viernes, 4 de marzo de 2016

Hola Mundo RTOS.

Excelente resumen sacado de los compañeros de todopic, faltando algunos detallitos pero excelente para el blog de solo RTOS Tutoriales.

1) Hola mundo con RTOS

 Después de teorizar un poco sobre los Sistemas Operativos, vamos a introducirnos en la programación de aplicaciones empleando un RTOS.

En nuestro caso, para comenzar, utilizaremos el RTOS que viene con el compilador de CCS. Las razones de mi elección las expongo a continuación:
  • Sencillez en la implementación de aplicaciones
  • El RTOS está integrado en el propio compilador de CCS
  • Abundante experiencia en el foro con este compilador
  • Gran cantidad de dispositivos soportados por el compilador de CCS

Introducción al RTOS de CCS
La versión del compilador que tengo instalada en estos momentos es la 3.249, así que si en versiones posteriores han aparecido nuevas características, les ruego que lo informen para tomar las debidas providencias en el momento oportuno, y comenzar a utilizar esas nuevas características.

El RTOS de CCS es un Sistema Operativo de Tiempo Real que implementa la técnica de multiprocesamiento cooperativo (non preemptive), por lo que es responsabilidad del programador asegurarse de que el control del procesador retorna al planificador de tareas en algún momento. Así que cuando programemos nuestra aplicación, tenemos que asegurarnos de que no llamamos a una función que se queda esperando por algún evento largo como es el caso de gets(), o dentro de un lazo infinito o demasiado extenso.

Planificador de tareas
Uno de los elementos fundamentales de cualquier SO es el planificador de tareas, éste señor es el administrador de nuestros recursos. Su misión fundamental es determinar dentro de las tareas que están listas para ejecutarse, a cuál de ellas le entrega el procesador. La política de planificación empleada por CCS no la conozco, pero eso no importa porque el RTOS funciona y para lo que queremos hacer, nos sirve bien.

Directivas del preprocesador
Existen dos directivas del preprocesador para el uso del RTOS, ellas son:
  • #USE RTOS: Se utiliza para indicarle al compilador que se va a utilizar el RTOS
  • #TASK: Se utiliza para indicarle al compilador se la función definida a continuación es una tarea a ejecutar por el RTOS


Vamos a ver más detenidamente cada una de las directivas, así como sus parámetros de configuración:
#USE RTOS
Opciones del RTOS:
timer: especifica que temporizador, de los disponibles, es el que se utilizará para la ejecución de las tareas. Este temporizador solamente debe ser utilizado por el RTOS y típicamente se escoge Timer0
minor_cycle: especifica la cantidad de tiempo mínima que una tarea tendrá para ejecutarse, y los tiempos de ejecución de cada tarea deben ser múltiplos de esta cantidad. Si por ejemplo decimos que el tiempo mínimo de ejecución para todas las tareas es de 1ms, debemos conocer que cada tarea se ejecutará, en menos tiempo que este. Lo realmente importante de este dato es que ayuda a establecer la frecuencia con que se ejecutan las tareas, luego veremos un ejemplo de esto. Este parámetro, si no se especifica, es calculado por el compliador en el momento de la compilación.
statistics: le indica al compilador que lleve las estadísticas de las tareas, esto sirve para  conocer que tiempo consume cada tarea en ejecutarse, sin embargo como veremos más adelante, la estadística realmente importante es la que nos indica si nuestra tarea se ha sobrepasado en su tiempo mínimo de ejecución.

#TASK
Opciones para las tareas:
rate: especifica con que frecuencia se ejecuta la tarea, este parámetro debe ser igual a minor_cycle de #use_rtos o un múltiplo de este valor.
max: especifica que cantidad de tiempo debe consumir esta tarea en su ejecución, si se sobrepasa este tiempo y están activadas las estadísticas, entonces esta tarea es marcada con el valor overrun. Este parámetro es útil para informar al programador que una tarea se ha pasado de su tiempo de ejecución, y si el RTOS fuera de tiempo compartido seguramente especificaría el tiempo en que el planificador le retira el procesador para dárselo a otra tarea.
queue: especifica el tamaño de la cola de mensajes de la tarea. Si la tarea no recibe mensajes, entonces debe dejarse en blanco para no consumir memoria RAM innecesariamente.

Hasta aquí hemos visto una pequeña explicación de las directivas para utilizar el RTOS. Sin embargo, la utilidad de esto es mejor verla con un ejemplo.

Funciones del RTOS
EL RTOS de CCS ofrece un conjunto de funciones que veremos cada una en su momento y con sus debidos ejemplos. Sin embargo hoy utilizaremos solamente la función rtos_run(), que le indica al planificador que comience a ejecutar las tareas.

El ejemplo
Se quiere implementar una aplicación en un PIC16F877, donde se utilice el RTOS para transmitir por el puerto serie de este uC, tres cadenas de caracteres. Cada cadena será transmitida desde dentro de una tarea del RTOS y tendrán el formato “Ejecutada tarea #”. Las especificaciones de tiempo del sistema y de cada tarea son las siguientes:

  • Temporizador para el RTOS: Timer0
  • Tiempo mínimo en que debe ejecutarse una tarea: 10ms
  • Frecuencia de ejecución de la Tarea 1: 1seg, tiempo para ejecutar: 10ms
  • Frecuencia de ejecución de la Tarea 2: 2seg, tiempo para ejecutar: 5ms
  • Frecuencia de ejecución de la Tarea 3: 3seg, tiempo para ejecutar: 250us

El código lo pongo a continuación y posteriormente les doy una explicación:
Código: C++
  1. #include "D:\Documentos\Projects\RTOS\RTOS.h"
  2. #use rs232(baud=9600,parity=N,xmit=PIN_C6,rcv=PIN_C7,bits=9)
  3. #use RTOS(timer=0, minor_cycle=10ms) //temporizador Timer0, tiempo mínimo de ejecución de cada tarea 10ms
  4. int8 test;
  6. //Definición de las prototipos de función de las tareas
  7. #task (rate=1s, max=10ms)  //Ejecutar cada 1 segundo y consumir como máximo 10ms
  8. void Tarea1();
  10. #task (rate=2s, max=5ms)  //Ejecutar cada 2 segundos y consumir como máximo 5ms
  11. void Tarea2();
  13. #task (rate=3s, max=250us)  //Ejecutar cada 3 segundo y consumir como máximo 250us
  14. void Tarea3();
  16. void main()
  17. {
  18.    setup_timer_0(RTCC_INTERNAL|RTCC_DIV_1);
  19.    rtos_run();  //A partir de aquí comenzará la ejecución de las tareas
  21. }
  23. //Implementación de las tareas
  24. void Tarea1()
  25. {
  26.   printf("Ejecutada tarea 1\r");
  27. }
  30. void Tarea2()
  31. {
  32.   printf("Ejecutada tarea 2\r");
  33. }
  35. void Tarea3()
  36. {
  37.  printf("Ejecutada tarea 3\r");
  38. }


Este código funciona y si lo simulan con el Proteus comprobarán que las cadenas salen por el puerto serie. Como pueden ver es un ejemplo sencillo pero que muestra el funcionamiento del RTOS. Al ejecutarlo pueden comprobar que primero se ejecuta la Tarea 1, pero después comprobarán que las tareas no se ejecutan en orden secuencial porque la Tarea 2 se ejecutará cada 2 segundos y la Tarea 3 cada 3 segundos.

