internetu (viz. zdroje [6] a [9]) a pro operaˇcn´ı systém Linux je popsán v sekci 2.2.1 Instalace v Linuxu. Alespoˇ n k prvn´ımu spuˇstˇen´ı je potˇreba monitor pˇripojiteln´ y do HDMI konektoru, USB myˇs a klávesnice. Pozdˇeji m˚ uˇze b´ yt k RPi pˇristupováno vzdálenˇe po s´ıti napˇr´ıklad pomoc´ı protokolu SSH.

2.2

Operaˇ cn´ı syst´ em

Samotné RPi se nedodává s jedn´ım pˇredinstalovan´ ym operaˇcn´ım systémem. Ten je vˇsak lehce dostupn´ y v sekci Download na stránkách www.raspberrypi.org, kde je v´ ybˇer z nˇekolika druh˚ u urˇcen´ ych pˇr´ımo pro RPi. Raspbian, kter´ y je odvozen´ y z distribuce Debian. Pokud máte v oblibˇe distribuci Fedora, tak jej´ı odvozená verze má název Pidora. Dále je také k dispozici Arch Linux, ˇci r˚ uzné dalˇs´ı, ˇcasto specializované, distribuce operaˇcn´ıho systému. Napˇr´ıklad jako OpenElec a Raspbmc, které udˇelaj´ı z RPi mediáln´ı centrum, pˇripojitelné k televizi. V nab´ıdce je i nelinuxov´ y systém Risc OS. Bal´ıˇcek pro zaˇca´teˇcn´ıky nazvan´ y anglicky NOOBS obsahuje moˇznosti nainstalovat jak´ ykoliv v´ yˇse zm´ınˇen´ y operaˇcn´ı systém i jiné. Pro zaveden´ı na pamˇet’ovou kartu je pˇripraven návod, jak pro uˇzivatele Linuxu, tak pro uˇzivatele Windows, ˇci Mac OS. Podle tohoto návodu se dá postupovat i pˇri instalaci pouze jednoho vybraného systému. Linuxová verze návodu je v dalˇs´ı sekci 2.2.1 Instalace v Linuxu. Vyzkouˇsel jsem vˇsechny operaˇcn´ı systémy dostupné z pˇripraveného instalátoru NOOBS. Nejv´ıce jsem povaˇzoval za vhodn´ y Raspbian, protoˇze je pravdˇepodobnˇe nejrozˇs´ıˇrenˇejˇs´ı a s distribucemi odvozen´ ymi z projektu Debian mám zkuˇsenosti. Nejnovˇejˇs´ı verze Raspbianu je ke staˇzen´ı z internetového zdroje [21], tento zdroj obsahuje jiˇz pouze systém Raspbian. Bliˇzˇs´ı informace o tomto systému jsou k dispozici na internetovém zdroji [20].

2.2.1

Instalace v Linuxu

Kroky návodu jsou ˇcerpány ze zdroje [9]. K zapoˇcet´ı instalace je potˇreba m´ıt staˇzen´ y image soubor, pokud moˇzno s posledn´ı stabiln´ı verz´ı systému. Ta je ke staˇzen´ı na odkazu ve zdroji [21]. Kde se nacház´ı archiv, konkrétnˇe zip, kter´ y obsahuje soubor typu image. Soubor s archivem se za pomoc´ı linuxového terminálu rozbal´ı pˇr´ıkazem: cd / adresar / obsahujici / soubor / unzip 2014 -01 -07 - wheezy - raspbian . zip

Kde za pˇr´ıkazem unzip následuje jméno konkrétn´ıho souboru. Nyn´ı se ve sloˇzce nacház´ı novˇe i soubor typu image, napˇr´ıklad s názvem 2014-01-07-wheezy-rasp” bian.img“. Tento soubor je potˇreba nakop´ırovat pomoc´ı programu dd na pamˇet’ovou kartu. Zjiˇstˇen´ı názvu pamˇet’ové karty, kter´ y je potˇreba znát pro program dd, se 20

Kapitola 2 - Raspberry Pi provede následuj´ıc´ım pˇr´ıkazem: sudo fdisk -l | grep / dev /

Tento pˇr´ıkaz vytiskne v´ ypis na monitor, ve kterém by se mˇela nacházet i pamˇet’ová karta, pokud je pˇripojena k poˇc´ıtaˇci. Pˇr´ıklad v´ ypisu: ... Disk / dev / mmcblk0 : 31.6 GB , 31611420672 bytes / dev / mmcblk0p1 2048 61741055 30869504 Linux ...

83

Ve v´ ypisu m˚ uˇze b´ yt v´ıce poloˇzek, karta se nejlépe pozná podle velikosti, která je zde vidˇet jako 31.6 GB. Pamˇet’ obsahuje jeden odd´ıl a to mmcblk0p1“. Jméno, které ” bude potˇreba pro kop´ırován´ı souboru je /dev/mmcblk0“. Pro práci s programem ” dd mus´ı b´ yt pamˇet’ová karta odpojena a to se provede v tomto pˇr´ıpadˇe pˇr´ıkazem: sudo umount / dev / mmcblk0 *

Pˇr´ıkaz bud’to odpoj´ı vˇsechny odd´ıly pamˇet’ové karty, nebo vyp´ıˇse, ˇze nejsou pˇripojeny. Poté m˚ uˇzeme pokraˇcovat v samotném kop´ırován´ı souboru typu image, zkontrolujte si, zda m´ ate spr´ avn´ y n´ azev zaˇ r´ızen´ı, n´ asleduj´ıc´ım pˇ r´ıkazem m˚ uˇ zete ztratit data: sudo dd if =2014 -01 -07 - wheezy - raspbian . img of =/ dev / mmcblk0

Poté co se pˇr´ıkaz u ´spˇeˇsnˇe dokonˇc´ı, je pamˇet’ová karta pˇripravena k pouˇzit´ı s RPi. Mˇela by obsahovat dva odd´ıly, které se v mém pˇr´ıpadˇe jmenuj´ı boot“ a boot “. ” ” Prvn´ı odd´ıl boot“ obsahuje soubory s jádrem a pomocn´ ymi soubory naˇc´ıtan´ ymi pˇri ” startu systému. V souborové struktuˇre se pak napoj´ı do adresáˇre /boot“. Druh´ y ” odd´ıl obsahuje cel´ y souborov´ y systém, takzvan´ y koˇren systému (adresáˇr /“, ang” licky root).

2.2.2

Prvn´ı spuˇ stˇ en´ı

Pˇri prvn´ım spuˇstˇen´ı operaˇcn´ıho systému se naˇcte textov´ y reˇzim s programem pro základn´ı nastaven´ı systému. Program má jednoduché rozhran´ı, které je vidˇet na obrázku 2.2 a jmenuje se Raspberry Pi Software Configuration Tool. Pˇr´ıkaz pro opˇetovné spuˇstˇen´ı programu v budoucnu je: sudo raspi - config

Z nab´ıdky programu je vhodné pouˇz´ıt volbu ˇc´ıslo jedna a to Expand Filesystem, která zp˚ usob´ı, ˇze RPi vyuˇzije celé m´ısto na pamˇet’ové kartˇe. Pokud je potˇreba k RPi pˇristupovat vzdálenˇe pˇres protokol SSH, lze zde tento pˇr´ıstup povolit a to zvolen´ım osmé volby Advanced Options, dále pak naj´ıt volbu SSH, která se v mém pˇr´ıpadˇe jmenuje A4 SSH a potvrzen´ım Enable umoˇznit komunikaci prostˇrednictv´ım SSH protokolu. Volba nen´ı zm´ınˇena náhodou. Ve zdroji o real-time rozˇs´ıˇren´ı systému [13] je uvedeno, ˇze klasická konzole vykreslovaná na monitor, m˚ uˇze zp˚ usobovat zpoˇzdˇen´ı, aˇz v ˇrádech 100 µs, coˇz je pro tuto u ´lohu neˇza´douc´ı 21

Kapitola 2 - Raspberry Pi

Obrázek 2.2: Rozhran´ı pro základn´ı konfiguraci Raspberry Pi a proto doporuˇcuji pˇripojovat se k RPi prostˇrednictv´ım tohoto komunikaˇcn´ıho protokolu. V nastaven´ı je i jednoduchá moˇznost pˇretaktován´ı procesoru, nebo urˇcen´ı vyuˇzit´ı pamˇeti RAM pro grafick´ y akcelerátor. Pˇretaktován´ı nedoporuˇcuji, protoˇze RPi se i pˇri základn´ı frekvenci 700 MHz zahˇr´ıvá. Moˇznost ubrat pamˇet’ grafickému akcelerátoru je rozumná, protoˇze ji pˇres protokol SSH stejnˇe RPi nevyuˇzije. Nen´ı ovˇsem tak zásadn´ı v pˇr´ıpadˇe této u ´lohy. Po potvrzen´ı Finish a restartu systému dojde na poˇzadavek k pˇrihláˇsen´ı. Pˇrednastavené uˇzivatelské jméno je pi“ a k tomuto u ´ˇctu je heslo raspberry“. ” ” Jako návod, pro dalˇs´ı nastaven´ı RPi mohu doporuˇcit knihy z m´ ych zdroj˚ u [4] a [5], kde se nacház´ı napˇr´ıklad nastaven´ı automatického pˇripojen´ı do Wi-Fi s´ıtˇe apod.

22

Kapitola 3 - Linux a real-time rozˇs´ıˇren´ı

ˇÍREN ˇ Í 3. LINUX A REAL-TIME ROZS ´ celem real-time rozˇs´ıˇren´ı v operaˇcn´ım systému Linux je zmˇena plánovac´ıch alUˇ goritm˚ u, které se staraj´ı o pˇridˇelován´ı procesorového ˇcasu jednotliv´ ym, aktuálnˇe bˇeˇz´ıc´ım, proces˚ um. V nerozˇs´ıˇreném systému moˇznost nadˇradit proces jako vysoce prioritn´ı také existuje, ale plánovac´ı algoritmy nezaruˇcuj´ı stropn´ı hranici latence, kv˚ uli delˇs´ım u ´sek˚ um, ve kter´ ych je zablokované pˇreplánován´ı u ´lohy nebo i pˇrijet´ı pˇreruˇsen´ı. Real-time rozˇs´ıˇren´ı vyˇzaduje sloˇzitˇejˇs´ı algoritmy plánován´ı, takˇze propustnost a minimáln´ı doby odezvy jsou obvykle horˇs´ı, naopak maximáln´ı latence jsou omezené. Jádra Linuxu s moˇznost´ı vynucené zmˇeny poˇrad´ı proces˚ u jsou oznaˇcována jako PREEMPT“ z anglického preemption, ve smyslu pˇreruˇsen´ı pˇreplánován´ı. Rozˇs´ıˇrená ” jádra o real-time algoritmy plánován´ı jsou oznaˇcována jako PREEMPT RT“ a od” liˇsuj´ı se omezován´ım u ´sek˚ u s blokovan´ ym pˇreplánován´ım a i zpracován´ı vnˇejˇs´ıch událost´ı ˇreˇs´ı v rámci vláken. Systémy vrac´ı nejmenˇs´ı rozliˇsitelnou jednotku ˇcasu 1 ns. Reálnˇe je vˇsak moˇznost plánován´ı spuˇstˇen´ı procesu s pˇresnost´ı v ˇrádech kolem 10 µs, jak bude ukázáno dále v této kapitole.

3.1

Postup u ´ pravy

Tento postup navazuje na jiˇz hotovou instalaci Linuxu Raspbian podle návodu v sekci 2.2.1 Instalace v Linuxu a opˇet je urˇcen pro operaˇcn´ı systém Linux. Kroky z návodu jsou ˇcerpány ze zdroj˚ u [7] a [8].

