MCU上直譯器的應用

直譯器(Interpreter)在電腦語言上的應用已超過編譯器，但MCU工程師卻沒什麼在用。

主因在於RAM空間不足難以放入實際應用。

MCU大部分應用的RAM都是受限的。它是稀缺資源，而正統語言編譯都是用RAM很多的，二者互斥下，難有發展。

但就算是簡單直譯器，在MCU的應用中，都是很好用的方案，對於動態的事件及實務實驗有很大的幫助。

再來就是個人實務上所使用的及評估的。

終端命令直譯器

用xprintf函式很容易做。也可以轉成各式通信。再加上xmodem傳輸，可以將PC檔案直接對應到MCU內部可以管理的裝置上。

在MCU使用外部儲存上會很好用，不管是用SPI Flash或是SD卡，會很好驗證MCU的工作環境遇什麼。

有時還會看到客戶在操機器，有次從MCU讀回來的log檔中，看到客戶在做開機穩定性測試，它上電一分鐘後斷電，再一分鐘後再次上電，好在STM32有內建RTC，所以時間錄得一清二楚。問題是這種log不是一二筆，而是一整天，所以才會認為客戶在測試。

簡單語言實現

這個要用到的RAM就比較大，對於加工機器來說，常會遇到CNC指令或是其他簡單語言。大部分是用手寫程式做解析，但傳久了，往往也不符合時代(使用者會想要加自己的指令)，此時就可以用到compiler-compiler，它可以吃語法解析，免去人工解析及維護的痛苦。

常用的就是flex, bison的組合，使用的RAM還可以控制。

編程於Flash?

前面都是工作做完就結束，沒有程序控制所以無需做編程。但要實現真的語言就有編程再調用，但編程後要存在那，MCU的RAM是有限的，比較沒有問題就是Flash，有無可能在執行後再加程式於flash ROM上，覺得有機會，但實在不想自造語言，光是找可以改的就找了很久。

Forth改造於Flash ROM編程

Forth語言的編程動作很像C巨集。C巨集主要是文字取代，就是找到指定的字，就進入巨集定義。若是遇到巨集定義字，就進行巨集取代。Forth有點不一樣的地方在巨集定義時以函式指標做編程，巨集取代則改成函式指標執行。

它沒有傳統的compile行為，且大部分是單次寫回，所以改成寫入flash是有機會的，因為flash ROM也可以一小筆一小筆寫回。

但要去改forth編程，將原先bit flag write以flash ROM寫回單位取代。不過有小部分功能也有問題，但是用在高階定義上，先不管，了不起變成子集語言。這樣修改後，可以成功，真的可以在未用的flash ROM上添加新的函式。但再來的問題就卡住，以致無法公開。

因為MCU界面受限，只能用串列通信來做，所以PC端一定有終端機，我在上面試用中文做為函式名，它以Big5為編碼(2 byte編碼)，程式本體是函式指標這個沒有問題。但用手機終端機連上，發現它丟的是unicode(3 byte編碼)，平台問題卡到，暫時先放著了。

MCU可用小型語言

RAM若是更大到1MB(STM32H7系列就有)那就可以放入一般用的小型語言。eLua是最早移入MCU的高階語言，所以lua早就鎖定很久了。但高階語言移入MCU不是沒有優勢，它可以實現從網路直接載入函式庫，就是網路函式庫可以直通MCU，這功能最早實現的就是microPython，也因為網路函式庫直通MCU，使得microPython大為流行。所以傳統MCU工程師一直看不起的直譯器，經由網路函式庫直接對應，改變的MCU直譯器的使用觀感。

STM32免費C，MCU再進化

免費，會造成經濟系統新變化。

STM32也將C變成免費，所以MCU的生態又有新變化。但這個改變不是憑空來的，個人是認為是因應RISC-V的對應行為。

其實免費的MCU C Compiler一直都在，但沒有人整合，不易上手，所以一直沒有流行起來。

這次不同了，由晶片供應商直接供應免費C，看來MCU由ARM一統再次轉成由單一晶片商一統。

C的免費，變成取用C函式庫的障礙會完全消失。再來只剩下電子問題。

在經濟學上的免費，會加速經濟發展。

簡單的模型，障礙如同河，分割二地，二地的物產交換代價大。利潤由特別管道知識的人所獲取。

第一代就是由渡船人取得，對應工程師大約是會電子又能寫組語的人，以及可以設計MCU的人。

後來造橋技術出現，可以造出直接連通的橋，就會變成很方便。

第二代由造橋人收過路費取得，對應工程師大約是會電子又會C的人，因為不用再造基礎運行單位，基本上可以設計MCU的人等於不再有任何優勢。

C的免費，等於沒有過路費，你想會如何?變成只要會C又懂電子的都會進來做生意。生意大爆發。

MCU的使用只要懂電子就行了，因為C是一般人都會的基本技能。

若是C免費是由單一廠商先行發動，又會如何?