La no ejecución secuencial de cada tarea se debe al parámetro rate de la directiva #task, que le dice al planificador con que frecuencia ejecutar cada tarea. Este programa puede ser fácilmente modificado para cualquier aplicación específica, un ejemplo que se me ocurre es la lectura de teclados y eliminación de rebotes.
Como tarea les dejo que elaboren un programa sin el uso del RTOS que haga lo mismo que este. 

 2) Controlando la ejecución de las tareas

Hola, en la pasada entrega sobre programación con el RTOS de CCS vimos como es que el planificador programaba la ejecución de las tareas que estaban activas para ser ejecutadas. Pero como es lógico en todo momento las tareas no tienen por que encontrarse en condiciones de ser ejecutadas, a veces hace falta poner a “dormir” una tarea y “despertarla” cuando hace falta que se ejecute.
Para lograr este objetivo el RTOS de CCS nos ofrece dos funciones RTOS_DISABLE( ) y RTOS_ENABLE( )

Al crear una tarea el RTOS la marca como activa (enable), y cuando comienza a ejecutarse el planificador de tareas la pondrá en la cola de ejecución para ejecutarla cuando le llega su turno. Sin embargo en muchas ocasiones notaremos que no hace falta ejecutar la tarea hasta que se cumplan ciertas condiciones.

Este es un mecanismo simple, que sin el uso del RTOS controlaríamos mediante una bandera (flag), y la implementación de una función a la cual llamaremos si se cumple la condición de su ejecución. 

Hasta el momento el RTOS no nos ofrece ninguna ventaja respecto al método tradicional, sin embargo combinemos esta característica con lo aprendido en el ejemplo de la entrega anterior y comprobaremos que si hay ventajas, y por cierto nada despreciables.

La ventaja principal con respecto al método tradicional consiste en que usted hace la consulta para comprobar si hay que ejecutar la función, sin embargo ahora solamente le dice al RTOS, habilita a la tarea tal y ponla a ejecutarse cuando le corresponda y se olvida de todos los problemas asociados respecto al tema de cuando le corresponde ejecutarse la tarea y demás. ¿Alguien se acuerda de los molestos temporizadores, banderas, registros y Dios sabe cuantos engendros de control de ejecución condicional para una función estándar?

De forma similar a como se le dice al planificador que la tarea tal debe ser ejecutada, podemos avisarle para que no la ejecute.

Veamos esto con un ejemplo:
Tenemos una aplicación en la que hemos colocado tres LEDs uno rojo en RB0, uno verde en RB1 y otro amarillo en RB2. Vamos a encender y apagar los LEDs con una frecuencia determinada y a intervalos regulares según el siguiente esquema:
Led Rojo parpadea con una frecuencia de 250ms por un período de 5s, el resto apagado
Led Verde parpadea con una frecuencia de 350ms por un período de 10s, el resto apagado
Led Amarillo parpadea con una frecuencia de 450ms por un período de 15s, el resto apagado
Todos los LED parpadean, cada uno con su frecuencia correspondiente durante 5s
Comezamos por el LED rojo nuevamente y repetimos el ciclo

Programa

La solución que les propongo es la siguiente:
3 tareas para controlar el parpadeo de cada LED y el tiempo que se ejecutan
1 tarea para controlar el tiempo en que todos los LEDs parpadean.

Tenemos un total de 4 tareas en la aplicación y el control de la ejecución será el siguiente:
Al inicio solamente la tarea LED_R estará habilitada, una vez que LED_R ha concluido inicia la tarea LED_V y se autodeshabilita.
Cuando LED_V concluye habilita LED_A y se autodeshabilita.
Cuando LED_V concluye habilita LEDS y se autodeshabilita.
Cuando LEDS se inicia por primera vez habilita LED_R, LED_V y LED_A cuando le toca de nuevo el turno se autodeshabilita y deshabilita a LED_V y LED_A
Veamos el código:
Código: C++
  1. #include "D:\Documentos\Projects\RTOS\RTOS.h"
  2. #use rs232(baud=9600,parity=N,xmit=PIN_C6,rcv=PIN_C7,bits=9)
  3. //Como el reloj de este micro se ha puesto a correr con 20MHz el Timer0 no tiene
  4. //mayor resolución que 10ms, es por eso que el tiempo mínimo de ejecución es de 10ms
  5. #use RTOS(timer=0, minor_cycle=10ms)
  6.  
  7. int1 iB0, iB1, iB2;
  8. int1 iLEDS = 0;
  9. int8 iCountR = 0;
  10. int8 iCountV = 0;
  11. int8 iCountA = 0;
  12. int8 iCount  = 0;
  13.  
  14. #task (rate=10ms, max=10ms)
  15. void Task_Disabler();
  16.  
  17. #task (rate=250ms, max=10ms)
  18. void LED_R();
  19.  
  20. #task (rate=350ms, max=10ms)
  21. void LED_V();
  22.  
  23. #task (rate=450ms, max=10ms)
  24. void LED_A();
  25.  
  26. #task (rate=5s, max=10ms)
  27. void LEDS();
  28.  
  29. void main()
  30. {
  31.    setup_timer_0(RTCC_INTERNAL|RTCC_DIV_1);
  32.    rtos_run();
  33.  
  34. }
  35.  
  36. //esta es una función truculenta porque las tareas no pueden crearse deshabilitadas
  37. //y no se pueden deshabilitar hasta que el RTOS esté funcionando. Lo considero una
  38. //deficiencia sustancial de este RTOS
  39. void Task_Disabler()
  40. {
  41.  rtos_disable(LED_V);
  42.  rtos_disable(LED_A);
  43.  rtos_disable(LEDS);
  44.  rtos_disable(Task_Disabler);
  45. }
  46.  
  47.  
  48. //cada tarea tiene un contador para llevar la cantidad de veces que se pasa por la
  49. //función y cuando se cumple el tiempo establecido entonces habilita y deshabilita
  50. //las tareas correspondientes
  51. void LED_R()
  52. {
  53.  
  54.   iB0 = !iB0;
  55.   output_bit( PIN_B0,  iB0);
  56.   if (iCountR++==20)
  57.      {
  58.        iCountR = 0;
  59.        rtos_disable(LED_R);
  60.        rtos_enable(LED_V);
  61.      }
  62. }
  63.  
  64.  
  65. void LED_V()
  66. {
  67.   iB1 = !iB1;
  68.   output_bit( PIN_B1,  iB1);
  69.   if (iCountV++==27)
  70.      {
  71.        iCountV = 0;
  72.        rtos_disable(LED_V);
  73.        rtos_enable(LED_A);
  74.      }
  75. }
  76.  
  77. void LED_A()
  78. {
  79.   iB2 = !iB2;
  80.   output_bit( PIN_B2,  iB2);
  81.   if (iCountA++==33)
  82.      {
  83.        iCountA = 0;
  84.        rtos_disable(LED_A);
  85.        rtos_enable(LEDS);
  86.      }
  87. }
  88.  
  89.  
  90. void LEDS()
  91. {
  92.   if(!iLEDS)
  93.    {
  94.      rtos_enable(LED_R);
  95.      rtos_enable(LED_V);
  96.      rtos_enable(LED_A);
  97.      iLEDS = 1;
  98.    }
  99.      else
  100.       {
  101.        rtos_disable(LED_V);  //Hay que habilitar y deshabilitar explícitamente
  102.        rtos_disable(LED_A);  //cada tarea sobre todo LED_R que debe continuar
  103.        rtos_disable(LEDS);   //ejecutándose otros 5 segundos más
  104.        rtos_enable(LED_R);
  105.        iCountR = 0;
  106.        iCountV = 0;
  107.        iCountA = 0;
  108.        iLEDS = 0;
  109.       }
  110. }
  111.  
  112.  
  113.  