3.1.1

Nahr´ an´ı rozˇ s´ıˇ ren´ı

Jestliˇze chceme pˇridat do jádra systému Linux takto rozsáhlé rozˇs´ıˇren´ı, mus´ıme to provést pˇred kompilac´ı a následnˇe jádro zkompilovat. K tomu, abychom to mohli provést, bude tˇreba zdrojového kódu jádra. Jádro systému Linux je ˇs´ıˇreno pod licenc´ı GPL, která zajiˇst’uje volnou dostupnost zdrojov´ ych kód˚ u i následnou moˇznost dalˇs´ıch u ´prav. Nen´ı tedy problém z´ıskat zdrojové kódy jádra. Existuje vˇsak celá ˇrada pˇrednastaven´ı pro jádra a mnoho jeho verz´ı. Nalezen´ım správného zdroje pro RPi si uˇsetˇr´ıme ˇcas, kter´ y bychom museli vynaloˇzit na vhodnou konfiguraci a optimalizaci pro dan´ y hardware. Jádro urˇcené a správnˇe nakonfigurované pro RPi se nacház´ı napˇr´ıklad na internetové adrese ve zdroji [22]. Zdroj obsahuje vˇzdy nejnovˇejˇs´ı verzi z verzovac´ıho systému GIT serveru GitHub, aktuálnˇe1 s oznaˇcen´ım 3.10.26. Oznaˇcen´ı je d˚ uleˇzité pro u ´pravu, která je urˇcena pro konkrétn´ı verze. Aby se dal postup zopakovat, poˇr´ıdil jsem kopii této verze a um´ıstil ji na DVD (pˇr´ıloha A). Soubor je pojmenovan´ y jako linux-rpi-3.10.y.zip“ a obsahuje stabiln´ı vˇetev se zahrnut´ ymi ” aktuáln´ımi upravami verze 3.10.y. 1

Leden 2014

23

Kapitola 3 - Linux a real-time rozˇs´ıˇren´ı Zdrojov´ y kód ale nezahrnuje potˇrebné rozˇs´ıˇren´ı, pouze vhodné konfigurace pro RPi. Rozˇs´ıˇren´ı se teprve mus´ı pˇridat. Zdroj, kde se dá nalézt je oznaˇcen jako [23] v seznamu soubor˚ u na konci práce. Podle verze jádra je potˇreba nalézt správnou verzi rozˇs´ıˇren´ı. K verzi 3.10.26, obsaˇzené v pˇr´ıloze na DVD, je to soubor s názvem patch-3.10.26-rt24.patch.gz“. ” Máme tedy dva soubory typu archiv. Nejprve je mus´ıme rozbalit, poté vˇclenit vylepˇsen´ı do zdrojového kódu jádra. O u ´pravy se postará následuj´ıc´ı sada pˇr´ıkaz˚ u terminálu, pokud um´ıst´ıme soubory do jednoho adresáˇre. Pro jiné verze, mus´ıte upravit názvy soubor˚ u. cd / adresar / obsahujici / soubory unzip linux - rpi -3.10. y . zip gunzip patch -3.10.26 - rt24 . patch . gz cd linux - rpi -3.10. y patch p1 < ../ patch -3.10.26 - rt24 . patch

3.1.2

Kompilace j´ adra

Po u ´spˇeˇsném proveden´ı pˇr´ıkaz˚ u budeme m´ıt pˇripraven´ y zdrojov´ y kód jádra, konkrétnˇe ve sloˇzce linux-rpi-3.10.y“, obsahuj´ıc´ı real-time vylepˇsen´ı. Dále je potˇreba ” kód zkompilovat. Máme na v´ ybˇer v´ıce moˇznost´ı, jak kompilaci provést. M˚ uˇzeme kompilovat pˇr´ımo na RPi, avˇsak já bych tuto volbu nedoporuˇcil, protoˇze v´ ykon je n´ızk´ y a kompilace zabere mnoho hodin. Druhá moˇznost je vyuˇz´ıt takzvané cross kompilace. Je to druh kompilace, pˇri které se pˇrevád´ı program do strojového kódu na jiném poˇc´ıtaˇci. Pokud maj´ı oba stroje stejnou architekturu procesoru, tak je moˇzno pouˇz´ıt pˇr´ımo kompilátor z jiného poˇc´ıtaˇce. Jestliˇze nemaj´ı, je potˇreba sehnat nástroj, kter´ y bude schopen pˇripravit strojov´ y kód pro jinou architekturu procesor˚ u. V RPi se nacház´ı procesor s architekturou ARM. Cross kompilaˇcn´ı nástroj pro tento typ procesoru je na adrese ve zdroji [24]. Opˇet je dostupn´ y na pˇriloˇzeném DVD (pˇr´ıloha A) a je pojmenován jako tools-master.zip“. ” Soubor obsahuj´ıc´ı nástroj pro kompilaci je typu archiv a rozbal´ıme ho následuj´ıc´ım pˇr´ıkazem. Návod i nadále pˇredpokládá pouˇzit´ı stejného pracovn´ıho adresáˇre jako v pˇr´ıpadˇe pˇredeˇsl´ ych soubor˚ u. cd / adresar / obsahujici / soubory unzip tools - master . zip

Po u ´spˇeˇsném dokonˇcen´ı pˇr´ıkazu je vˇse pˇripraveno k zahájen´ı samotného procesu kompilace. Sloˇzka obsahuje novˇe sloˇzku tools-master“, v které se nacház´ı kompilaˇcn´ı ” nástroj. Tedy podstatné dva adresáˇre, jeˇz by se mˇely nacházet v pracovn´ım adresáˇri jsou linux-rpi-3.10.y“ a tools-master“, pˇr´ıpadnˇe se m˚ uˇzou liˇsit podle verze jádra. ” ” Prvn´ım krokem kompilace, pokud provád´ıme opˇetovné pokusy, je vyˇciˇstˇen´ı pˇredeˇsl´ ych pokus˚ u. K tomu je urˇcen následuj´ıc´ı terminálov´ y pˇr´ıkaz, kter´ y se mus´ı spustit ve sloˇzce, kde je obsaˇzen kód jádra, v tomto pˇr´ıpadˇe se jedná o adresáˇr linux-rpi” 3.10.y“.

24


cd / adresar / obsahujici / soubory / linux - rpi -3.10. y make mrproper

Po vyˇciˇstˇen´ı pˇredchoz´ıch pokus˚ u o kompilaci, je tˇreba obnovit konfiguraˇcn´ı soubor, v kterém je obsaˇzeno nastaven´ı pro danou kompilaci. Origináln´ı soubor s konfigurac´ı pro RPi se dá naj´ıt v jiˇz beˇz´ıc´ım systému ve sloˇzce /proc“ a název souboru ” je config.gz“. Pomoc´ı pˇr´ıkazu zcat m˚ uˇzeme soubor uloˇzit do textové podoby a pak ” následnˇe pˇrenést do pracovn´ıho adresáˇre, konkrétnˇe do sloˇzky, která obsahuje zdrojov´ y kód Linuxu linux-rpi-3.10.y“ a soubor pojmenujeme jako .config“. ” ” Máme-li vhodnou konfiguraci, napˇr´ıklad z jiˇz bˇeˇz´ıc´ıho systému, kterou chceme zachovat a pouze nastavit dosud nezvolené a nové moˇznosti, pouˇzijeme následuj´ıc´ı pˇr´ıkaz. make oldconfig

Pˇr´ıkaz vyvolá jednoduchého pr˚ uvodce, v kterém nastav´ıme pouze nové volby a staré z˚ ustanou nastavené jak byly. Pokud souhlas´ıme s pˇrednastavenou volbou, která je vyznaˇcena velk´ ym p´ısmenem ˇci ˇsipkou, staˇc´ı pokraˇcovat dále klávesou Enter. Ukázka v´ ypisu: ... Enable DMI scanning ( DMI ) [ Y / n /?] y GART IOMMU support ( GART_IOMMU ) [ Y / n /?] y IBM Calgary IOMMU support ( CALGARY_IOMMU ) [ N / y /?] n Preemption Model > 1. No Forced Preemption ( Server ) ( PREEMPT_NONE ) 2. Voluntary Kernel Preemption ( Desktop ) ( PR EEMPT_ VOLUNT ARY ) 3. Preemptible Kernel ( Low - Latency Desktop ) ( PREEMPT__LL ) ( NEW ) 4. Preemptible Kernel ( Basic RT ) ( PREEMPT_RTB ) ( NEW ) 5. Fully Preemptible Kernel ( RT ) ( PREEMPT_RT_FULL ) ( NEW ) choice [1 -5]: 5 ...

V´ ypis obsahuje d˚ uleˇzitou ˇca´st. Po nahrán´ı rozˇs´ıˇren´ı do zdrojového kódu jádra se rozˇs´ıˇrily moˇznosti v´ ybˇeru Preemption Model“, konkrétnˇe o volbu 4 a 5. Pro tuto ” u ´lohu je pouˇzita volba 5 Fully Preemptible Kernel (RT) (PREEMPT RT FULL) ” (NEW)“. Druhá moˇznost konfigurace je pomoc´ı následuj´ıc´ıho pˇr´ıkazu. Rozd´ıl oproti pˇredchoz´ımu zp˚ usobu konfigurace je takov´ y, ˇze se nezeptá na vˇse dosud nenastavené, ale mus´ıte si naj´ıt konkrétn´ı volbu, kterou chcete nastavit. make menuconfig

Vyvolá jednoduché grafické prostˇred´ı jako je na obrázku 3.1, kter´ y ukazuje opˇet d˚ uleˇzitou volbu s nastaven´ım Preemption Model“. Volba je um´ıstˇena pod volbou ” Processor type and features —>“ a v n´ı je moˇznost Preemption Model (Fully ” ” Preemptible Kernel (RT)) —>“. Posledn´ı konfigurace pˇred spuˇstˇen´ım kompilace, se t´ yká promˇenn´ ych terminálového prostˇred´ı. Mus´ıme zvolit vhodnou architekturu a uloˇzit ji do promˇenné s ná25

Kapitola 3 - Linux a real-time rozˇs´ıˇren´ı zvem ARCH“. Dalˇs´ı volba se t´ yká kompilaˇcn´ıho nástroje, kter´ y se nacház´ı ve sloˇzce ” tools-master“. Do promˇenné CROSS COMPILER“ mus´ıme uloˇzit cestu pouˇzitého ” ” kompilaˇcn´ıho nástroje. A posledn´ı promˇenná s názvem INSTALL MOD PATH“ ” urˇcuje um´ıstnˇen´ı pro novˇe zkompilované moduly. Pokud bychom vynechali tuto volbu, zavedli by jsme novˇe vytvoˇrené moduly do aktuálnˇe bˇeˇz´ıc´ıho systému. K nastaven´ı promˇenného prostˇred´ı terminálu jsou urˇceny následuj´ıc´ı pˇr´ıkazy. export ARCH = arm export CROSS_COMPILE = " / adresar / obsahujici / soubory / tools - master / arm - bcm2708 / gcc - linaro - arm - linux - gnueabihf - raspbian / bin / arm linux - gnueabihf - " mkdir " / adresar / obsahujici / soubory / moduly " export INSTALL_MOD_PATH = " / adresar / obsahujici / soubory / moduly "

Obrázek 3.1: GUI pro konfiguraci jádra pˇred kompilac´ı. Kompilace se opˇet mus´ı spustit z adresáˇre obsahuj´ıc´ıho zdrojov´ y kód. Prvn´ı pˇr´ıkaz z dalˇs´ı sady pˇr´ıkaz˚ u, se postará o pˇresun do správného um´ıstˇen´ı. Druh´ y pˇr´ıkaz spust´ı kompilaci kernelu, neboli jádra. Zb´ yvaj´ıc´ı pˇr´ıkazy pust´ı kompilaci modul˚ u a následné instalován´ı, v naˇsem pˇr´ıpadˇe nakop´ırován´ı do um´ıstˇen´ı nastaveného v promˇenné INSTALL MOD PATH“. ” cd / adresar / obsahujici / soubory / linux - rpi -3.10. y make bzImage make modules make modules_install

Pˇr´ıkaz make je vhodné pouˇz´ıt s parametrem -j N, kde N je poˇcet bˇeˇz´ıc´ıch proces˚ u, které provád´ı kompilaci najednou. Pokud pouˇzijeme pouze -j, tak poˇcet proces˚ u nen´ı omezen. V pˇr´ıpadˇe, ˇze provád´ıme kompilaci na jedno jádrovém procesoru, tak tento parametr nemá aˇz takov´ y v´ yznam. V´ıce informac´ı obsahuj´ı manuálové stránky Linuxu (pˇr´ıkaz man make). 26

Kapitola 3 - Linux a real-time rozˇs´ıˇren´ı Kompilace se na bˇeˇzném notebooku provede do jedné hodiny. RPi kompiluje mnohem déle. Kompilace bˇeˇzela pˇres jeden den a poté mi systém zamrzl, takˇze nemám ani pˇribliˇzn´ yu ´daj, jak dlouho m˚ uˇze trvat. Radˇeji doporuˇcuji cross kompilaci, doc´ıl´ıte velké u ´spory ˇcasu.