等於各大廠商本來都是造橋人，不同的橋大家都因位置不同收不同費用，使用者要精算如何過橋才能省時省錢。現在突然有座橋不收過路費，你想會如何?

再來就要看其他做MCU的廠商如何因應了。基本上非ARM的MCU可以不用考慮了，因為組語維護困難，只能隨時代消失。

Bison使用

windows下使用

C:>win_flex  input_file.l

C:>win_bison -d input_file.y

在VS2019下會有些問題

1. 少 unistd.h
1. 巨集中定義 YY_NO_UNISTD_H
2. 停用4996警告，C語言一般都有這個問題

事件驅動多工合併Coroutine

event_drive.h 

#ifndef __EVENT_DRIVE_H

#define __EVENT_DRIVE_H

#define INIT_DEVICE() resetAllTimer()

#define DIS_INTR() __asm volatile("cpsid i")

#define ENA_INTR() __asm volatile("cpsie i")

#define MAX_EVENT 4

#define MAX_TIMER 4

#define ISR_START 1

#define ISR_END (MAX_TIMER - 1)

#define SPI_TASK_ID 0

void execute(void);

void setNext(void (*p_func)(void));

unsigned int setTimeout(void (*p_func)(void), unsigned int tick);

void setTimer(unsigned int timerId, void (*p_func)(void), unsigned int tick);

void resetAllTimer(void);

void clearTimer(unsigned int id);

void ISR_setNext(void (*p_func)(void));

unsigned int ISR_setTimeout(void (*p_func)(void), unsigned int tick);

void ISR_setTimer(unsigned int timerId, void (*p_func)(void), unsigned int tick);

void timerAction(void);

#define crCREATE(p) static int crState = 0; void (* const crFunc)(void) = (p)

#define crSTART() switch (crState) { case 0:

#define crDELAY(n) do { setTimeout(crFunc, n); crState = (__LINE__); return; case (__LINE__):; } while (0)

#define crEXIT() do { crState = 0; return; } while (0)

#define crEND() }do { crState = 0; } while (0)

#endif /* __EVENT_DRIVE_H */

event_drive.c

#include "event_drive.h"

unsigned int eventInCnt = 0;

unsigned int eventOutCnt = 0;

void (*eventFunc[MAX_EVENT])(void);

void (*delayFunc[MAX_TIMER + 1])(void);

unsigned int delayCnt[MAX_TIMER + 1];

void execute(void)

{

while (eventInCnt != eventOutCnt)

{

eventFunc[eventOutCnt % MAX_EVENT]();

eventOutCnt++;

}

}

void setNext(void (*p_func)(void))

{

DIS_INTR();

eventFunc[eventInCnt % MAX_EVENT] = p_func;

eventInCnt++;

ENA_INTR();

}

unsigned int setTimeout(void (*p_func)(void), unsigned int tick)

{

register int i;

if (!tick)

tick = 1;

DIS_INTR();

i = ISR_START;

while (delayCnt[i])

{

if (i >= ISR_END)

break;

i++;

}

delayFunc[i] = p_func;

delayCnt[i] = tick;

ENA_INTR();

return i; // return timerId

}

void setTimer(unsigned int timerId, void (*p_func)(void), unsigned int tick)

{

if (!tick)

tick = 1;

if (timerId >= MAX_TIMER)

timerId = MAX_TIMER;

DIS_INTR();

delayFunc[timerId] = p_func;

delayCnt[timerId] = tick;

ENA_INTR();

}

void resetAllTimer(void)

{

int i;

for (i = 0; i < MAX_TIMER; i++)

{

delayCnt[i] = 0;

}

}

void clearTimer(unsigned int timerId)

{

if (timerId >= MAX_TIMER)

timerId = MAX_TIMER;

delayCnt[timerId] = 0;

}

void ISR_setNext(void (*p_func)(void))

{

eventFunc[eventInCnt % MAX_EVENT] = p_func;

eventInCnt++;

}

unsigned int ISR_setTimeout(void (*p_func)(void), unsigned int tick)