Cuando corran y simulen el ejemplo verán que a veces los LEDs se quedan encendidos o apagados indistintamente, este es un problema del programa, ya que lo deseable sería que los LEDs se quedaran apagados cuando termina la función. Sin embargo lo he dejado así porque en el futuro vamos a ver cómo podemos hacer esto con las propias funciones del RTOS.

Como la vez anterior, les dejo de tarea hacerlo sin RTOS para ver como les queda, a mi llevó menos de dos horas elaborar el texto y escribir el código. Me imagino que sin RTOS me tardaría más de un día completo, consumiría un montón de páginas de explicación y otro montón para el código.

Este es un m'etodo simple, pero hay otros mucho más elaborados que iremos viendo poco a poco. La próxima entrega será yield() vs delay(), vamos a ver el método de las esperas eficientes. 

 3) Yield vs delay

 ¿Cuantas veces en nuestras aplicaciones tenemos que situar demoras para esperar la ocurrencia de un evento determinado? Por ejemplo, para eliminar rebotes en un teclado, esperar a que el conversor AD termine y quién sabe cuantas cosas más.
Normalmente estas demoras se hacen poniendo al procesador a decrementar contadores y dar saltos recursivos como si fuese un loco. Durante todo el tiempo de la demora, nuestro microcontrolador, estará ocupado en perder el tiempo, y es por eso que a este mecanismo se le llama espera ocupada.
Sin embargo un RTOS nos ofrece un conjunto de herramientas para eliminar este molesto inconveniente, el más sencillo de ellos es aquel que le permite a una tarea decirle al RTOS: ponme a dormir hasta que me toque de nuevo mi turno de ejecutarme. Para ese efecto el RTOS de CCS implementa la función rtos_yield().
Este mecanismo es muy bueno puesto que mientras la tarea “se duerme” nuestro microcontrolador puede dedicarse a realizar otras tareas útiles y hacer de la espera ocupada una espera eficiente. Para la tarea que está dormida esto no representa nada, a ella le da lo mismo ocupar al procesador en hacer nada que en hacer algo productivo, sin embargo no ocurre lo mismo para el resto de las tareas que están esperando que se les entregue el procesador.
Otro caso en que yield() nos puede ser útil es para entregar el procesador cuando nos hemos pasado de tiempo en la ejecución de alguna tarea. Ya sabemos que el RTOS de CCS es cooperativo, por lo que si una tarea consume más tiempo de la cuenta puede hacer que el sistema colapse, ya que hay que entregar explícitamente el procesador al RTOS para que se lo de a otra tarea.
Sin embargo con la función de las estadísticas habilitadas, podemos comprobar si alguna tarea se ha pasado de tiempo, y con ello implementar mecanismos adecuados para que la tarea en cuestión reajuste su dinámica y ceda el procesador oportunamente, para ello podemos auxiliarnos de la función rtos_overrun(). Esta función no tiene valor si se usa dentro de una tarea para comprobar si ella misma se ha pasado porque la actualización de las estadísticas se hace después de ceder el procesador, considero que esta es una de las debilidades de este RTOS, en ese sentido.
El uso de rtos_overrun(), debería poderse utilizar dentro de una misma tarea para comprobar si desde que me cedieron el procesador para ejecutar, me he pasado de tiempo o no y en consecuencia entregar el procesador al RTOS.
En el ejemplo que les traigo hoy vamos a emplear rtos_yield() para ceder el procesador y rtos_overrun() para conocer si una tarea se ha pasado de tiempo.
Sin embargo yield() no es una función realmente poderosa, al menos en este RTOS, porque pone a dormir a la tarea durante un período completo del valor rate, que especificamos al declarar la función como una tarea del RTOS, y eso en ocasiones no es lo que deseamos. Aún así es mejor que el procesador de nuestro PIC esté haciendo algo útil y no perdiendo el tiempo.
En las entregas futuras veremos otras funciones que nos ofrece este RTOS para hacer esperas más eficientes vinculadas al uso de recursos compartidos en nuestras aplicaciones. El uso eficiente del procesador, los recursos del sistema y la no linealidad en la ejecución de las tareas en un sistema que emplea SO, ha obligado a los diseñadores de SO a crear mecanismos para proteger los datos y hacer uso de esos recursos de forma ordenada y segura. Estos mecanismos se clasifican en dos grupos: La sincronización y la coordinación que comenzaremos a ver en la próxima entrega.
Ejemplo:
Implemente en un PIC16F877 una aplicación en la que se ejecuten tres tareas, con las siguientes características:
La tarea No. 1 Tendrá un contador el cual se incrementa en un lazo hasta que alcanza el valor de 1000. Cuando llegue a ese valor imprime el siguiente mensaje: “Tarea contadora completada” y además pone una bandera a 1, para indicar que ha concluido. Debe colocar en esta tarea código para que la tarea ceda el procesador en algún momento al RTOS. El tiempo máximo de ejecución de esta tarea es de 10ms y debe ejecutarse cada 30ms
La tarea No. 2 debe esperar a que la tarea No. 1 termine para enviar por el puerto serie un mensaje similar al de la tarea No. 1, sin embargo, esta tarea también enviará, por el puerto serie, un mensaje cada vez que le cede el procesador al RTOS. Esta debe ejecutarse en un tiempo de 10ms y debe ejecutarse cada 40ms
Por último, existe una tarea que se encarga de hacer parpadear un LED conectado en RB0, cada 100ms y enviar un menaje por el puerto serie en caso de que la Tarea 1 o la Tarea 2 se hayan pasado en algún momento de su tiempo de ejecución. El tiempo de procesador para esta tarea debe ser de 10ms
Código:
Código: C
#include "D:\Documentos\Projects\RTOS\RTOS.h"
#use rs232(baud=19200,parity=N,xmit=PIN_C6,rcv=PIN_C7,bits=9)
#use RTOS(timer=0, minor_cycle=10ms, statistics) //se utilizan las estadísticas
                                                  //hace falta para usar rtos_overrun() 
int32 iT1Counter = 0;
int1  bT1Flag = 0;
int1  bLed = 0;