3.1.3

Zaveden´ı nov´ eho j´ adra

Pokud kompilace probˇehne v poˇra´dku aˇz do konce, objev´ı se v pracovn´ım adresáˇri na cestˇe linux-rpi-3.10.y/arch/arm/boot“ soubor s názvem zImage“. Dále také sloˇzka ” ” moduly“ bude obsahovat adresáˇr lib“, kde jsou obsaˇzeny moduly zkompilované pro ” ” nové jádro. Nyn´ı mus´ıme zavést do jiˇz nainstalovaného systému jádro i s moduly. Pˇrekop´ırujeme soubor zImage“ na pamˇet’ovou kartu na odd´ıl boot“ pˇr´ımo do koˇrenového ad” ” resáˇre odd´ılu. Doporuˇcuji soubor pˇrejmenovat na aktuáln´ı verzi jádra, napˇr´ıklad jako zImage-3.10.26-rt24“. Moduly se skládaj´ı ze dvou adresáˇr˚ u lib/firmware“ a lib/” ” ” modules“. Obsah sloˇzky modules“, která obsahuje podsloˇzky pojmenované podle ” verze jádra, bude tˇreba pˇrekop´ırovat na druh´ y odd´ıl pamˇet’ové karty boot “ do ” um´ıstnˇen´ı /lib/modules“. Názvy sloˇzek s moduly, by se nemˇely shodovat, protoˇze ” za aktuálnˇe zkompilovanou verz´ı bude pˇridáno -rt“, pokud se vˇsak shodovat budou, ” doporuˇcuji pro jistotu, jednoduché pˇrejmenován´ı stávaj´ıc´ıho adresáˇre na jiné jméno. Sloˇzku firmware“ nen´ı potˇreba kop´ırovat. ” Nakonec je potˇreba zmˇenit konfiguraˇcn´ı soubory, které se nacházej´ı v odd´ılu boot“. Jedná se o soubor config.txt“, kde se mus´ı zmˇenit parametr kernel=“ ” ” ” na název aktuáln´ıho souboru s jádrem. M˚ uˇzete m´ıt v systému v´ıce jader a pomoc´ı zmˇeny tohoto parametru urˇcovat, které jádro se naˇcte. Doporuˇcuji tedy vˇsechny ˇra´dky zaˇc´ınaj´ıc´ı kernel=“ v souboru zakomentovat pomoc´ı #“ a pˇridat ˇra´dek ” ” kernel=zImage-3.10.26-rt24“. Posledn´ı zmˇenu provedeme v konfiguraˇcn´ım souboru ” cmdline.txt“ a to pˇridán´ım parametru sdhci bcm2708.enable llm=0“ na konec ” ” souboru, pokud pouˇz´ıváme kartu typu SD. Bez toho parametru by se zaseklo naˇc´ıtán´ı systému. V pˇr´ıpadˇe karty typu MMC pˇriˇrad´ıme parametru hodnotu 1. Systém je nyn´ı pˇripraven k pouˇzit´ı s RPi.

27


3.2 3.2.1

Test syst´ emu Jednoduch´ e vl´ akno

V systému jsem vytvoˇril vlákno, které bˇeˇzelo s vysokou prioritou (98) a politikou plánován´ı FIFO. Bylo cyklicky volané s frekvenc´ı 1 kHz. Vykonávalo pouze ukládán´ı ˇcasu do pole, pro následné vypsán´ı a hl´ıdán´ı poˇctu opakován´ı na 600 000, coˇz je 10 minut. Po dobˇehnut´ı test vytvoˇr´ı soubor vystup.csv“, ve kterém je ˇcetnost jed” notliv´ ych nepˇresnost´ı plánován´ı. V´ ysledek je vidˇet v podobˇe grafu na obrázku 3.2, kde hodnota nuly odpov´ıdá ˇcasu 1 ms od pˇredchoz´ıho spuˇstˇen´ı vlákna. Z testu je vidˇet, ˇze pˇreváˇzná vˇetˇsina vzork˚ u vykazuje chybu kolem -2.5 µs aˇz 5 µs. Zdrojov´ y kód testu je v pˇr´ıloze A s názvem souboru vlakno test planovani 1kHz.c“ ve sloˇzce ” test“ a kompilace se provede následuj´ıc´ım pˇr´ıkazem. ” gcc - lrt - lpthread v l a k n o _ t e s t _ p l a n o v a n i _ 1 k H z . c

Z grafu je patrné, ˇze se jednotky ˇcasu v systému pohybuj´ı kolem 1 µs a to i kdyˇz systém vrac´ı nejmenˇs´ı jednotuku 1 ns. Body, které jsou na grafu vykresleny pod sebou, jsou zaznamenány s rozd´ılem 1 ns. Graf z obrázku 3.3 je vytvoˇren souˇctem hodnot ˇcetnost´ı v bodech s okol´ım do ±1 ns a je vykreslen jako spojitá funkce.

28


16 14 12

četnost [%]

10 8 6 4 2 -25

-20

-15

-10

-5

0

0

5

10

15

20

25

čas [us]

ˇ Obrázek 3.2: Cetnost chyb plánován´ı proces˚ u.

16

14

12

Cetnost[%]

10

8

6

4

2

0 −20

−15

−10

−5

0 Cas[us]

5

10

15

Obrázek 3.3: Seskupené ˇcetnosti chyb plánován´ı proces˚ u.

29

20


3.2.2

Cyclictest

Systém jsem otestoval s testem, kter´ y se jmenuje Cyclictest. Informace o testu jsou dostupné ve zdroji [14], kde je k dispozici zdrojov´ y kód i s návodem, jak tento test pouˇz´ıt. V´ ysledky testu jsou takové, ˇze pˇri zat´ıˇzen´ı systému r˚ uzn´ ymi zp˚ usoby najednou, se pohybovala pˇresnost plánován´ı real-time procesu s vysokou prioritou v ˇra´dech kolem des´ıtek µs. K RPi jsem se pˇripojil pˇres ˇctyˇri SSH terminály. Kaˇzd´ y z nich zamˇestnával systém jinou ˇcinnost´ı: find / . . . . . . . . . . . . . . . . . . v´ ypis stromu soubor˚ u, pro zamˇestnán´ı vstupu a v´ ystupu while true; do true; done . . . . . . . nekoneˇcná smyˇcka, pro zamˇestnán´ı procesoru htop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . sledován´ı sytému cyclictest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . test prodlevy plánován´ı Test jsem nechal bˇeˇzet po celou dobu v´ ypisu stromu souboru systému. Konkrétnˇe s tˇemito parametry se pustilo jedno vlákno s prioritou 99 a frekvenc´ı 1 kHz. V´ ysledek byl následuj´ıc´ı v´ ypis: sudo cyclictest - t1 -p 99 -n -i 1000 / dev / cpu_dma_latency set to 0 us policy : fifo : loadavg : 2.75 1.66 0.74 2/89 2796 T : 0 ( 2789) P :99 I :1000 C : 51 Max : 111

90502 Min :

16 Act :

52 Avg :

V´ ysledkem je, ˇze maximáln´ı latence ˇcekán´ı byla 111 µs, pr˚ umˇerná prodleva 51 µs a minimáln´ı 16 µs, pˇri stoprocentn´ı zátˇeˇzi procesoru a také zátˇeˇzi vstupnˇe v´ ystupn´ıch periferi´ı. Vyzkouˇsel jsem spustit test i bez zat´ıˇzen´ı systému. Parametry nastavuj´ı test tak, aby spustil pˇet vláken s prioritou 80. sudo cyclictest - t5 -p 80 -n -i 1000 policy : fifo : loadavg : 0.27 0.22 0.19 1/79 2351 T : 0 ( 2347) P :80 I :1000 C : 51489 Min : 13 Act : 44 85 T : 1 ( 2348) P :80 I :1500 C : 34327 Min : 16 Act : 21 93 T : 2 ( 2349) P :80 I :2000 C : 25748 Min : 15 Act : 38 62 T : 3 ( 2350) P :80 I :2500 C : 20598 Min : 16 Act : 19 79 T : 4 ( 2351) P :80 I :3000 C : 17165 Min : 16 Act : 21 100

Avg : 25 Max : Avg : 26 Max : Avg : 24 Max : Avg : 26 Max : Avg : 25 Max :

Vlákna maj´ı r˚ uzné periody a to T = 1000 + k · 500, kde k ∈ {0, 1, 2, 3, 4}. Z testu je vidˇet ze pr˚ umˇerná chyba naˇcasován´ı je pˇribliˇznˇe poloviˇcn´ı a to 25 µs.

30

Kapitola 4 - Stejnosmˇern´ y motorek

ˇ ´ MOTOREK 4. STEJNOSMERN Y 4.1

Popis

Jako objekt pro ˇr´ızen´ı jsem pouˇzil stejnosmˇern´ y motor, se kter´ ym se vyuˇcuje podobná u ´loha ˇr´ızen´ı (v´ıce informac´ı ve zdroji [18]). Motor je pˇripraven k ˇr´ızen´ı se svoj´ı ˇ sen´ı je vidˇet na obrázku vnitˇrn´ı elektronikou a vˇse je zahrnuto v jedné krabiˇcce. Reˇ 4.1a. Origináln´ı dokumentace a informace k tomuto ˇreˇsen´ı jsou dostupné ve zdroj´ıch [15], [16] a [17]. Schéma motoru je obsaˇzeno v pˇr´ıloze C na konci práce.

(b) Rozhran´ı CANON 25 (a) Motor

Obrázek 4.1: Pouˇzit´ y motor. K motoru vedou dva kabely. Jeden je napájec´ı a druh´ y slouˇz´ı jako vstup pro ovládán´ı a v´ ystup zpˇetné vazby. Energii dodává 24 V zdroj napˇet´ı a napájec´ı konektor je rozdˇelen na dva klasické tzv. banánkové konektory. Kabel pro pˇriveden´ı ˇr´ıdic´ıch signál˚ u a v´ ystup zpˇetné vazby je zakonˇcen´ y konektorem typu CANON 25, kter´ y je vidˇet na obrázku 4.1b. Toto rozhran´ı obsahuje 25 pin˚ u, funkˇcn´ıch je vˇsak jen 6. Schématické rozhran´ı je vidˇet na obrázku 4.2 a popis funkc´ı jednotliv´ ych pin˚ u je uveden v tabulce 4.1.

