Im Juni, Juli und August 2024 wird das Stück „Aladin und die Wunderlampe„, für das ich den Text geschrieben und Uwe Heynitz die Musik komponiert hat, auf der malerischen Waldbühne Altenbrak im Harz (wildromantische Gegend in Deutschland) vom Fairytale . Theater Thale aufgeführt.
Ich fahre da hin und freue mich schon sehr auf den Besuch: ich hab beim Schreiben ja bestimmte Bilder im Kopf und mach es extra nicht einfach. In diesem Stück kommen sprechende Frösche, ein explodierender Kessel, ein fliegender Teppich (Orient), eine badende Prinzessin und vieles mehr – natürlich auch die Schatzhöhle – vor. Bin gespannt, wie man diese Dinge im Freien bei Tageslicht umsetzen kann. Der Regisseur Ronny Große hat bestimmt tolle Ideen!
Allen in der Gegend (vorzugsweise mit Kindern, doch auch viele Erwachsene tauchen gerne in die phantastische Märchenwelt ein) ist ein Besuch empfohlen. Karten sind im Internet-Vorverkauf erhältlich.
Gute Unterhaltung!
Foto der Uraufführung mit Jakob Ritschel, Paul Gratzer und Patrick Ritschel.
In den rund zweieinhalb Stunden werden wir erst ein bisschen über die Grundlagen sprechen. Fragen wie „Was ist ein embedded System?“, „Aus welchen Komponenten besteht ein embedded System?“, „Wie programmiert man ein embedded System und was ist eine Firmware?“ werden diskutiert.
In praktischen Übungen werden wir erst die LEDs in Betrieb nehmen, dann die Taster. Im Anschluss programmieren wir ein kleines Spielchen. Die dafür notwendigen Entwicklungsboards werden für die Dauer des Workshops zur Verfügung gestellt.
Als Programmiersprache kommt C zum Einsatz.
Dauer
2 1/2 Stunden
Ziel
Kennenlernen der modernen ESP32-C Controller mit RISC-V Prozessor und erste Schritte zur eigenen Firmware
Voraussetzungen
Eigenes Gerät (Laptop) mit Windows, Linux oder Mac OS
Erweitern Sie den RISC-V Disassembler um eine Befehlsabarbeitung. Implementieren Sie dazu die Registerbank, den Befehlsspeicher und den Datenspeicher als eigene Klassen (sofern Sie eine objektorientierte Sprache einsetzen).
Arbeiten Sie Befehl für Befehl ab, so wie die Befehle im RISC-V Instruction Set Manual (Volume 1) definiert sind. Geben Sie am Ende der Abarbeitung die Inhalte der Register auf dem Bildschirm aus.
Eine Implementierung der Peripherie ist nicht notwendig. Aus diesem Grund werden Funktionen wie printf() nicht funktionieren.
Entwickeln Sie ein PC-Programm (Beispielsweise in C, C++ oder Java), das ein RISC-V Compilat disassembliert. Es soll Anweisung für Anweisung auf dem Bildschirm ausgeben.
Implementieren Sie alle Befehle des RV32I – und des RV32M Befehlssatzes. Achten Sie dabei besonders auf die korrekte Behandlung der Immediate-Values (die ja „scrambled“, also durcheinander codiert sind).
Um Testdaten (Compilate) zu generieren, gehen Sie dabei wie folgt vor:
C in RISC-V übersetzen und Hex-File generieren
Um ein C-Programm bzw. einzelne C-Funktionen in RISC-V-Code zu übersetzen, kann das Programm per
compiliert werden (im Beispiel square.c). Die Parameter rv32im und ilp32 definieren die Zielarchitektur: RV32I + Multiply. In diesem Fall keine Compressed-Befehle, die der ESP32-C3 aber unterstützt.Das entstandene .o-File kann dann per
Synopsis: HexToCConverter <file.hex> <arrayname> [-w/-b] converts the given HEX file; the result will be printed in the terminal and also copied into the Clipboard. the name of the created array must be provided in <arrayname>. A C style name shall be used. use -w to generate arrays of words (uint32_t), -b arrays of bytes (uint8_t)
Entwickeln Sie auf dem Book Development Board oder einem anderen Board mit zwei Tastern ein Programm, das die grüne LED aufleuchten lässt. Schalten Sie nach einer zufälligen Zeit die LED dunkel.