#task (rate=30ms, max=10ms)
void Tarea1();

#task (rate=40ms, max=10ms)
void tarea2();

#task (rate=100ms, max=10ms)
void Tarea3();


void main()
{
   setup_timer_0(RTCC_INTERNAL|RTCC_DIV_1);
   rtos_run();

}


void Tarea1()
{
 bT1Flag = 0;
 for(iT1Counter = 0; iT1Counter <= 1000; iT1Counter++)
    { if(!(iT1Counter%100))  //mecanismo para ceder el procesador cada cierto tiempo
          rtos_yield(); //cuando la tarea entra en contexto se comienza a ejecutar
                        //la línea a continuación de esta
    } 

 printf("Tarea contadora completada\r");
 bT1Flag = 1; 
}


void tarea2()
{
  //Aunque esta tarea no tiene que preocuparse mucho por ceder el procesador
  //porque no tiene lazos infinitos o algo parecido puse de ejemplo tambien a
  //rtos yield
 if(bT1Flag)
    printf("Espera por Tarea1 concluida\r");
     else
      {
        printf("dormir T2\r");
        rtos_yield(); 
      }
}

void Tarea3()
{
  bLed = !bLed;
  output_bit( PIN_B0, bLed);
  if(rtos_overrun(Tarea1))  //Si las tareas se pasaron de su tiempo de ejecución
                            //se envían los mensajes por el pto serie
     printf("Tarea 1 overrun\r");
  if(rtos_overrun(Tarea2))
     printf("Tarea 2 overrun\r");
}

Como pueden observar, este ejemplo realmente no se corresponde con una aplicación que haga algo útil, sin embargo, me ha servido para ilustrar el uso de las funciones rtos_yield() y rtos_overrun() de la manera más sencilla que encontré. Las posibilidades de estas funciones están ahora en sus manos y en lo que sus cabezas puedan crear para ellas. Hay muchísimas aplicaciones en las que pueden ser útiles, sin embargo, ya el tema de los RTOS es bastante complicado como para meternos a hacer programas complejos que demuestren su uso.

El tiempo invertido para hacer el código y el texto, fue de 2:30 hrs, la decisión de que ejemplo utilizar me tomó más de un día.

4) Coordinar para no dañar

Hasta ahora hemos visto al RTOS como un elemento que nos ayuda a “simplificar” el código de nuestra aplicación. Por una parte, dejándole parte de la temporización de las tareas que debe realizar nuestra aplicación y por otra utilizando el tiempo de las demoras ocupadas para hacer que otras tareas ejecuten su código en ese tiempo. Sin embargo esas ventajas no son nada comparado con dos herramientas fundamentales que nos ofrecen los SO: la coordinación y la sincronización, de ellas hoy vamos a ver solamente una de ellas la coordinación.

La coordinación es un término en la programación para SO, que se basa en la protección de recursos compartidos, es un concepto orientado a evitar que diferentes tareas puedan acceder a los datos o recursos y poner al sistema en un estado inestable o inseguro. 

Ejemplos que ponen de manifiesto el problema de la coordinación hay muchísimos pero en aras de mantener el curso lo más sencillo posible y adecuarlo un poco más a las aplicaciones que normalmente se nos presentan yo utilizaré un problema más cercano a nuestro entorno.

El problemas de la coordinación también se conoce como el problema de la concurrencia o acceso concurrente a recursos, a mi me gusta llamarlo “coordinación” para establecer una mejor diferencia con respecto al otro mecanismo; el de la “sincronización” que veremos en la próxima entrega.

Destripando un poco más a la coordinación diremos que: la coordinación es el mecanismo que debe implementar un SO para asegurar el acceso seguro a recursos compartidos del sistema, y que no tiene en cuenta restricciones temporales. Con esto queda claro que proteger a los recursos de un acceso no seguro es lo más importante en la coordinación, no importa durante que tiempo alguien (una tarea) esté utilizando el recurso, hasta que no lo libere nadie más podrá utilizarlo.
Hay mecanismos de coordinación que implementan también el problema de la sincronización, que si tiene en cuenta el factor tiempo, pero el RTOS de CCS no los implementa. Esto puede considerarse una limitante o una ventaja, según el tipo de aplicación en que se vaya a utilizar. 

Un RTOS que implementa un mecanismo de coordinación con sincronización es el LMOS de Darukur, que veremos dentro de algún tiempo en este foro, debidamente documentado gracias a un proyecto que Darukur y un servidor, llevaremos a ustedes. Por el momento este simple cursillo es un buen método (no el único) para acercarse al mundo de los RTOS.
Veamos la coordinación con un ejemplo sencillo pero bien claro.

Supongamos que una madre ha comprado una camisa muy bonita, ella quería comprar dos, pero en la tienda solo había una así que decidió comprarla de todas formas. Cuando llegó a casa llama a sus hijos (ambos usan la misma talla de camisa), y les dice: “he comprado esta camisa, pero en la tienda solamente había una, así que deben compartirla como buenos hermanos”.

Las palabras de la madre no son alentadoras porque a ambos les gusta mucho la camisa y sin embargo deben compartirla, entonces la decisión de ambos es colocar la camisa en una percha, y cada vez que uno de los dos decida utilizarla se la ponga (dejando el perchero vacío). Pero hay una regla adicional, si cuando uno de los dos va a utilizar la camisa el otro ya se la llevó dejará una marca para indicarle al otro hermano que no podrá utilizar la camisa hasta que el que la marcó haya hecho uso de ella.

Este es un mecanismo en que los hermanos se han puesto de acuerdo para utilizar un recurso (la camisa), de manera compartida (porque es la única), de forma coordinada (para eso se pusieron de acuerdo e hicieron unas reglas simples).
Para implementar las reglas mostradas en el ejemplo anterior, el RTOS de CCS tiene dos funciones rtos_wait() y rtos_signal().