2 3

10

12 13

Pin

Funkce

Oznaˇ cen´ı

2 3 10 12 13 25

Otáˇcen´ı doprava Otáˇcen´ı doleva Pˇreruˇsen´ı IRC prvn´ı kanál IRC druh´ y kanál Uzemnˇen´ı

PWM-R PWM-L IRQ IRC1 IRC2 GND

25

Obrázek 4.2: Schéma rozhran´ı.

Tabulka 4.1: Funkce pin˚ u konektoru motoru.

31

Kapitola 4 - Stejnosmˇern´ y motorek Elektronika motoru obsahuje v´ ykonov´ y H m˚ ustek, kter´ y umoˇzn ˇuje ˇr´ıdit smˇer otáˇcen´ı, tj. pˇrivést na motor napˇet´ı o obou polaritách. Pro zpˇetnou vazbu je na hˇr´ıdel motoru pˇripojen´ y dvoukanálov´ y rotaˇcn´ı inkrementáln´ı senzor (IRC). Druh´ y 1 kanál je posunut o /4 délky periody oproti prvn´ımu. Na jedno otoˇcen´ı hˇr´ıdele pˇripadá 100 pulz˚ u od kaˇzdého kanálu. Elektronika motoru obsahuje obvod generuj´ıc´ı impulz pˇreruˇsen´ı (IRQ) pˇri kaˇzdé zmˇenˇe kteréhokoliv z obou kanál˚ u, tedy 400 impulz˚ u za celou otáˇcku hˇr´ıdele. Obrázek 4.3 ukazuje pr˚ ubˇeh signál˚ u IRC1, IRC2 a IRQ pro konstantn´ı rychlost otáˇcen´ı. V´ ystupn´ı logika je 5 V. Maximáln´ı otáˇcky motoru se zdrojem 24 V jsou pˇribliˇznˇe 4200 ot/min, tedy maximáln´ı frekvence impulz˚ u IRQ kanálu se pohybuje kolem 28 kHz.

IRC1 IRC2 IRQ Obrázek 4.3: Graf pr˚ ubˇehu signálu IRC a IRQ z motoru.

4.2

Propojen´ı s Raspberry Pi

Logika RPi je 3.3 V bez tolerance pro 5 V logiku a RPi má pouze jeden v´ ystup schopn´ y generovat signál s pulznˇe ˇs´ıˇrkovou modulac´ı (PWM). Z tˇechto d˚ uvodu je nutné navrhnout propojovac´ı periferii mezi motorkem a RPi.

4.2.1

PWM a GPIO

Pro u ´ˇcel ˇr´ızen´ı servomotoru obsahuje RPi jiˇz hardwarovou podporu PWM, která nezatˇeˇzuje procesor samotn´ ym vytváˇren´ım signálu. Je tˇreba ji jen správnˇe nastavit a pouˇz´ıt. Dostupn´ y je pouze jeden kanál schopn´ y generovat PWM signál a to konkrétnˇe na rozhran´ı GPIO. Vlastn´ı ˇcip obsahuje i dalˇs´ı PWM periferie, ale ty nejsou pˇr´ımo pˇr´ıstupné na vnˇejˇs´ıch konektrorech. Pro v´ıce motor˚ u se dá pomoc´ı ˇradiˇce DMA vytvoˇrit dalˇs´ı PWM, které opˇet nebudou zatˇeˇzovat procesor samotnou generac´ı signálu, ale pouze jeho zmˇenou. Na toto rozˇs´ıˇren´ı je jiˇz pˇripraveno nˇekolik hotov´ ych ˇreˇsen´ı. Jedno z nich se jmenuje PiBlaster (viz. zdroj [25]). Rozhran´ı GPIO je na RPi realizováno nˇekolika konektory. Hlavn´ı konektor oznaˇcen´ y jako P1 je jiˇz pˇripraven k pouˇzit´ı. U ostatn´ıch se mus´ı pˇripájet piny. Konektor P1 má vˇse, co je potˇreba pro ˇr´ızen´ı servomotoru. Kompletn´ı pˇrehled rozhran´ı typu GPIO a alternativn´ıch funkc´ı RPi se nacház´ı na internetové adrese ve zdroji [10].

32

Kapitola 4 - Stejnosmˇern´ y motorek

Obrázek 4.4: Rozhran´ı GPIO konektor P1 na Raspberry Pi.

Funkce

HW oznaˇ cen´ı

Funkce

3.3 V GPIO 2 GPIO 3 GPIO 4 GND GPIO 17 GPIO 27 GPIO 22 3.3 V GPIO 10 GPIO 9 GPIO 11 GND

P1-01 P1-03 P1-05 P1-07 P1-09 P1-11 P1-13 P1-15 P1-17 P1-19 P1-21 P1-23 P1-25

5V 5V GND GPIO 14 GPIO 15 GPIO 18 GND GPIO 23 GPIO 24 GND GPIO 25 GPIO 8 GPIO 7

P1-02 P1-04 P1-06 P1-08 P1-10 P1-12 P1-14 P1-16 P1-18 P1-20 P1-22 P1-24 P1-26

Tabulka 4.2: Rozhran´ı GPIO, konektor P1 na Raspberry Pi.

Konektor GPIO P1 je ploch´ y dvouˇrad´ y konektor (2x13 pin˚ u) s rozteˇc´ı 2,54 mm ’ mezi jednotliv´ ymi piny a tlouˇst kou pinu 0,6 mm. Zobrazen´ y je na obrázku 4.4. Tabulka 4.2 obsahuje jména pin˚ u shodná s dokumentac´ı [12]. Propojovac´ı periferie by mˇela m´ıt na jedné stranˇe tento typ konektoru, kter´ y je na obrázku 4.7a, pro pˇripojen´ı k RPi. Na stranˇe druhé konektor CANON 25 zobrazen´ y na obrázku 4.7c pro pˇripojen´ı k motoru. Dále mus´ı zajistit ovládán´ı s jednou PWM na oba smˇery a pˇrevod napˇet´ı z 5 V na 3.3 V. ˇ ızen´ı v obou smˇerech jsem realizoval vyuˇzit´ım dalˇs´ıho GPIO pinu, kter´ R´ y slouˇz´ı k volbˇe smˇeru otáˇcen´ı. Pro pˇrevod logick´ ych u ´rovn´ı jsem pouˇzil sériov´ y odporov´ y dˇeliˇc. V´ ybˇer vhodného logického ˇclenu byl konzultován s vedouc´ım práce a schéma ˇreˇsen´ı ukazuje obrázek 4.6.

Obrázek 4.5: Zjednoduˇsené schéma ovládán´ı.

Smˇ er

PWM

L

R

0 0 1 1

0 1 0 1

0 0 0 1

0 1 0 0

Tabulka 4.3: Pravdivostn´ı tabulka.

V´ ysledné ˇreˇsen´ı je sloˇzeno z hradel typu NOR, z toho dvˇe jsou pouˇzitá jako invertor spojen´ım vstup˚ u. Zjednoduˇsen´ y logick´ y obvod ukazuje obrázek 4.5 s pravdivostn´ı tabulkou 4.3. Slovnˇe se dá interpretovat jako: Pokud je hodnota smˇeru ” 33

Kapitola 4 - Stejnosmˇern´ y motorek v logické jedniˇcce a PWM generuje signál, motor se otáˇc´ı vlevo. Pokud je hodnota smˇeru v logické nule a PWM generuje signál, motor se otáˇc´ı vpravo. A v pˇr´ıpadˇe, ˇze signál PWM nen´ı generován, neotáˇc´ı se motor na ˇza´dnou stranu.“ Zdvojen´ı signálu IRC1 a IRC2 na dva r˚ uzné piny GPIO bylo provedeno pˇri snaze o vylepˇsen´ı z´ıskáván´ı informace ze zpˇetné vazby motoru. Podrobnosti o tomto kroku jsou zm´ınˇeny dále v sekci 5.2.

Obrázek 4.6: Schéma rozhran´ı mezi Raspberry Pi a motorem. V´ ysledné ˇreˇsen´ı v podobˇe ruˇcnˇe napájeného obvodu, zobrazuje obrázek 4.7.

(a) Konektor GPIO. (c) Konektory CANON 25. (b) Obvod.

Obrázek 4.7: Propojovac´ı obvod.

34

ˇ ıdic´ı software Kapitola 5 - R´

ˇ ÍDICÍ SOFTWARE 5. R 5.1

Z´ akladn´ı popis

ˇ ıdic´ı software je navrˇzen tak, jak ukazuje diagram na obrázku 5.1. Jméno proR´ gramu je servoPi a v základu je rozdˇelen na ˇsest komponent. Prvn´ı komponentou je servoPi modul, kter´ y zpracovává zpˇetnou vazbu z motoru. S vysokou prioritou bˇeˇz´ı vlákno threadRT control, které zajiˇst’uje periodické ˇr´ızen´ı. Dále je navrˇzeno grafické rozhran´ı servoPi gui pro ovládán´ı a to vyuˇz´ıvá program˚ u servoPi send a servoPi server. Program servoPi send bˇeˇz´ı jako periodické vlákno s niˇzˇs´ı prioritou a je urˇceno k odes´ılán´ı aktuáln´ı pozice natoˇcen´ı hˇr´ıdele motoru v ˇcase. K u ´ˇcelu zobray umoˇzn ˇuje jednozován´ı zpˇetné vazby také slouˇz´ı program servoPi webserver, kter´ duché sledován´ı pˇres internetov´ y prohl´ıˇzeˇc. Posledn´ı program servoPi server pˇrijme poˇzadovanou hodnotu, na kterou má regulátor regulovat otáˇcky a pˇredá ji programu servoPi control, konkrétnˇe vláknu thread readValue, které bˇeˇz´ı s normáln´ı prioritou. Vˇsechny zdrojové kódy programu se nacházej´ı v pˇr´ıloze A ve sloˇzce servoPi a na odkazu ve zdroji [26]. Kaˇzdá funkce je opatˇrena struˇcn´ ym komentáˇrem, kter´ y vysvˇetluje u ´ˇcel funkce. Pokud jsou nˇekteré ˇra´dky kódu podstatné, ˇci neobvyklé, jako nastaven´ı PWM, je komentáˇr um´ıstˇen i u daného ˇrádku. Zdroje pro psan´ı programu jsou [1], [2], [3], [10], [13], [12] a [18]. Ze zdroj˚ u [1] a [2] jsem ˇcerpal pˇri tvorbˇe soketové komunikace program˚ u. Zdroj [3] jsem prostudoval a inspiroval se pro vytvoˇren´ı modulu do jádra a také obsahuje informace ohlednˇe Linuxu a systémového ˇcasu. Namapován´ı adres registr˚ u vlastn´ıho ˇcipu RPi a potˇrebné makra pro práci s GPIO periferi´ı obsahuje zdroj [10]. Pˇr´ıklad s jednoduch´ ym realtime vláknem je obsaˇzen ve zdroji [13]. Adresy registr˚ u s popisem funkc´ı se nacházej´ı v dokumentaci [12]. A zdroj [18] odkazuje na obdobnou práci, ze které byl ˇcerpán pˇr´ıklad s webov´ ym rozhran´ım.