Nun sind zwei Spieler gefordert, einer den linken und einer den rechten Knopf zu drücken. Die Spielerin, die zuerst gedrückt hat, hat gewonnen. Auf der LED-Matrix soll ein blauer Pfeil zur siegenden Spielerin zeigen.
Sollte ein Spieler zu früh drücken, hat dieser verloren. Dies soll auf der LED-Matrix mit einem roten Pfeil auf den jeweiligen Spieler angezeigt werden.
Durch einen Reset kann das Spiel nun neu gestartet werden.
Verwenden Sie zum Erkennen der Knopfdrücke Interrupts.
Erstellen Sie unter FreeRTOS einen Task, der die LED_PUSH im Sekundentakt blinken lässt. Ein zweiter Task soll die LED_PULL ebenso im Sekundentakt blinken lassen.
Implementieren Sie nun in einem dritten Task eine Behandlung der beiden Taster. Beim Drücken des linken Tasters (SW2BOOT) soll das Blinked der LED_PULL verlangsamt, beim Drücken des rechten Tasters (SW3APP) beschleunigt werden.
Die Lösung soll iterativ verbessert/geändert werden (Verwenden Sie bedingte Compilierung (#ifdef), um zwischen den Lösungen per menuconfig zu wechseln):
Verwenden Sie im ersten Ansatz globale Variable zur Übergabe des Tastendrucks
Im zweiten Ansatz soll die globale Variable über einen Semaphor geschützt und synchronisiert werden
Schließlich soll das Ereignis über eine FreeRTOS Queue zugestellt werden
Implementieren Sie die Sortierverfahren Selection Sort, Bubble Sort und Quicksort und führen Sie eine Geschwindigkeitsmessung durch. Verwenden Sie dafür mehrere Durchgänge in denen Sie Zufallsdaten erzeugen und diese jeweils mit den drei Verfahren sortieren.
Können Sie die in Sortierverfahren beschriebenen Aufwände bestätigen? Verwenden Sie die in Kapitel 3 beschriebene Instrumentierung zur Bestimmung der exakten Taktzyklenzahl.
Zur Erleichterung des Einstiegs gibt es ein „Book Development Board“, das sämtliche Komponenten integriert hat, die für die Beispiele verwendet werden. Das sind
Der Mikrocontroller ESP32-C3, mit USB-C Anschluss für JTAG-Debugging und serielle Log-Ausgaben
Spannungswandler von 5V (USB) auf 3,3V
Zwei Taster für Benutzerinteraktion (plus ein Reset-Taster)
Zwei gelbe LEDs an GPIOs, eine in Push-Konfiguration und eine in Pull-Konfiguration
25 dreifarbige WA2812b-LEDs mit eigenem Spannungswandler
Ein Potentiometer am ADC-Eingang
Eine Stiftleiste, um ein Modellbau-Servo per PWM anzuschließen
Stiftleisten zum Anschluss des Displays und des MAX3010x-Boards zum Aufbau eines Pulsoximeters
Ein Einschub für eine Mikro-SD-Karte
Eine Sockelleiste mit den seriellen RX und TX-Signalen
Ein RS-485 Transceiver nebst Stiftleiste für den Anschluss
Ein Temperatur-/Luftfeuchtesensor, angeschlossen über I2C (nicht im Buch beschrieben, als Zusatz)
Ein Beschleunigungssensor/Gyroskop, angeschlossen über SPI (nicht im Buch beschrieben, als Zusatz)
bdb, book development board
Wie die einzelnen Komponenten angeschlossen sind, kann dem Schaltplan weiter unten entnommen werden. Wichtig ist, dass Header für Jumper vorgesehen sind, da manche Pins mehrfach verwendet werden.
