Chapter 9 Interrupts Timers and Tasks

ปํญหาไม่ได้อยู่ที่ปัญหา
แต่อยู่ที่ทัศนคติของมึงในการเข้าถึงปัญหา

- รุกกี้

Timer and Interrupts

MCU ต้องทำพวกนี้ได้

วัดเวลา
สร้าง time-based event (อาจจะเกิดครั้งเดียว หรือหลายครั้ง)
ตอบสนองด้วยความรวดเร็ว

Tasks : Event-Triggered and Time-Triggered

Event-Triggered

เกิดเมื่อมี event ภายนอกมากระตุ้น

Time-Triggered

เกิดแบบ periodic ซึ่งถูกกำหนดโดย MCU

Polling

เอาง่ายๆ ก็คือต้องคอยไปอ่านสถานะของอุปกรณ์อยู่เรื่อยๆ

ทำไมเป็นปัญหา

1. ระหว่าง Poll ก็ทำอะไรไม่ได้

2. ความสำคัญของแต่ละอันเท่ากัน

Interrupt

เอาง่ายๆคือ interrupt สามารถหยุด CPU ได้เมื่อเกิด event

Simple Interrupt on the mbed

บอร์ด mbed ใช้ pin ได้ตั้งแต่ 5 - 30 เป็น Interrupt ยกเว้น 19,20

Function	Usage
`InterruptIn(pin)`	สร้าง Object ของ Interrupt
`rise(ISR)`	ให้ Interrupt trigger ที่ขอบขาขี้น พร้อม Attach Interrupt Service Routine (ISR) (ก็คือฟังชั่นที่จะให้มันทำตอนเกิด event นั่นแหละ)
`fall(ISR)`	เหมือน `rise` แต่เป็นสัญญาณขาลง
`mode`	คือใช้ทำไรไม่เข้าใจ

ตัวอย่างโค้ด

#include "mbed.h"
InterruptIn button(p5); //สร้าง object + กำหนด pin
DigitalOut led(LED1);
DigitalOut flash(LED4);
void ISR1() { // ฟังชันที่ทำตอนเกิด interrupt
    led = !led;
}
int main() {
    button.rise(&ISR1); // attach the address of the ISR
    //function to the interrupt rising edge
    while(1) { //continuous loop, ready to be interrupted
        flash = !flash;
        wait(0.25);
    }
}

Deeper into interrupt (ข้อดี Interrupt)

Prioritized บาง event สำคัญกว่าอันอื่นๆได้
Masked เปิดปิดได้ เผื่อไปรบกวนอันที่สำคัญกว่า
Nested ทำๆอยู่โดนแทรกจากอันที่สพคัญกว่าได้
Location can be selected เลือกได้ว่าจะเอาไปไว้ใน memory ส่วนไหน

Delay between event occur and response is called latancy ถ้า Interrupt รอ processor ตอบ เขาเรียกว่า Pending

Testing interrupt latency

เอาง่ายๆโปรแกรมนี้จะวัดว่า Latency เยอะมั้ยโดยวัดว่า กว่า LED จะเป็น 1 ห่างจาก input squarewave เยอะมั้ย ในขณะที่กระพริบ LED ใน int main()

#include "mbed.h"
InterruptIn squarewave(p5); //Connect input square wave here
DigitalOut led(p6);
DigitalOut flash(LED4);
void pulse() { //ISR sets external led high for fixed duration
    led = 1;
    wait(0.01);
    led = 0;
}
int main() {
    squarewave.rise(&pulse); // attach the address of the pulse function to
    // the rising edge
    while(1) { // interrupt will occur within this endless loop
        flash = !flash;
        wait(0.25);
    }
}

Interrupt from analog Inputs

ใช้ Comparator ครับสัญญาณขา \(V_+\) เกิน \(V_-\) Output ก็เป็น High ครับจบ😜

\(V_- = V_{sup} * \frac{R_2}{R_1+R_2}\)