Para utilizar estas funciones primero hay que crear una variable entera que hará las funciones de percha y, que hablando con propiedad, se llama semáforo. El semáforo es el elemento que le permite a la tarea reclamar el recurso compartido o esperar por él si ya está en uso. Las funciones rtos_wait() y rtos_signal() se utilizan para marcar el momento de inicio y fin del código que utiliza el recurso compartido. A la sección de código que utiliza el recurso compartido se le conoce como sección crítica.

Veamos como funciona esto en términos de programación:
Usted crea una variable entera que será su semáforo o marcador de uso del recurso compartido.
El recurso compartido puede ser una o varias variables del sistema, en este caso el recurso compartido es un recurso de memoria. O puede ser un periférico del sistema, como es el caso del puerto serie o la memoria EEPROM, o cualquier otro.
rtos_wait() y rtos_signal() son los marcadores de inicio y fin del código que hace uso de nuestro recurso compartido.

Cuando se inicia el programa usted inicializa el semáforo en algún valor positivo que determina la cantidad de tareas que pueden utilizar el recurso al mismo tiempo, normalmente es uno para las tareas que modificarán el recurso compartido, mientras que para tareas que solamente leen datos puede que no se usen secciones críticas o se permita más de una tarea que acceda simultáneamente al recurso compartido.

Cuando una tarea llegue a la sección de código que hace uso del recurso compartido, debe, primero que nada, ejecutar la función rtos_wait(sem). Si el semáforo es mayor que cero, el RTOS decrementará la variable y permitirá que la tarea continúe su ejecución, sin embargo si el semáforo está en cero, el RTOS le quitará el procesador a la tarea y se lo cederá a otra que le toque ejecutarse. Cuando le corresponda nuevamente a la tarea que pidió el acceso al recurso compartido, el RTOS comprobará el estado del semáforo, si éste es mayor que cero, lo decrementará y le dará el procesador a la tarea para que se siga ejecutando, si no, volverá a dormir a la tarea hasta el próximo turno y así sucesivamente.

Al final del código de la sección crítica hay que colocar un rtos_signal(sem) para que el RTOS incremente el semáforo permitiendo que otra tarea pueda utilizar el recurso compartido.

El ejemplo de hoy es el siguiente:
Elabore un programa para un PIC16F877 que permita mantener actualizada la cantidad de botellas que hay en un tramo de cinta transportadora en una embotelladora. La cinta es alimentada desde un almacén de botellas que tiene un robot que incrementa la variable Cantidad cada vez que coloca una botella en la cinta, mientras que dos robots llenadores de cajas, decrementan en 12 la variable cantidad cada vez que toman 12 botellas de la cinta transportadora. Como es de suponer el robot despachador debe llenar la cinta más rápido de lo que los robots llenadores la vacían. En la próxima entrega utilizaremos la sincronización para resolver el problema de que la cinta se quede vacía o se llene demasiado rápido. Como datos adicionales suponga que el robot despachador despacha una botella cada 250ms y que los robots llenadores llenan una caja cada 6 segundos. El robot despachador está conectado a RB0 y cada vez que pone una botella en la cinta transportadora le da un pulso al microcontrolador para indicárselo. Los robots llenadores están conectados uno a RB1 y el otro a RB2 e igualmente dan un pulso al microcontrolador cada vez que despachan una caja. La duración del pulso es de 100ms.

Como es de suponer este problema lo podemos resolver de muchas maneras y lógicamente sin el uso de los RTOS, pero eso se los dejo de tarea. Además el mecanismo de notificación de cada robot es un poco deficiente, pero ese no es el tema de este curso, aunque en su momento pondremos un ejemplo mejor al respecto, cuando rescatemos a las interrupciones del olvido. 

Analicemos un poco en detalle el problema: Supongamos que la tarea asociada al robot despachador comienza a ejecutarse, lee el valor de la variable Cantidad, 100 botellas, y se va adormir esperando que el robot le notifique que ha puesto una botella en la cinta, en ese momento el RTOS le da permiso a la tarea del robot llenador 1 para que ejecute su código, ésta se da cuenta que el robot llenó una caja por lo que lee la variable Cantidad y le resta 12 botellas, quedando Cantidad = 88 botellas. Ahora le toca de nuevo a la tarea del robot despachador ejecutarse y como ya se despachó una botella le suma uno al valor previamente leído y actualiza la variable Cantidad, quedando 101 botellas, lo cual es falso.

Este ejemplo puede mejorarse semánticamente y evitarnos el uso de la sección crítica, todo ello gracias a que nuestro RTOS es cooperativo y en este caso, mientras la tarea esté ejecutándose tiene todos los recursos para ella sola hasta que entregue el procesador.

Por lo tanto podemos escribir el código de modo que no haya ningún rtos_yield() intercalado con el código que accede a un recurso compartido, de esta forma la tarea se asegura el uso exclusivo del recurso compartido… a no ser que aparezcan las interrupciones en la palestra y las cosa se complique. Sin embargo en un sistema de tiempo compartido (los hay para PIC, ejemplo de ellos es el FreeRTOS), donde no sabemos cuando el RTOS nos quitará el procesador el uso de secciones críticas es OBLIGATORIO, para evitar problemas como los mostrados, y por eso es importante que dominemos esta técnica.

Por otro lado el uso de Periféricos puede complicar más las cosas que el uso simple de la memoria y puede ocurrir que para ser eficientes estemos obligados a poner un rtos_yield() dentro del código de la sección crítica. Moraleja: aprenda a programar con secciones críticas o no programe con RTOS.

El código:
Código: C
#include "D:\Documentos\Projects\RTOS\RTOS.h"
#use rs232(baud=9600,parity=N,xmit=PIN_C6,rcv=PIN_C7,bits=9)
#use RTOS(timer=0, minor_cycle=10ms)
int8 semaphore; //Este es nuestro semáforo
int16 iCantidad; //Esta es la cantidad de botellas en la estera
                 //constituye nuestro recurso compartido
 
#task (rate=50ms, max=10ms)
void R_Despachador();
 
#task (rate=50ms, max=10ms)
void R_Llenador1();
 
#task (rate=50ms, max=10ms)
void R_Llenador2();
 
void main()
{   
   semaphore = 1; //Solo una tarea puede utilizar el recurso cada vez
   iCantidad = 100; //Inicializamos esta variable para tener algunas botellas en
                    //la estera.
   setup_timer_0(RTCC_INTERNAL|RTCC_DIV_1);
   rtos_run();
 