5.2

Ovladaˇ c

Tato ˇca´st je implementovaná jako modul, kter´ y se dá zavést do jádra systému. Pojmenovan´ y je servoPi modul a slouˇz´ı jako ovladaˇc, kter´ y um´ı pˇreˇc´ıst polohu natoˇcen´ı hˇr´ıdele v aktuáln´ım ˇcase. Ovladaˇc bˇeˇz´ı v systémovém reˇzimu (kernel space) a vyuˇz´ıvá ke své ˇcinnosti podp˚ urn´ ych funkc´ı a mechanizm˚ u jádra Linuxu. Zapne potˇrebné GPIO piny pro vstup signálu. Provede registraci pˇreruˇsen´ı v procesoru na signál a pˇrevád´ı signál z motoru na polohu. Modul vyuˇz´ıvá GPIO piny 7, 8, 23 a 24. Piny nakonfiguruje do funkce logického vstupu a zaregistruje pro nˇe i pˇreruˇsen´ı na jednotlivé nábˇeˇzné a sestupné hrany. Signál IRC1, kter´ y je pˇriveden na GPIO pin 7 a 8, je zdvojen, aby bylo moˇzné rozliˇsit mezi vyvolán´ım pˇreruˇsen´ı sestupnou, ˇci nábˇeˇznou hranou. Stejnˇe tak je to se signálem IRC2 a GPIO piny 23 a 24. Provede se registrace ˇctyˇrech funkc´ı na 35


Raspberry Pi (C) servoPi_control

Motor

IRC

servoPi_modul

threadRT_control

thread_readValue

PWM PIPE servoPi_send servoPi_webserver

servoPi_server

PC pro ovladani (Java)

servoPi_gui

Prohlížeč

Obrázek 5.1: Diagram ˇr´ıdic´ıho softwaru. pˇreruˇsen´ı vyvolaném dvˇema signály IRC. Kaˇzdá z funkc´ı v´ı, jakou událost´ı je vyvolána a neztrác´ı zjiˇstˇen´ım zdroje a stavu pin˚ u ˇcas d´ıky této informaci. Zdvojen´ı je provedeno, protoˇze nelze zaregistrovat dvoj´ı pˇreruˇsen´ı (na sestupnou a na nábˇeˇznou hranu) zvláˇst’ pro jeden GPIO pin. Procesor nedokáˇze v jednom ˇcase vyvolat v´ıce funkc´ı pro zpracován´ı pˇreruˇsen´ı souˇcasnˇe a pˇrijet´ı pˇreruˇsen´ı a i vlastn´ı funkce urˇcitou dobu trvá. Pokud pˇricház´ı události o zmˇenách v rychlejˇs´ım sledu, neˇz odpov´ıdá dobˇe nutné na jejich zpracován´ı, zaˇcne docházet ke ztrátám informace o poloze. V´ yˇse zm´ınˇenou optimalizac´ı funkc´ı a jejich volán´ı doˇslo k v´ yraznému zv´ yˇsen´ı frekvence, do které nedocház´ı ke ztrátám polohov´ ych inkrement˚ u oproti ˇreˇsen´ı ve zdroji [18], které pokaˇzdé poˇc´ıtá smˇer ze znalosti pˇredeˇslého stavu a aktuáln´ıho stavu. V mém ˇreˇsen´ı je potˇreba zjisti pouze aktuáln´ı stav u druhého IRC signálu, jeˇz nevyvolal pˇreruˇsen´ı. Tabulka 5.1 ukazuje jak lze urˇcit smˇer pohybu. K zlepˇsen´ı pˇrisp´ıvá i ukládán´ı informace o pˇredeˇslé hranˇe a smˇeru aktuáln´ıho otáˇcen´ı. Pokud souhlas´ı poˇrad´ı v jakém jsou hrany v daném smˇeru za sebou, nemus´ı se ani volat funkce pro zjiˇstˇen´ı hodnoty druhého signálu a rovnou se urˇc´ı smˇer. Funkce pro zjiˇstˇen´ı hodnoty druhého signálu, se volá vˇzdy na zaˇcátku a pouze v pˇr´ıpadˇe vynechán´ı informace pˇredeˇslého inkrementu, protoˇze zpomaluje rychlost modulu a t´ım zp˚ usobuje nepˇresnosti. Jak je zm´ınˇeno v sekci 4.1, dan´ y motor má 200 sestupn´ ych a 200 nábˇeˇzn´ ych hran, pˇri jedné otáˇcce hˇr´ıdele. Kaˇzdé zjiˇstˇen´ı smˇeru (doprava/doleva) znamená posun o 1/400 otáˇcky. Informace se uchová v promˇenné datového typu uint32 t. Tento 36

ˇ ıdic´ı software Kapitola 5 - R´ Sign´ al

Hrana

IRC1 IRC1

Sestupná Sestupná

IRC1 IRC1

Nábˇeˇzná Nábˇeˇzná

IRC2 IRC2

Sestupná Sestupná

IRC2 IRC2

Nábˇeˇzná Nábˇeˇzná

Druh´ e IRC (hodnota) Funkce 1 1 0 Funkce 2 1 0 Funkce 3 1 0 Funkce 4 1 0

Smˇ er LEVO PRAVO PRAVO LEVO PRAVO LEVO LEVO PRAVO

Tabulka 5.1: Tabulka pro urˇcen´ı smˇeru. datov´ y typ je bez znaménkov´ y, celoˇc´ıseln´ y a m˚ uˇze nab´ yvat hodnot 0 aˇz (232 − 1). Nen´ı problém s pˇreteˇcen´ım, takˇze je to vhodn´ y datov´ y typ pro z´ıskáván´ı informace o rychlosti. Informaci o poloze, m˚ uˇze také uchovávat, pouze vˇzdy pˇri pˇreteˇcen´ı dojde ke ztrátˇe pˇredeˇslé informace o absolutn´ı poloze. Pˇri zavolán´ı ˇcten´ı ze souboru /dev/irc0“, modul vrát´ı informaci o poloze. Jindy ” se poloha nevypisuje. Zdrojov´ y kód modulu je obsaˇzen v pˇr´ıloze A (na DVD). Název souboru je ser” voPi modul.c“ a je um´ıstˇen v adresáˇri servoPi/kernel modul“. Spoleˇcnˇe s n´ım je ” pˇripraven skript build.sh“, v kterém je nutné zmˇenit správnˇe cesty k um´ıstnˇen´ı ” dan´ ych soubor˚ u a následn´ ym spuˇstˇen´ım se provede kompilace. Po u ´spˇeˇsném proveden´ı kompilace se v adresáˇri objev´ı soubor typu kernel object s koncovkou .ko“. Pokud ponecháte názvy, tak cel´ y název vytvoˇreného souboru ” bude servoPi modul.ko. Ten se dá do jádra zavést následuj´ıc´ım pˇr´ıkazem. sudo insmod servoPi_modul . ko

Kontrola u ´spˇeˇsného zaveden´ı se provede pˇr´ıkazem, kter´ y vytiskne na obrazovku v´ ypis z jádra: dmesg

A pokud chceme modul odebrat, staˇc´ı zadat tento pˇr´ıkaz. sudo rmmod servoPi_modul

5.3

ˇ ıdic´ı program R´

Tento program se skládá ze dvou vláken. Prvn´ı je urˇceno pro ˇr´ızen´ı a druhé pˇrij´ımá hodnotu, kterou poˇzadujeme pro ˇr´ızen´ı. Název programu je servoPi control a m˚ uˇze

37

ˇ ıdic´ı software Kapitola 5 - R´ bˇeˇzet i samostatnˇe s modulem. Bude pak regulovat otáˇcky na pˇrednastavenou hodnotu 75 ot/min. Pokud chceme regulovat otáˇcky na jinou hodnotu, mus´ıme pouˇz´ıt ostatn´ı ˇca´sti. ˇ ıdic´ı program obsahuje funkce, které pouˇzij´ı GPIO piny 14 a 18. Pin 14 pro R´ urˇcen´ı smˇeru otáˇcen´ı a pin 18 pro generován´ı signálu PWM. Piny jsou nakonfigurovány pro funkci logického v´ ystupu. Signál PWM je generován automaticky bez zat´ıˇzen´ı procesoru. V dokumentaci [12] je popsáno, do kter´ ych registr˚ u je tˇreba zapsat konkrétn´ı hodnoty, aby byl PWM signál specifikován. Nab´ız´ı nˇekolik r˚ uznˇe rychl´ ych zdroj˚ u hodinového signálu, jejichˇz frekvence se dá zmenˇsit pomoc´ı dvou dˇeliˇcek. Zvolil jsem frekvenci 25 kHz a podaˇrilo se mi nastavit rozliˇsen´ı stˇr´ıdy signálu na 0,025 %, neboli mohu zvolit hodnotu od 0 do 4000, kde 4000 se rovná 100 % stˇr´ıdˇe signálu.

5.3.1

Hlavn´ı vl´ akno

Vlákno, které obstarává ˇr´ızen´ı, bˇeˇz´ı s vysokou real-time prioritou 95 a plánovac´ı politikou FIFO. Aktivované je s frekvenc´ı 1 kHz. Vˇzdy zjist´ı novou hodnotu polohy natoˇcen´ı hˇr´ıdele ze souboru /dev/irc0“, kte” rou zpˇr´ıstupˇ nuje ovladaˇc servoPi modul. Motor dosahuje maximálnˇe 4200 ot/min a kaˇzdá otáˇcka má 400 rozliˇsiteln´ ych stupˇ n˚ u polohy. S frekvenci 1 kHz m˚ uˇze nab´ yvat rychlost hodnot od -28 aˇz 28 v cel´ ych ˇc´ıslech. Takto rozdˇelen´ y rozsah poˇzadované rychlosti je pˇr´ıliˇs hrub´ y. Proto je poˇc´ıtán umˇel´ y vektor polohy. S kaˇzdou periodou se spoˇc´ıtá hodnota umˇelého vektoru a následnˇe se porovná s reálnou polohou. Je t´ım dosaˇzen jemnˇejˇs´ı rozsah pro nastaven´ı rychlosti otáˇcen´ı. Princip tohoto rozˇs´ıˇren´ı je takov´ y, ˇze hodnota umˇelého vektoru je uchována u vyˇsˇs´ıho v´ yznamu obsahuje v promˇenné datového typu uint64 t. Prvn´ıch 32 bit˚ skuteˇcnˇe mˇeˇritelnou a zároveˇ n poˇzadovanou hodnotu polohy. Zbyl´ ych 32 bit˚ u obsahuje desetinnou ˇca´st. Dále je zavedena promˇenná typu int64 t, která obsahuje zmˇenu polohy za ˇcas s periodou 1 ms. Na zaˇcátku kaˇzdé periody se pˇriˇcte poˇzadovaná zmˇena k umˇelé poloze. Poté se chyba pouˇzitá pro regulaci spoˇcte porovnán´ım prvn´ıch nejvyˇsˇs´ı 32 bit˚ u z umˇelého vektoru polohy a skuteˇcnou polohou vrácenou modulem. Tato chyba je dále poslána do funkce, která obstarává v´ ypoˇcet akˇcn´ıho zásahu. Regulátor je typu PID a protoˇze jsem nemˇel konkrétn´ı poˇzadavky na chován´ı, je zvolen metodou pozorován´ı a manuáln´ıho ladˇen´ı tak, aby byl systém stabiln´ı s co nejrychlejˇs´ım ustálen´ım. Je pouˇzit jeden regulátor na rychlost i na polohu. Poloha se reguluje pˇri nastaven´ı nulové rychlosti. Grafy ukazuj´ıc´ı pr˚ ubˇeh regulace otáˇcek jsou k vidˇen´ı na obrázc´ıch 6.3a a 6.4a.