The Digital Counter

ใช้ Flip-Flop เป็น Counter โดยนับได้เยอะแค่ไหนก็ขึ้นกับจำนวนบิตเช่น 8 bit ก็จะนับได้ตั้งแต่ 0-255 (\(0-(2^8-1)\)) และก็ถ้าต่อสัญญาณ Input เข้าไปที่ Clock มันก็จะนับ Clock ออกมาเป็น binary

สามารถอ่านได้, Preload ได้, จะ Reset เป็น 0 ก็ได้

Counting and Timing

ถ้า Clock Source ของ Counter มีความถี่คงที่ Counter นั้นก็จะกลายเป็น Timer Ex. ถ้าจะให้เข้าใจง่ายๆ ถ้ามี Clock ความถี่ 1MHz (อันบน) ทุก Clock Cycle ที่ผ่านไปจะทำให้ค่าใน Counter เพิ่มไป 1 ซึ่งไอค่า Counter เนี้ยสามารถใช้เป็นตัวนับเวลาได้ โดย Counter แต่ละเลขก็จะมีระยะเวลา 1uS (1/1MHz) เช่น ถ้า Counter มีค่าเท่ากับ 2000 ก็แปลว่ามีการนับมาแล้ว 2000uS

และพอ Counter มันนับไปจนสุดค่าของมัน (aka Overflow) ก็จะทำให้เกิด Interrupt ขึ้นแล้วก็จะ Reset ค่ากลับเป็น 0

คุณสมบัตินี้ใช้เอามากำหนด event ที่ต้องเกิดแบบ synchronize กันได้

MBED Timer

MBED มี Timers

Timer General Purpose 4 ตัว
Repetitive Interrupt Timer
System Tick Timer

Timer ใช้กับ Simple Timing application
Timeout ใช้เรียกตอนหมดเวลาที่กำหนดไว้ (แบบ non-blocking)
Ticker ใช้เรียกฟังชั่นทุกครั้งที่ถึงเวลาที่กำหนด

Timer ทำได้ดังนี้

Function	Usage
`start`	Start Timer
`stop`	Stop Timer
`reset`	Reset timer to 0
`read`	get passed time in seconds
`read_ms`	get passed time in milliseconds
`read_us`	get passed time in microseconds

Simple timer application

โค้ดนี้ก็ Start Timer -> ปริ้น Hello World และ Stop Timer
เพื่อวัดเวลาในการส่งข้อมูล(มั้ง)

#include "mbed.h"
Timer t; // define Timer with name “t”
Serial pc(USBTX, USBRX);
int main() {
    t.start(); //start the timer
    pc.printf("Hello World!\n");
    t.stop(); //stop the timer
    //print to pc
    pc.printf("The time taken was %f seconds\n", t.read());
}

mbed `Timeout`

ฟังชันจะถูกเรียกใช้ตามเวลาที่กำหนด

Function	Usage
`attach(ISR,seconds)`	Attach function และจำนวนวินาที ที่จะเรียกตอนเกิด timeout
`attach(ISR,seconds)`	Attach member?? function และจำนวนวินาที ที่จะเรียกตอนเกิด timeout
`attach_us(ISR,seconds)`	Attach function และจำนวน microseconds ที่จะเรียกตอนเกิด timeout
`attach_us(ISR,seconds)`	Attach member?? function และจำนวน microseconds ที่จะเรียกตอนเกิด timeout
`detach(ISR)`	Detach the function

#include "mbed.h"
Timeout Response; //create a Timeout, and name it "Response"
DigitalIn button (p5);
DigitalOut led1(LED1); //blinks in time with main while(1) loop
DigitalOut led2(LED2); //set high fixed period after button press
DigitalOut led3(LED3); //goes high when button is pressed
void blink() { //this function is called at the end of the Timeout
    led2 = 1;
    wait(0.5);
    led2=0;
}
int main() {
    while(1) {
        if(button==1){
            Response.attach(&blink,2.0); //attach blink function to Response
            //Timeout, to occur after 2 seconds
            led3=1; //shows button has been pressed
        }
        else {
            led3=0;
        }
        led1=!led1;
        wait(0.2);
    }
}

mbed `Ticker`