}
 
 
void R_Despachador()
{
 int Botellas;
 rtos_wait(semaphore); //Reclamamos el recurso y aquí comienza la secc crítica
 Botellas = iCantidad; //Leemos la cantidad de botellas a una variable temporal
 
 if(input(PIN_B0)==1) 
      {
        Botellas++;           //Ya sabemos que este código no es eficiente pero 
        iCantidad = Botellas;  //sí es didáctico y por eso lo he utilizado así.
      }
 
 rtos_signal(semaphore); //Liberamos el semáforo y aquí se acaba la sec crítica
 
 rtos_yield(); // A dormir por otros 100ms para evitar poner dos veces la misma botella
}
 
 
void R_Llenador1()
{
 rtos_wait(semaphore);
 if(input(PIN_B1)==1)
    iCantidad -= 12; //Este sí es un código lógico, pero entonces el despachador
                       //no nos daría problemas aunque nos vayamos a dormir dentro de
                       //la sección crítica.
     
 rtos_signal(semaphore);
 rtos_yield();
}
 
void R_Llenador2()
{
 rtos_wait(semaphore);
 if(input(PIN_B2)==1)
     iCantidad -= 12;
     
 rtos_signal(semaphore);
 rtos_yield();
}
 
 

Este programa lo simulé en Proteus poniendo en RB0 una fuente digital de tipo pattern con los siguientes parámetros: 
First Edge at (Secs)=1
Desmarcar el check mark: Equal Mark/Space Timing?
‘Mark’ Time (Secs) = 100m
‘Sapce’ Time(Secs) = 150m
Marcar el check mark: Continuos Secuence of Pulses
Marcar el check mark: Standard Hig-Low Pulse Train
Para RB1 y RB2 se utiliza una fuente del mismo tipo con los siguientes parárametros cambiados
Para RB1:
First Edge at (Secs)=5
‘Mark’ Time (Secs) = 100m
‘Sapce’ Time(Secs) = 5.9
Para RB2:
First Edge at (Secs)=7
‘Mark’ Time (Secs) = 100m
‘Sapce’ Time(Secs) = 5.9
Simulen y vean como cada vez que se pasa por rtos_wait() y si el semáforo es mayor que cero, se decrementa y se entra en la sección crítica, si el semáforo es 0 entonces la tarea espera a que esté disponible el recurso (semáforo>0) para ejecutar el código de la sección crítica.

5) En sus marcas, listos e inicio!!!

Un momento, un momento, no tan rápido que, hay una salida en falso del corredor del carril No. 2.
En un caso como el anterior diríamos que ha fallado la sincronización de los corredores en el arranque, y la sincronización es el tema que vamos a tratar hoy en nuestro cursillo de los RTOS para uC.
En el mundo de los uC es frecuente la utilización de demoras para esperar a que ocurran ciertos hechos o eventos, para en consecuencia hacer algo. La duración de estas demoras puede ser conocida, como en el caso de esperar a que una LCD coloque los datos en determinados registros antes de enviarle otro dato, o esperar a que la USART saque un dato que está transmitiendo antes de poder escribir nuevamente en el registro de transmisión; sin embargo también son frecuentes aquellas esperas en las que no sabemos cuanto podemos demorarnos.
En los casos en que no conocemos cuanto debemos esperar se pueden utilizar las interrupciones, pero en los uC no tenemos interrupciones ilimitadas ni tampoco existe una biblioteca de mecanismos de interrupción disponibles para todos los casos que se nos presentan. Es por estas razones que muchas veces esperamos a la ocurrencia de estos eventos haciendo suposiciones y blandiendo demoras.
Para la implementación de demoras existen varios mecanismos más o menos eficientes, sin embargo un SO no nos ofrece este tipo de mecanismos que podemos llamar un poco primitivos. Para la implementación de demoras eficientes los SO han creado los mecanismos de sincronización de procesos.
En la entrega anterior vimos la coordinación, en realidad los autores de los libros más reconocidos en el tema de los SO, han llamado a estos mecanismos y al que veremos hoy, “mecanismos de sincronización de procesos”, pero a mi me gusta distinguir entre aquellos que se dedican especialmente a implementar esperas eficientes para la protección de recursos, de aquellos que se dedican a implementar esperas eficientes para eventos por los cuales un proceso debe esperar antes de continuar su ejecución. Notemos que en ambos casos la tarea o proceso debe esperar, pero no en todos los casos la espera tiene la misma naturaleza, en uno esperamos por un recurso físico al que queremos acceder y que no está disponible, en el otro esperamos a que se produzcan ciertos hechos que determinan el “estado” del sistema.
Vamos a utilizar como referencia el problema anterior para ver el mecanismo de la sincronización en ejecución. Supongamos ahora que le hemos colocado a nuestros robots una entrada que cuando está en nivel bajo le indica al robot que no coloque o extraiga botellas de la cinta transportadora. Con este mecanismo simple vamos a tratar, por un lado, de evitar que el robot despachador de botellas llene demasiado la cinta y por el otro que los robots llenadores de cajas traten de llenar las cajas cuando no hay suficientes botellas en la cinta transportadora. Es decir, vamos sincronizar el proceso de llenado/vaciado de la cinta transportadora. Las ventajas de esto son evidentes, por ejemplo: si el robot llenador no tiene botellas que poner en la cinta los robots llenadores trabajarán hasta que la cantidad de botellas se lo permita; si los robots llenadores dejan de trabajar, entonces el robot despachador trabajará hasta que llene la cinta transportadora.
Para lograr lo anterior, vamos a poner que la cantidad máxima de botellas que pueden estar en la cinta es de 100 y que la cantidad mínima de botellas es 24, por lo que cada una de las tareas que atiende a los robots deberá, además de llevar la actualización del total de botellas en la cinta, indicarle a los robots que se detengan cuando la cantidad de botellas en la cinta esté fuera del rango especificado. Además vamos a utilizar el puerto serie para Tx la cantidad de botellas que hay en la cinta en cada momento.
Las entradas a los robots (salidas de nuestro PIC) las hemos colocado en los pines RB3..RB5, en RB3 al robot despachador, en RB4 al robot llenador1 y en RB5 al robot llenador2
Para hacer la sincronización de tareas el RTOS de CCS nos ofrece una sola función, aunque parezca poco esta función es bien poderosa, vamos a verla con más detenimiento. La función se llama rtos_await(expr) lo que tienes que pasarle es una expresión lógica que la función evaluará, si esta resulta verdadera entonces continúas la ejecución normal de tu programa, si te devuelve falso, entonces rtos_await() le cederá el procesador al RTOS y la tarea quedará bloqueada hasta que exp se cumpla para entonces continuar en la línea siguiente a la llamada a la función.
Ahora bien, es cierto que esta función es poderosa y simple, pero eso implica que tenemos que saber donde ponerla, ya que si no evaluamos bien nuestras expresiones o no colocamos la función en el lugar adecuado, estaremos sometiéndonos a riesgos durante la ejecución de nuestro código. Por ejemplo puede ocurrir que alguna tarea se quede bloqueada esperando por siempre a que la expresión lógica se evalúe de verdadera y esto nunca ocurra o que la expresión esté mal diseñada y la tarea no se bloquee cuando haga falta. Bien todos esos problemas los veremos más adelante cuando la señorita Némesis (diosa griega de la venganza y la fortuna) haga acto de presencia para echarnos a perder toda la dicha que los RTOS traen al mundo de la programación con uC.
He puesto el código fuente y la simulación con Proteus en la siguiente dirección: Código fuente y simulación cuando corran el ejemplo noten como la cantidad de botellas en la cinta va descendiendo hasta que al llegar a las 24 botellas, después la cantidad de botellas en la cinta se mantendrá más o menos sobre las 20 y nunca por debajo de 12. Las compuertas AND de conjunto con las formas de onda hacen la función de los robots.