5.3.2

Nastavov´ an´ı hodnoty

Druhé vlákno, bˇeˇz´ıc´ı s niˇzˇs´ı prioritou, je urˇcené k pˇrijet´ı hodnoty z takzvané roury“, ” neboli PIPE. Hodnotu oˇcekává ve formátu int64 t s obsahem popsan´ ym v´ yˇse. Je to proto, aby nemusela b´ yt poˇc´ıtána v programu, kter´ y obstarává ˇr´ızen´ı. Zamez´ı se t´ım pouˇz´ıván´ı datového typu double, kter´ y vyˇzaduje matematicky koprocesor. 38

ˇ ıdic´ı software Kapitola 5 - R´ Hodnotu lze pos´ılat i jin´ ym programem a soubor obsahuj´ıc´ı rouru se nacház´ı v um´ıstnˇen´ı /media/ramdisk/otackyFIFO“ 1 . ”

5.4

Server pro nastaven´ı hodnoty

Aplikace jako celek byla navrˇzena pro ˇr´ızen´ı pˇres s´ıt’. Pˇrijmut´ı poˇzadované hodnoty, na kterou má b´ yt rychlost motoru regulována, je na stranˇe RPi realizováno pomoc´ı ´ cel této ˇca´sti je pˇrijmut´ı hodnoty této ˇcásti, která je pojmenována servoPi server. Uˇ yˇse typu double v ot/min, následné pˇreveden´ı do datového typu int64 t podle v´ zm´ınˇen´ ych poˇzadavk˚ u a odeslán´ı do ˇcásti servoPi control za pomoc´ı roury. Soubor se zdrojov´ ym kódem obsahuje pˇr´ıloha A, pojmenovan´ y jako servoPi server.c“. ”

5.5

Klient pro pos´ıl´ an´ı hodnoty

Tato ˇcást je urˇcená k odes´ılán´ı hodnoty polohy a ˇcasu, kdy byla hodnota zaznamenána ze strany RPi. Je pos´ılána na jin´ y poˇc´ıtaˇc v s´ıti a ten se následnˇe stará o dalˇs´ı zpracován´ı. Perioda volán´ı je zvolena tak, aby se st´ıhalo bez problém˚ u vykreslovat v dalˇs´ı ˇcásti programu na 50 Hz. Vlákno se tedy nemus´ı starat o pˇrevod z polohy na rychlost, ˇci vykreslován´ı, pouze pˇreˇcte a odeˇsle hodnotu, aby zbyteˇcnˇe nezatˇeˇzovalo RPi. Bˇeˇz´ı s normáln´ı prioritou a název této ˇcásti je servoPi send. Zdrojov´ y kód je k nalezen´ı v pˇr´ıloze A, pojmenovan´ y jako servoPi send.c“. ”

5.6

Webov´ e rozhran´ı

Podle vzoru pˇredmˇetu Programován´ı systému reálného ˇcasu, jsem pˇridal k práci webové rozhran´ı. Postupoval jsem podle návodu, kter´ y je urˇcen student˚ um tohoto pˇredmˇetu (viz. [18]). Na webovou stránku, která obsahuje informace v podobˇe grafu rychlosti otáˇcen´ı motoru, se dostanete zadán´ım IP adresy RPi do adresn´ıho ˇrádku prohl´ıˇzeˇce a pro komunikaci vyuˇz´ıvá portu 8080. Stránka se automaticky obnovuje po 0,2 s a jednotky grafu jsou na horizontáln´ı ose v ms a na vertikáln´ı ose v ot/s. Program jsem pojmenoval servoPi webserver. Soubor se zdrojov´ ym kódem je k nalezen´ı v pˇr´ıloze A, konkrétnˇe na cestˇe servoPi/servoPi webserver.c“. ”

5.7

Grafick´ y program

Posledn´ı ˇca´st´ı celku je aplikace servoPi gui. Jako jediná ze zm´ınˇen´ ych ˇca´st´ı byla naprogramována v jazyce Java. Volba zm´ınˇeného jazyka byla pouˇzita z d˚ uvodu 1

K sloˇzce ”/media/ramdisk”je pˇripojen svazek, kter´ y je realizovan´ y souborov´ ym systémem tmpfs, kter´ y data ukl´ ad´ a pouze do pamˇeti RAM (nastaven´ y limit 10 MB). Nen´ı vˇsak nutné m´ıt toto rozˇs´ıˇren´ı, program bude fungovat i bez nˇej.

39


Obrázek 5.2: Webové rozhran´ı. jednoduché objektové implementace grafického panelu i s plynul´ ym vykreslován´ım. Program je urˇcen k pouˇzit´ı na jiném poˇc´ıtaˇci na s´ıti, tedy nezatˇeˇzuje vykreslován´ım a pˇrepoˇc´ıtáván´ım RPi. Realizována je struktura objekt˚ u, které uchovávaj´ı informaci o poloze v ˇcase a také um´ı vrátit pr˚ umˇerné rychlosti v ˇcasech. Tyto informace jsou pouˇzity pro vykreslen´ı na bˇeˇzném formuláˇri v podobˇe grafu. Graf obsahuje moˇznost nahl´ıˇzet do historie 1 s aˇz 20 s. Aktuáln´ı data se vykresluj´ı v levé ˇcásti a jsou posouvány vpravo. Pˇri zpomalen´ı otáˇcek na rychlost -199 ot/min aˇz 199 ot/min se zaˇcne jeˇstˇe vykreslovat koleˇcko znázorˇ nuj´ıc´ı natoˇcen´ı hˇr´ıdele (viz. obrázek 5.3a). Cel´ y graf se dá pozastavit a následnˇe opˇet pustit. Formuláˇr dále obsahuje posuvn´ık, kter´ ym se nastavuje rychlost otáˇcen´ı. Pro pˇresnˇejˇs´ı nastaven´ı je urˇceno textové pole s tlaˇc´ıtkem k odeslán´ı. V levé doln´ı ˇca´sti se nacház´ı ˇc´ıselnˇe vyjádˇrená hodnota aktuáln´ı rychlosti v jednotkách ot/min pr˚ umˇerována za posledn´ıch 5 vzork˚ u. Pˇr´ıklad vykresleného grafu je vidˇet na obrázku 5.3b a jednotky horizontálnˇe oddˇelen´ ych u ´rovn´ı jsou v ot/min. Zdrojov´ y kód ˇca´sti obsahuje pˇr´ıloha A, konkrétnˇe v archivu zip se jménem souboru servoPi gui.zip“. ”

5.8

Porovn´ an´ı zobrazovac´ıch program˚ u

Pravdˇepodobnˇe by se dal s nˇekterou z dneˇsn´ıch webov´ ych technologi´ı vytvoˇrit plynule se vykresluj´ıc´ı graf, ale poˇra´d je tu problém, ˇze se o vytváˇren´ı grafu mus´ı postarat server. Coˇz je v tomto pˇr´ıpadˇe RPi, které je t´ımto zatˇeˇzováno dalˇs´ı u ´lohou pˇrepoˇc´ıtáván´ı polohy na rychlost atd. Zbyteˇcné pˇrenosy celé webové stránky a komunikace s prohl´ıˇzeˇcem, jsou také dalˇs´ı pˇr´ıtˇeˇz´ı. 40


(a) Vykreslen´ı polohy.

(b) Vykeslen´ı grafu rychlosti.

Obrázek 5.3: Program servoPi gui. Oproti tomu mé ˇreˇsen´ı s grafick´ ym rozhran´ım, které pˇrij´ımá pouze statická data (ˇcas a polohu v ˇcase), nezatˇeˇzuje RPi niˇc´ım jin´ ym neˇz odeslán´ım pár bajt˚ u informac´ı. Nav´ıc je graf vykreslován pr˚ ubˇeˇznˇe a je moˇzné jej pozastavit, ˇci zvolit ˇcasov´ y rozsah. V neposledn´ı ˇradˇe pˇrepoˇcty z polohy na rychlost, provád´ı poˇc´ıtaˇc, kter´ y se nestará o ˇr´ızen´ı motoru.

41

Kapitola 6 - Ovˇeˇren´ı a moˇznosti RPi

ˇ REN ˇ Í A MOZNOSTI ˇ 6. OVE RPI 6.1

Frekvenˇ cn´ı moˇ znosti sn´ım´ an´ı zpˇ etn´ e vazby

Funkce modulu, neboli urˇcen´ı aktuáln´ı rychlosti, byla ovˇeˇrena pomoc´ı osciloskopu. V´ ysledek je zobrazen v grafu (viz. obrázek 6.1). Na osciloskopu byl mˇeˇren signál IRQ a RPi mˇeˇrilo signál z dvoukanálového IRC senzoru. Hodnoty frekvenc´ı se i pˇri nastaven´ı urˇcité pevné stˇr´ıdy nepatrnˇe mˇenily a protoˇze bylo vˇse odeˇcteno ruˇcnˇe, mˇeˇren´ı podléhá této chybˇe. Frekvence byla pˇrepoˇc´ıtána na otáˇcky za vteˇrinu a vˇetˇs´ı patrnost rozd´ılu je vidˇet v grafu na obrázku 6.2, kter´ y zobrazuje rozd´ıl otáˇcek za vteˇrinu.

80 70

Rotace[ot./s]

60 50 40 30 20 10 0 −100

RPi Osciloskop −50

0 Výkon[%]

50

100

Obrázek 6.1: Graf závislosti stˇr´ıdy a namˇeˇren´ ych otáˇcek. Stˇr´ıda v rozsahu od -50 % do 50 % (to odpov´ıdá asi ±35 ot./s) je mˇeˇrena pˇresnˇeji. Od vyˇsˇs´ıch otáˇcek vzniká chyba, která jeˇstˇe v´ıce vzroste pˇri zat´ıˇzen´ı RPi. Nemoˇznost mˇeˇrit správnˇe otáˇcky od vyˇsˇs´ıch frekvenc´ı zapˇr´ıˇcin´ı, ˇze ani regulátor nem˚ uˇze regulovat otáˇcky na správnou hodnotu. Pro tento konkrétn´ı motor je tedy relativn´ı chyba kolem jednoho procenta, ale bez zat´ıˇzen´ı systému. Pˇri zat´ıˇzen´ı systému, hlavˇe vstupn´ıch a v´ ystupn´ıch periferi´ı, je chyba náhodná a vˇetˇs´ı. Zat´ıˇzen´ı procesoru mˇeˇren´ı neˇcin´ı nepˇresn´ ym.

42


0.8 0.7

Rotace[ot./s]

0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 −100

−50

0 Výkon[%]

50

100

Obrázek 6.2: Graf rozd´ılu namˇeˇren´ ych otáˇcek s RPi oproti osciloskopu.