{

register int i;

if (!tick)

tick = 1;

i = ISR_START;

while (delayCnt[i])

{

if (i >= ISR_END)

break;

i++;

}

delayFunc[i] = p_func;

delayCnt[i] = tick;

return i;

}

void ISR_setTimer(unsigned int timerId, void (*p_func)(void), unsigned int tick)

{

if (!tick)

tick = 1;

if (timerId >= MAX_TIMER)

timerId = MAX_TIMER;

delayFunc[timerId] = p_func;

delayCnt[timerId] = tick;

}

void timerAction(void)

{

int i;

for (i = 0; i < MAX_TIMER; i++)

{

if (delayCnt[i])

{

if (!--delayCnt[i])

{

eventFunc[eventInCnt % MAX_EVENT] = delayFunc[i];

eventInCnt++;

}

}

}

}

測試程式

#include <stdio.h>

#include "event_drive.h"

void print_dot(void);

void print_0(void);

void testCoroutine(void);

void main()

{

INIT_DEVICE();

setTimeout(print_dot, 1);

setTimeout(print_0, 1);

    setTimeout(testCoroutine, 1);

    while (1)

{

execute();

}

}

void print_dot(void)

{

printf(".");

    setTimeout(print_dot, 7);

}

void print_0(void)

{

printf("'");

setTimeout(print_0, 10);

}

void testCoroutine(void)

{

    crCREATE(testCoroutine);

    crSTART();

    for (;;)

    {

        printf("1");

        crDELAY(10);

        printf("2");

        crDELAY(10);

        printf("3");

        crDELAY(100);

    }

    crEND();

}

加速規的使用

規格是用來量機器傾角。

設定讀值最大為2G，回傳值是16位元有號數。

所以值會是32767~-32768。因為有三軸，平時會量到重力。

期望重力上的軸會出現一個16384或是-16384的值。

數值上以Q值來計算，就完全不需轉成浮點。

以1G acc為單位來看，直接採用Q15格式就完全符合1G的使用。

有夾角計算，三角函式應是會用上。

實驗時只有簡單寫成單軸值檢知，一但絶對值小於0.707，就是超過45度。

所以造了一個Q16格式的cos表格，依設定角度值取cos值，加速規和表格移位到同單位Q值一比就結束。

然後是任意角度傾角計算。要先記住啟動時的三軸值。

然後又是三角函式了。這裏用的是向量內積計算，向量內積值有夾角cos的值在內。

因為已是低頻省電下的計算，計算力有限。就當成1G重力下角度計算，不用去算向量長度。

直接就是啟動時重力向量值及現在的重力向量值內積(只有乘加法計算)，再移位到同單位Q值，和cos表比對，程式完成。

第一次寫程式計算力小時8051，省電下的計算可以在整數系統內完成這個任務。

PWM做DAC結果

以前的資料，放上來查

測試PWM變動後電壓上升率

測試PWM變動後電壓下降率

連續性測試

放大圖

STM32MP1 使用前分析

MCU進入多核時代，但結構不如我想的。

一般CPU多核是走同質多核。

但MCU不是，不管是NXP或是ST走的是異質多核。

MCU為何不能走同質多核?一定有問題才會走不下去。

因為異質多核對使用者不是有利的，要控制二個核心已是不易，更要做異質核操作，難上加難，若非有困難一般不會如此。

話說NXP的異質多核也出了好幾年，看來還是沒有解決同質核問題。ST也一樣。

看了一下架構圖，好像是以M4核為中心，但又不太對。

我看到的是以記憶體管理界面為中心，再掛上二組核心Dual A7及M4。

Dual A7可以管理的界面只有記憶體，ethernet，USB，SDMMC。其他的全在M4上。

也就是所有高速的資料全給Dual A7，IO全給M4。

以MCU應用來看，Dual A7才是co-processor，專門做資料處理用的處理器。

從軟體看過來，也是以M4為開機。

因為A7執行效率很高，幾乎只能在RAM中執行才能發揮。

M4及A7可以執行不同的作業系統，A7有OpenStLinux可以用。M4可有可無。

這個軟體架構和PC/BIOS的關係相同。也就是M4的工程師是BIOS工程師，A7則為PC工程師。

只是這個BIOS的腳色比PC重很多。

再來是應用領域，需要資料及IO控制。影像處理相關的可能性比較大。

和Raspberry Pi比起來，BIOS這一側的功能強化，等於在機器人應用上會更強。

或者想成Raspberry Pi+STM32原本是分開的，現在以STM32MP1合併起來。