Konkret werden IO0, IO1, IO3 und IO9 mehrfach belegt und müssen für die jeweilige Anwendung gesetzt werden:
Für die beiden GPIO-LEDs muss Header 1 nach unten gejumpert werden
Die CS-Leitungen (SPI) für den Beschleunigungssensor und die SD-Karte befinden sich ebenso auf Header 1. D.h., dass die LEDs und Beschleunigungssensor/SD-Karte nicht gleichzeitig funktionieren.
Header zwei dient der Auswahl zwischen RS-485 Schnittstelle (IO9 wird hier für die Halbduplex-Richtungswahl verwendet) oder PWM (auf IO9 wird das PWM-Signal generiert).
Header 3 wählt die Interruptleitung vom Beschleunigungssensor oder vom Pulsoximetersensor.
Es ist auch wichtig zu wissen, dass der Taster SW3APP mit dem Potentiometer gemeinsam verdrahtet ist. Das bedeutet, dass ein Drehen am Poti den Taster auslösen kann. Zur Verwendung des Tasters muss das Poti deshalb in Endstellung sein. Ebenso ändert ein Drücken des Tasters den gemessenen Widerstand des Potis.
GPIO
Func1
Func2
Anmerkung
IO0
LED_PUSH
CS_SD
Jumper 1: LED oder SD-Karte
IO1
LED_PULL
CS_ACC
Jumper 1: LED oder Beschleunigung
IO2
BTN, Potentiometer
Funktionen beeinflussen sich gegenseitig
IO3
IRQ_ACC
IRQ_PULSE
Jumper 3: Wahl des Gerätes für IRQ
IO4
MOSI
SPI-Leitung, einzige Funktion
IO5
SDA
I²C-Leitung, einzige Funktion
IO6
SDL
I²C-Leitung, einzige Funktion
IO7
MISO
SPI-Leitung, einzige Funktion
IO8
LEDS
WS2812c 5×5 LEDs Array
IO9
RS485_DIR
PWM
Jumper 2: Wahl RS485 oder PWM (Servo)
Gleichzeitig mit SW2BOOT belegt
TXD0
Serial TX
geteilt mit RS-485 bzw. Serial Header (3,3V)
RXD0
Serial RX
geteilt mit RS-485 bzw. Serial Header (3,3V)
IO18
USB-JTAG
Flash und Debug
IO19
USB-JTAG
Flash und Debug
Vordefinierte Verwendung der GPIOs
Bestellung und Lieferung
Das Board, sowie die Aufsätze Display und MAX3010x sind nun lieferbar. Bitte einfach eine Mail an patrick(AT)ritschel.at schicken, die Stückzahl und ob ein SD1306-Display bzw. ein MAX3010x gewünscht sind. Ich habe aufgrund der geringen Stückzahlen noch keine fixe Preisliste und werde die aktuellen Preise (v.a. der MAX3010x ist schwankt in meinem Einkauf stark) zusenden.
Das „Book Development Board“ mit Display und MAX30102 im Betrieb
Das Board dient nur dem Zweck des Erlernens eingebetteter Programmierung als Begleitung zum Buch. Es darf nicht für andere Zwecke verwendet werden. Es darf nicht unbeaufsichtigt betrieben werden.
This board is distributed on an "AS IS" BASIS, WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
Schaltplan
Der Schaltplan sollte nur als Referenz verwendet werden und darf nicht als Basis kommerzieller Projekte.
The Schematic is in the Public Domain (or CC0 licensed, at your option). Unless required by applicable law or agreed to in writing, this schematic is distributed on an "AS IS" BASIS, WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
Ich wünsche meinen Leser:innen viel Freude und Erfolg beim Durcharbeiten des Buchs und anschließenden schönen eigenen Projekten!
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