6.2

Zhodnocen´ı ˇ r´ızen´ı motoru

Vzhledem k pˇredchoz´ımu mˇeˇren´ı, je dané, ˇze RPi nem˚ uˇze pˇresnˇe regulovat otáˇcky, protoˇze je nestihne bezchybnˇe mˇeˇrit pro vyˇsˇs´ı frekvence. Tedy regulován´ı otáˇcek velk´ ych rychlost´ı nen´ı pro samotné RPi vhodná u ´loha, pˇri potˇrebˇe vyˇsˇs´ı rychlosti a pˇresnosti. Pokud nen´ı potˇreba ˇr´ıdit rychlost na vyˇsˇs´ı otáˇcky nebo pˇri ˇr´ızen´ı polohy bude zajiˇstˇeno, ˇze referenˇcn´ı poloha se bude mˇenit maximálnˇe 14 IRC/ms, tak bude systém plnˇe pouˇziteln´ y. S ˇrádovˇe poloviˇcn´ımi otáˇckami oproti maximáln´ım daného motoru, je jiˇz rychlost regulovatelná s relativnˇe velkou pˇresnost´ı. Vylepˇsen´ı, které umoˇzn ˇuje zvolit mezi mnoha u ´rovnˇemi rychlost´ı, zároveˇ n zapˇr´ıˇcin´ı, ˇze je regulovaná pr˚ umˇerná rychlost a nikoliv aktuáln´ı. Má to za následek, ˇze pokud na hˇr´ıdel p˚ usob´ı delˇs´ı dobu s´ıla, kterou akˇcn´ı zásah nezvládne vyregulovat, potom pˇri uvolnˇen´ı této s´ıly se regulátor bude snaˇzit prodlevu dohnat a to 100% silou, aˇz dokud nevyrovná pr˚ umˇernou rychlost a poté se opˇet vrát´ı ke správnému regulován´ı rychlosti. Regulován´ı polohy je moˇzné pˇri nastaven´ı nulové rychlosti. Systém je vcelku schopn´ y vrátit polohu pˇri vych´ ylen´ı do správné pozice. Ale opˇet zde hraje roli mˇeˇren´ı z pˇredchoz´ı sekce. Tedy pokud se pˇri vych´ ylen´ı dosáhne akˇcn´ıho zásahu, kter´ y zp˚ usob´ı, ˇze rychlost motoru nebude kompletnˇe mˇeˇritelná, potom se ztrat´ı neurˇcit´ y poˇcet inkrement˚ u a poloha bude o tuto ztrátu posunuta. Obrázek 6.3a ukazuje regulaci otáˇcek na hranici bez ztrátové oblasti mˇeˇren´ı pro 43

Kapitola 6 - Ovˇeˇren´ı a moˇznosti RPi 2100 ot/min a s nastaven´ım pevné stˇr´ıdy PWM, v pˇribliˇznˇe stejné oblasti rychlosti otáˇcen´ı, zobrazuje pr˚ ubˇeh obrázek 6.3b. Podobnˇe pak obrázeky 6.4a a 6.4b ukazuj´ı mˇeˇren´ı s regulátorem a mˇeˇren´ı pevné stˇr´ıdy PWM v oblasti 4000 ot/min.

ˇ ızen´ı rychlosti pro 2100 ot/min. (a) R´

(b) Mˇeˇren´ı rychlosti s pevnˇe nastaven´ ym v´ ykonem motoru 48 %.

Obrázek 6.3: Grafy rychlosti v oblasti s pˇresn´ ym mˇeˇren´ım.

44


ˇ ızen´ı rychlosti pro 4000 ot/min. (a) R´

(b) Mˇeˇren´ı rychlosti s pevnˇe nastaven´ ym v´ ykonem motoru 93 %.

Obrázek 6.4: Grafy rychlosti v oblasti s nepˇresn´ ym mˇeˇren´ım. 45

Kapitola 7 - Návrh u ´prav a zlepˇsen´ı

´ ´ ˇ Í 7. NAVRH UPRAV A ZLEPSEN 7.1

Priority

Pˇri ovˇeˇrován´ı systému a hledán´ı moˇznost´ı, jak zpˇresnit mˇeˇren´ı, bylo zjiˇstˇeno, ˇze v jádˇre Linuxu, rozˇs´ıˇreného o real-time plánovac´ı algoritmy, je moˇzné urˇcovat prioritu i pro vlákna obsluhuj´ıc´ı pˇreruˇsen´ı. Pomoc´ı extern´ıho nástroje schedtool byla zmˇenˇena priorita obsluˇzn´ ych vláken IRC signálu ze pˇrednastavené priority 50 na prioritu 90. Dále pak byly pouˇzity jednotlivé priority podle tabulky 7.1. Komponenta Priorita servoPi modul 90 servoPi control 89 servoPi send 55 servoPi server 51 Tabulka 7.1: Zvolené priority. Zaznamenáno bylo v´ yrazné zlepˇsen´ı, jak mˇeˇren´ı, tak ˇr´ızen´ı. Mˇeˇren´ı jiˇz pravdˇepodobnˇe nepodléhalo procentuáln´ı chybˇe a nejvyˇsˇs´ı zaznamenané otáˇcky pˇresahovaly hranici 4200 ot/min. Mˇeˇren´ı nebylo otestováno za pomoc´ı extern´ıho ovˇeˇren´ı, ale pouze za pomoc´ı programu servoPi. Prvn´ı test ukazuje obrázek 7.1, kde byla nastavena pevná stˇr´ıda signálu PWM na hodnotu pˇribliˇznˇe 98 %. Mˇeˇren´ı se jev´ı jako stabiln´ı, aˇz na drobné v´ ykyvy, které se projevovaly i pˇri mˇeˇren´ı osciloskopem v pˇredchoz´ı sekci 6.1. Kol´ısán´ı m˚ uˇze zp˚ usobovat nerovnomˇerné rozloˇzen´ım tˇren´ı hˇr´ıdele motoru, ˇci nerovnomˇernost vynut´ı, nebo také nestabilita zdroje energie pˇri zat´ıˇzen´ı. Druh´ y test byl proveden se zapnut´ ym regulátorem ve ztrátové oblasti zjiˇstˇené v pˇredchoz´ı kapitole 6. Pr˚ ubˇeh testu ukazuje obrázek 7.2. O regulaci se dá konstatovat, ˇze se jev´ı jako stabilnˇejˇs´ı a bez kol´ısán´ı, ale nebyla ovˇeˇrena extern´ımi mˇeˇr´ıc´ımi pˇr´ıstroji.

7.2

Webov´ e rozhran´ı

Jako lepˇs´ı implementaci webového rozhran´ı by mohl b´ yt pouˇzit applet. Z programu servoPi gui by jiˇz nebylo obt´ıˇzné provést dˇedˇen´ı z tˇr´ıdy JApplet. ˇ sen´ı by zatˇeˇzovalo RPi pouze prvotn´ım nahrán´ım grafické aplikace do proReˇ hl´ıˇzeˇce na stranu klienta, ale jinak by zachovalo vˇsechny v´ yhody návrhu programu servoPi. Nev´ yhodou oproti jednoduchému webovému rozhran´ı ze sekce 5.6 je nutnost m´ıt na klientské stanici nainstalovánu podporu pro jazyk Java.

46


Obrázek 7.1: Test mˇeˇren´ı pevnˇe nastavené stˇr´ıdy PWM na 98 %.

7.3

Regul´ atory

Rozˇs´ıˇren´ı na mnoho u ´rovn´ı nastavitelné rychlosti (viz. sekce 5.3.1) zároveˇ n zp˚ usobuje pˇresah pˇri zmˇenˇe poˇzadované hodnoty. Obrázek 7.3 ukazuje zelenˇe vyznaˇcenou barvou poˇzadovanou hodnotu, ˇcervené plochy ukazuj´ı hodnotu, jeˇz zp˚ usobuje akumulován´ı stále horˇs´ı pr˚ umˇerné rychlosti a ˇzluté u ´seky, které se naopak snaˇz´ı kompenzovat ztrátu rychlosti. Proto má také zmˇena pˇribliˇznˇe 50% pˇrekmitnut´ı oproti poˇzadované hodnotˇe. Rozˇs´ıˇren´ı je ale potˇrebné, jinak by moˇznosti volby rychlost´ı byly pˇr´ıliˇs hrubé. Zachován´ı této jemnosti volby a zároveˇ n dosaˇzen´ı lepˇs´ı odezvy na zmˇenu je moˇzné s pˇrep´ınán´ım regulátor˚ u. Prvn´ı regulátor reguluje aktuáln´ı rychlost do pˇribliˇzné poˇzadované rychlosti. Následnˇe se pˇrepne na regulátor, kter´ y vyuˇz´ıvá umˇel´ y vektor ˇ polohy. Reˇsen´ı nebylo odladˇeno do fináln´ı podoby. Problém je v správném nastaven´ı jiˇz naintegrované sloˇzky, která zp˚ usobuje, ˇze po pˇrepnut´ı regulátor˚ u se objev´ı kol´ısán´ı. Pokus zobrazuje obrázek 7.4, kde je vidˇet nejprve lepˇs´ı pr˚ ubˇeh ustálen´ı, ale po pˇrepnut´ı následuje zm´ınˇené kol´ısán´ı.

47


Obrázek 7.2: Test regulace na 4050 ot/min.

Obrázek 7.3: V´ yˇrez programu servoPi.

48


Obrázek 7.4: Pokus s pˇrep´ınán´ım regulátor˚ u.

49

Kapitola 8 - Závˇer

´ ER ˇ 8. ZAV Práce ovˇeˇrila, ˇze je moˇzné pouˇz´ıt levnou platformu RPi pro zpˇetnovazebn´ı ˇr´ızen´ı rychlosti s inkrementáln´ım senzorem ˇcistˇe softwarovˇe bez nutnosti návrhu periferie pro hardwarové zpracován´ı a ˇc´ıtán´ı inkrement˚ u polohy. Pouˇzitelnost je ovˇsem limitována maximáln´ı frekvenc´ı inkrement˚ u, které je RPi a jádro systému Linux schopné zpracovat. Pro pouˇzit´ y motor (400 inkrement˚ u na otáˇcku, maximáln´ı rychlost 4200 ot/min) je ˇr´ızen´ı pˇri maximáln´ıch otáˇckách na hranici propustnosti systému a pro v´ıce neˇz 2100 ot/min docház´ı jiˇz k obˇcasné ztrátˇe inkrementu. Do frekvence 14 kHz byl kontroln´ım pozorován´ım na osciloskopu ovˇeˇren souhlas s rychlost´ı otáˇcen´ı mˇeˇrenou RPi. Od vyˇsˇs´ıch frekvenc´ı neˇz 14 kHz byl jiˇz rozd´ıl pozorovateln´ y t´ım v´ıce, ˇc´ım vyˇsˇs´ı byla frekvence (a rychlost otáˇcen´ı). Relativn´ı chybovost pro tento motor, která dosahuje nejvyˇsˇs´ıch hodnot pˇri nejvˇetˇs´ı rychlosti otáˇcen´ı motoru, je s nezat´ıˇzen´ ym systémem kolem 1 % a pˇri zat´ıˇzen´ı systému je u ´mˇerná m´ıˇre zat´ıˇzen´ı pˇredevˇs´ım vstupnˇe v´ ystupn´ıch periferi´ı. Moˇznost regulovat otáˇcky je závislá od moˇznosti otáˇcky urˇcit. Pro prvn´ı polovinu rozsahu otáˇcek (tj. do 2100 ot/min) s pouˇzit´ ym motorem je regulace pˇresná a bez v´ ykyv˚ u (viz. 6.3a). Zbyl´ y rozsah vyˇsˇs´ıch otáˇcek je do urˇcité m´ıry regulovateln´ y (viz. 6.4a), ale náhodné chyby mˇeˇren´ı zp˚ usobuj´ı, ˇze regulátor se snaˇz´ı chybu kompenzovat i pokud je reálná rychlost správná a to vede k dalˇs´ım chybám. Bˇehem posledn´ı fáze ovˇeˇrován´ı systému byly i znova hledány moˇznosti sn´ıˇzen´ı poˇctu nezapoˇc´ıtan´ ych inkrement˚ u. Jako nejv´ yhodnˇejˇs´ı se ukázalo ˇreˇsen´ı, kdy byly zv´ yˇseny priority pˇr´ısluˇsn´ ych vláken pro obsluhu pˇreruˇsen´ı. Toto ˇreˇsen´ı bylo nalezeno relativnˇe pozdˇe a potˇrebovalo by dalˇs´ı kolo d˚ ukladného testován´ı. Ale i na základˇe zbˇeˇzného testován´ı lze pˇredpokládat odstranˇen´ı procentuáln´ı chyby mˇeˇren´ı pˇri vysoké rychlosti otáˇcen´ı. Za pˇredpokladu, ˇze v´ yˇse zm´ınˇená u ´prava opravdu vylepˇsila mˇeˇren´ı i ˇr´ızen´ı, se dá konstatovat, ˇze Raspberry Pi je vhodné k ˇr´ızen´ı celého rozsahu pouˇzitého motoru. Pravdˇepodobnˇe umoˇzn ˇuje i zpˇetnovazebn´ı ˇr´ızen´ı pro jiné u ´lohy o jeˇstˇe vyˇsˇs´ıch frekvenc´ıch sn´ıman´ı zpˇetné vazby. Ale tyto skuteˇcnosti je nutné ovˇeˇrit.