Código: C++
#include "D:\Documentos\Projects\RTOS\RTOS.h"
#use rs232(baud=9600,parity=N,xmit=PIN_C6,rcv=PIN_C7,bits=9)
#use RTOS(timer=0, minor_cycle=10ms)
int8 semaphore; //Este es nuestro semáforo
int16 iCantidad; //Esta es la cantidad de botellas en la estera
                 //constituye nuestro recurso compartido
 
#task (rate=50ms, max=10ms)
void R_Despachador();
 
#task (rate=50ms, max=10ms)
void R_Llenador1();
 
#task (rate=50ms, max=10ms)
void R_Llenador2();
 
void main()
{
   semaphore = 1; //Solo una tarea puede utilizar el recurso cada vez
   iCantidad = 120; //Inicializamos esta variable para tener algunas botellas en
                    //la estera, normalmente deberiamos tener un sensor que nos reporte
                    //en algun momento el total de botellas en la cinta, ya que un
                    //robot revisor de llenado o una persona puede retirar botellas
                    //de la cinta
 
   //Al comenzar todos los robots estan deshabilitados
   output_bit( PIN_B3, 0);
   output_bit( PIN_B4, 0);
   output_bit( PIN_B5, 0);
 
   setup_timer_0(RTCC_INTERNAL|RTCC_DIV_1);
   rtos_run();
 
}
 
 
void R_Despachador()
{
 //Note como hacemos la sincronizacion fuera de la seccion critica, mas adelante veremos
 //que esto no siempre es posible hacerlo o que las cosas se complican un poco mas
 //de lo que hemos visto hasta ahora.
 rtos_await(iCantidad<100); //Esperemos a que se vacie un poco la cinta
 
 output_bit( PIN_B3, 1); //A partir de aqui, si no se podia antes,  poner botellas
 
 rtos_wait(semaphore); //Reclamamos el recurso y aquí comienza la secc crítica
 
   if(input(PIN_B0)==1)
        iCantidad++;  //sí es didáctico y por eso lo he utilizado así.
 
   if(iCantidad >= 100)
       output_bit( PIN_B3, 0); //Le decimos al robot despachador que no ponga mas botellas
 
 rtos_signal(semaphore); //Liberamos el semáforo y aquí se acaba la sec crítica
 
 printf("%3.0w \r",iCantidad);
 rtos_yield(); // A dormir por otros 50ms para evitar poner dos veces la misma botella
}
 
 
void R_Llenador1()
{
  //El robot debe esperar a que la cinta tenga suficientes botellas para sacar antes
  //de comenzar a trabajar.
  rtos_await(iCantidad>24); //Esperemos a que se llene un poco la cinta
  output_bit( PIN_B4, 1); //A partir de aqui, si no se podia antes, sacar botellas
 
 rtos_wait(semaphore);
 
 if(input(PIN_B1)==1)
    iCantidad -= 12;
 
 if(iCantidad <= 24)
    output_bit( PIN_B4, 0); //Le decimos al robot que no saque mas botellas
 
 rtos_signal(semaphore);
 
 printf("%3.0w \r",iCantidad);
 rtos_yield(); // A dormir por otros 50ms para evitar poner dos veces la misma botella
 
}
 
void R_Llenador2()
{
 rtos_await(iCantidad>24); //Esperemos a que se llene un poco la cinta
 output_bit( PIN_B5, 1); //A partir de aqui, si no se podia antes, sacar botellas
 
 rtos_wait(semaphore);
 
 if(input(PIN_B2)==1)
     iCantidad -= 12;
 
 if(iCantidad <= 24)
    output_bit( PIN_B5, 0); //Le decimos al robot que no saque mas botellas
 
 rtos_signal(semaphore);
 
 printf("%3.0w \r",iCantidad);
 rtos_yield();
}
 

Hasta ahora solamente hemos visto ventajas del uso de los RTOS, sin embargo el uso de estas herramientas presupone un montón de complicaciones que he tratado de no mostrar hasta el momento, en aras de mostrar lo útil que puede ser un RTOS, pero aún con esas complicaciones el uso de los RTOS sigue siendo una bendición para cualquier desarrollador de sistemas con uC. Simplemente tendremos que ser un poco más cuidadosos con la semántica de nuestros programas y pensar un poco más en la concepción y modelación de las soluciones a nuestros problemas.
En la próxima entrega vamos a ver el uso de las funciones para el paso de mensajes entre tareas, que es otra de las ventajas que los RTOS traen al mundo de la programación para uC y cuando terminemos de ver todas esas cosas buenas comenzaremos a estudiar las desgracias y cómo enfrentarlas.

6) RTOS mail (Comunicación inter-procesos)

Hasta el momento solamente hemos visto mecanismos que nos permiten simplificar el diseño de nuestros programas, pero hoy vamos a ver una nueva potencialidad de los RTOS que es una cuestión realmente novedosa en cuanto la visión de la programación para uC a la cual estamos acostumbrados.

Cuando hacemos una llamada a una función, es frecuente pasarle algún parámetro para que esta pueda hacer su tarea, mientras la función trabaja, nuestro programa espera pacientemente a que la función retorne y nos devuelva el resultado, que puede ser un valor de retorno, un arreglo cambiado o simplemente el cambio en el estado de algún periférico o salidas del uC.

El párrafo anterior describe lo que hace nuestro programa cuando llamamos a una función, sin embargo nunca hemos visto que una función le envíe un dato a otra (no en la llamada a la función, sino fuera de ésta) para que cuando le toque ejecutarse tome esos valores y los procese, y si hay que devolver algún resultado entonces que nos envíe un acuse de recibo. Es lógico que un mecanismo como el que acabo de describir no se utilice en las técnicas de programación anterior porque la ejecución secuencial del código presupone que no se requiera de un mecanismo como este.

Lo más cercano al método descrito en el poner datos en algún lugar para que una función lo procese es el uso de las interrupciones, éstas deben procesar rápidamente el evento de interrupción y pude que pongamos el dato en algún lugar y levantemos una bandera para que cuando a la función encargada de procesar los datos le toque ejecutarse lea la bandera, procese los datos y coloque la bandera en el estado que notifica que ya se procesó, no para notificar a otra función sino para notificárselo a ella misma, no vaya a ser que cuando le toque ejecutarse nuevamente procese los mismos resultados nuevamente o haga algo indebido.