50

Kapitola 8 - SEZNAM ZDROJ˚ U

Seznam zdroj˚ u

Seznam zdroj˚ u Knihy [1] MITCHELL, Mark; OLDHAM Jeffry; SAMUEL Alex. Pokroˇcilé programován´ı v operaˇcn´ım systému Linux. Praha : SoftPress s. r. o. 2002. 320 s. ISBN 80-8649729-1. [2] STONES Richard; MATTHEW Neil. Linux : Zaˇc´ınáme programovat. Praha : Computer Press. 2000. 897 s. ISBN 80-7226-307-2. [3] JELÍNEK Lukáˇs. Jádro systému Linux : kompletn´ı pr˚ uvodce programátora. Praha : Computer Press. 2008. 686 s. ISBN 978-80-251-2084-2. [4] MEMBRAY Peter; HOWS David. Learn Raspberry Pi with Linux. New York : Apress. 2013. 249 s. xix. ISBN 978-1-4302-4821-7. [5] UPTON Eben; HALFACREE Gareth. Raspberry Pi : User Guide. Chichester : Wiley. 2012. xiv. 248 s. ISBN 978-1-118-46446-5.

Internetov´ e zdroje [6] NOOBS setup | Raspberry Pi [online]. [cit. 2014-05-05]. Dostupné z: http:// www.raspberrypi.org/help/noobs-setup/ [7] Raspberry Pi · View topic - CONFIG PREEMPT RT on Raspberry Pi [online]. [cit. 2014-05-05]. Dostupné z: http://www.raspberrypi.org/forums/ viewtopic.php?t=39951 [8] RPi Kernel Compilation - eLinux.org [online]. [cit. 2014-05-05]. Dostupné z: http://elinux.org/RPi_Kernel_Compilation [9] INSTALLING OPERATING SYSTEM IMAGES ON LINUX [online]. [cit. 2014-05-05]. Dostupné z: http://www.raspberrypi.org/documentation/ installation/installing-images/linux.md [10] RPi Low-level peripherals [online]. [cit. 2014-05-05]. Dostupné z: http:// elinux.org/RPi_Low-level_peripherals [11] Raspberry Pi - Wikipedia [online]. [cit. 2014-05-05]. Dostupné z: http://cs. wikipedia.org/wiki/Raspberry_Pi [12] Broadcom - BCM2835 ARM Peripherals [online]. [cit. 2014-05-05]. Dostupné z: http://www.raspberrypi.org/wp-content/uploads/2012/02/ BCM2835-ARM-Peripherals.pdf 51

Kapitola - SEZNAM ZDROJ˚ U [13] Real-Time Linux Wiki [online]. [cit. 2014-05-05]. Dostupné z: https://rt. wiki.kernel.org/index.php/Main_Page [14] Cyclictest - RTwiki [online]. [cit. 2014-05-05]. Dostupné z: https://rt.wiki. kernel.org/index.php/Cyclictest [15] motor controller scheme [online]. 2004. [cit. 2014-05-05]. Dostupné z: https: //rtime.felk.cvut.cz/psr/cviceni/semestralka/sch-controller.pdf [16] Zapojeni konektoru [online]. 2004. [cit. 2014-05-05]. Dostupné z: https:// rtime.felk.cvut.cz/psr/cviceni/semestralka/sch-connectors.pdf ˇ [17] SOJKA Michal; SPINKA Ondˇrej. RTLinux Motor Controller [online]. [cit. 2014-05-05]. Dostupné z: https://rtime.felk.cvut.cz/psr/cviceni/ semestralka/slides-motor.pdf [18] Semestral Work - Motor Control [online]. [cit. 2014-05-05]. Dostupné z: https: //rtime.felk.cvut.cz/psr/cviceni/semestralka/ [19] WiringPi [online]. [cit. 2014-05-05]. Dostupné z: http://wiringpi.com/ [20] FrontPage - Raspbian [online]. [cit. 2014-05-05]. Dostupné z: www.raspbian. org

Seznam zdroj˚ u soubor˚ u a zdrojov´ ych k´ od˚ u [21] 2014-01-07-wheezy-raspbian [online]. [cit. 2014-05-05]. Dostupné z: http:// downloads.raspberrypi.org/raspbian_latest [22] raspberrypi/linux [online]. [cit. 2014-05-05]. Dostupné z: https://github.com/ raspberrypi/linux [23] Index of /pub/linux/kernel/projects/rt [online]. [cit. 2014-05-05]. Dostupné z: https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/projects/rt/ [24] raspberrypi/tools [online]. [cit. 2014-05-05]. Dostupné z: https://github.com/ raspberrypi/tools [25] sarfata/pi-blaster [online]. [cit. 2014-05-05]. Dostupné z: https://github.com/ sarfata/pi-blaster/ [26] Ramese/servoPi [online]. [cit. 2014-05-05]. Dostupné z: https://github.com/ Ramese/servoPi/

52

Pˇr´ıloha A - DVD

Pˇr´ıloha A - DVD

A. DVD (Pro zdrojové kódy je pouˇzita zkratka ZK.) Pˇriloˇzené DVD obsahuje následuj´ıc´ı soubory: servoPi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Adresáˇr obsahuj´ıc´ı program servoPi kernel modul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Adresáˇr obsahuj´ıc´ı modul · build.sh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pomocn´ y skript · Makefile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pomocn´ y skript · servoPi modul.c . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ZK modulu spustiteln´ e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zkompilované soubory · servoPi control.run . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Regulaˇcn´ı program · servoPi modul.ko . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Modul do jádra · servoPi send.run . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Program pos´ılaj´ıc´ı hodnoty · servoPi server.run . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Program pro pˇrijet´ı hodnoty · servoPi webserver.run . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Program webserveru · servoPi send.c . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ZK programu pro pos´ılán´ı hodnoty · servoPi server.c . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ZK programu pro pˇrijet´ı hodnoty · servoPi control.c . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ZK programu regulátoru · servoPi gui(Java).zip . . . . . . . . . . . NetBeans projekt zobrazovac´ıho programu · servoPi webserver.c . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ZK webserveru Linux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Adresáˇr s OS Linux · linux-rpi-3.10.y.zip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ZK Linuxu pro RPi · patch-3.10.26-rt24.patch.gz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Real-time rozˇs´ıˇren´ı · tools-master.zip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cross kompilaˇcn´ı nástroj test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Adresáˇr s testem · vlakno test planovani 1kHz.c . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ZK testu · vlakno test planovani 1kHz.run . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Spustiteln´ y test Text pr´ ace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Adresáˇr obsahuj´ıc´ı text práce · radek meciar BP tisk.pdf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Soubor vhodn´ y pro tisk · radek meciar BP eview.pdf . . . . . . . . . . . . . . . . . Soubor vhodn´ y pro prohl´ıˇzen´ı

53

Pˇr´ıloha B - Seznam zkratek

Pˇr´ıloha B - Seznam zkratek

B. SEZNAM ZKRATEK Zkratka

Anglick´ y v´ yznam

ˇ y v´ Cesk´ yznam

DMA GPIO GPL GUI HDMI HW IRC IRQ OS PWM RAM RPi SSH SW USB

Direct Memory Access General-purpose input/output General Public License Graphical user interface High-Definition Multimedia Interface Hardware Incremental Rotary Encoder Interrupt Request Operating System Pulse Width Modulation Random Access Memory Raspberry Pi Secure Shell Software Universal Serial Bus

Pˇr´ım´ y pˇr´ıstup do pamˇeti Základn´ı vstupnˇe v´ ystupn´ı rozhran´ı Vˇseobecná veˇrejná licence Grafické uˇzivatelské rozhran´ı Vysoko kvalitn´ı multimediáln´ı rozhran´ı Technické vybaven´ı Inkrementáln´ı rotaˇcn´ı sn´ımaˇc ˇ adost o pˇreruˇsen´ı Z´ Operaˇcn´ı systém Pulznˇe ˇs´ıˇrková modulace Pamˇet’ s pˇr´ım´ ym pˇr´ıstupem Raspberry Pi Zabezpeˇcen´ y komunikaˇcn´ı protokol Programové vybaven´ı Univerzáln´ı sériová sbˇernice

54

Obrázek C.1: Schéma motoru ze zdroje [16]

55

A

B

C

D

5

ENCODER GND

INKR_2

5

2 4 6 8 10 12 14

1 3 5 7 9 11 13

4

HEADER 7X2

J3

OUT1

D5

OUT2

D4

Vcc

D3

FAZE_2

D2

FAZE_1

D1

4

3

ENCODER +5V

INKR_1

3

2 4 6 PC

J2

1 3 5

Date:

Size A

Title

2

Wednesday, February 04, 2004

Document Number 1

Zapojeni konektoru

2

J1

Sheet

1

CANNON25

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

1

1

of

2

R ev 1

A

B

C

D

Pˇr´ıloha C - Schéma motoru Pˇr´ıloha C - Schéma motoru

´ C. SCHEMA MOTORU

Obrázek C.2: Schéma motoru ze zdroje [15]

56

A

B

C

4

5

1

2

napajeni

5

74HCT14

9

10

74HCT14

U4D

8

74HCT86

8

U3C

MOTOR+

VCC

9

R13

+

3

2

4

C7 10n

R9 1k8

6N137

ISO1

C1 100M/35V

MOTORFAZE_2

390R

1N4007

1

2

U1

74HCT86

11

U3D

2 4 6

J2

PC

C10

3

4

R7

12

FAZE_2

1k

C4

C8

1k

4

5

9

3

U4B

74HCT14

12

U4F

74HCT14

10

U4E

74HCT14

4

13

11

3

14

1

74HCT14

7

U4A

2

22n

R10

10n

3

1k

U5

IN

10

C3 200n

R2

C2 47M/10V

1

7 6

MOTOR+ FAZE_1 INT_RQ

+

VCC

8

13

FAZE_1

1 3 5

100n

-Vout

+Vout

CH12405

-Vin

+Vin

78L05

OUT

3

2

2

Date:

Size

Title

10R/2W

R11

L6203

SENSE

OUT1

BOOT1

IN1

Vref

GND 2

D1

5

1.5A

U4C

5

6

3

F1

6

INT_RQ

74HCT86

74HCT86 U3B

U3A

+24V -24V

3

10n

C5

11

1

8

7

2

J4

2 4 6 8 10 12 14

J3

Thursday, April 01, 2004

Document Number 1

1 3 5 7 9 11 13

1k

R3

100n

2 8

Sheet

MOTOR

R4 1R/2W

R12

390R C9

IRC+LED

VCC

motor controller scheme

U2

ENABLE

OUT2

BOOT2

IN2

Vs

R1 1k

R14

2 1

D

1 2

4

GND 6

1

3 1

1

1k

R5 8k2

2N3904

R8

1k

7 6

J1

5

of

Q1

1

Rev 1

VCC

R6 8k2

10n

C6

6N137

ISO2

5

MOTOR-

A

B

C

D

Pˇr´ıloha C - Schéma motoru Pˇr´ıloha C - Schéma motoru

s deskou Raspberry Pi a Linuxem

Recommend Documents