Un ejemplo de lo anterior puede se el uso del conversor AD, en algún lugar del programa lo mandamos a convertir; una vez hecha la conversión se produce una interrupción que es atendida en la correspondiente subrutina de atención a esa interrupción; leemos el dato lo ponemos en una variable e incrementamos un contador. Posteriormente le toca ejecutarse a la función que promedia los resultados, ésta comprueba si hay, digamos 200 muestras, si las hay hace el cálculo que pone en otra variable y deja el contador en cero. Este mecanismo es eficaz porque se ha utilizado durante mucho tiempo, pero los RTOS brindan una solución elegante para hacer esto en el contexto de la ejecución de tareas.

Estos mecanismos pueden funcionar también entre funciones pero tendremos el problema de tratar con un montón de estructuras de datos, banderas y contadores, complejas expresiones lógicas a procesar… ¿se acuerdan de eso?

Ahora imagínense hacer todo lo anterior cuando, en vez de llamadas a funciones metidas dentro de un código que se ejecuta más o menos estructuradamente, lo que tenemos es unas cuantas tareas de las que no tenemos un control de cuando ni como se ejecutarán. Realmente puede ser una verdadera pesadilla hacer un programa productivo, y es por ello que los RTOS nos ofrecen un poderoso mecanismo para hacer eso, y como siempre, este mecanismo también es relativamente simple.

Para hacer lo anterior los RTOS implementan un mecanismo de mensajes. Sí, amigos míos, un RTOS implementa una función similar a la de los correos.

El funcionamiento de ese mecanismo es simple, cuando una tarea o subrutina de atención a interrupciones necesita notificarle algo a otra tarea llama a una función que pone el dato en la cola de la tarea en cuestión, cuando a la tarea que recibió el mensaje le toca ejecutarse debe, en algún lugar consultar su cola de mensajes, si hay mensajes debe leerlos y procesarlos, como pueden ver este mecanismo es bastante parecido a lo que hacemos habitualmente.

Si yo quiero pasarles un mensaje, este post por ejemplo:
  • lo escribo, este es el equivalente a realizar una tarea
  • lo mando al foro, este es el equivalente a ponerlo en la cola de mensajes del hilo sobre RTOS
  • ustedes llegan y consultan si hay mensajes nuevos en el hilo, por supuesto llegan cuando su tarea de leer el foro está activa
  • si hay un mensaje nuevo, normalmente tratarán de leerlo y poner en práctica los nuevos conocimientos
  • si se sienten impresionados, me escribirán un mensaje a mi correo privado, dándome un acuse de recibo (no hagan esto si no es estrictamente necesario, no vaya a ser que me vuelvan loco)

Aquí se ha puesto de manifiesto un ejemplo del sistema de mensajes más simple utilizado por un SO: elaborar y enviar de una parte y consultar si hay un mensaje,procesar y enviar acuse de recibo si es necesario de la otra parte.

Todo esto está muy bien. Pero yo quiero código y ejemplos de verdad. 
Vale no nos ofusquemos, primero entender bien el concepto, luego ponerlo en práctica. 

Lo primero que tenemos que hacer es decirle al compilador que le cree una cola de mensajes a aquella tarea a la cual queremos pasarle mensajes, para eso tenemos el parámetro queue, dentro de la directiva #task, con este parámetro le indicamos al RTOS que reserve memoria y cree una cola de mensajes para la tarea, la declaración de una tarea con cola de mensajes sería como sigue:
Código: C++
  1. #task(rate = 1s, max=20ms, queue=5)
  2. void Tarea1(void);

En la declaración de la tarea el parámetro queue = 5, le dice al compilador que cree una cola de 5 bytes para la Tarea1.

Para el envío y recepción de mensajes tenemos las siguientes funciones:
RTOS_MSG_SEND( )
RTOS_MSG_POLL( )
RTOS_MSG_READ( )

RTOS_MSG_SEND(task, byte); permite enviar un byte de datos a la cola de mensajes de una tarea. Esta es la única función del RTOS de CCS que puede llamarse desde fuera de una tarea, lo que permite que desde una subrutina de atención a interrupción se le envíen mensajes a una tarea. El parámetro task es para el nombre de la tarea y byte es un dato de 8 bits (un char o un int8), así que si queremos enviar un float o una estructura tendremos que descomponer antes ese dato en bytes y luego componerlos cuando la cola de mensajes sea leída.

int RTOS_MSG_POLL(); es la función que permite a una tarea conocer si tiene mensajes en su cola de mensajes, no se puede llamar desde otra tarea para conocer cuantos mensajes tiene la tarea fulana. Devuelve en un entero la cantidad de bytes ocupados dentro de la cola de mensajes.

int8 RTOS_MSG_READ(); permite leer un byte de la cola de mensajes. Cuando se ejecuta esta función se lee el byte y se saca de la cola, por lo que si el dato se pierde no se podrá recuperar, si se llama a la función y no hay mensajes en la cola se pueden obtener datos falsos.

En el ejemplo que hemos estado viendo sobre la embotelladora, vamos a incluir un servicio especial para balancear la cantidad de botellas que hay dentro de la cinta transportadora, para ello pondremos una tarea adicional que recibirá de las otras tareas el estado de la cantidad de botellas dentro de la cinta. Si la cinta se está vaciando demasiado rápido, esta tarea se encargará de inhabilitar los robots llenadores de cajas, si se está llenando muy rápido pues entonces se deshabilita al robot que despacha botellas hacia la cinta.

Para lograr esto cada vez que un robot ejecuta la tarea de llenado de cajas o despacho de botellas le notifica a la tarea reguladora la cantidad de botellas que hay en la cinta, con este mecanismo evitamos que la tarea supervisora tenga que leer el recurso compartido iCantidad, y que tenga que sincronizarse con los robots. La cola de mensajes tendrá dos bytes (aunque solo se necesita uno, después explico por que hacen falta dos) donde se reflejará la última escritura realizada por cualquiera de los tres robots. Además, delegaremos en esta tarea la transmisión de la cantidad de botellas que hay en la cinta. La cantidad media de botellas a tener en la cinta es 50.

Código: C++
  1. #include "D:\Documentos\Projects\RTOS\RTOS.h"
  2. #use rs232(baud=9600,parity=N,xmit=PIN_C6,rcv=PIN_C7,bits=9)
  3. #use RTOS(timer=0, minor_cycle=10ms)
  4. int8 semaphore; //Este es nuestro semáforo
  5. int8 iCantidad; //Esta es la cantidad de botellas en la estera
  6.                  //constituye nuestro recurso compartido
  7.  
  8.  
  9. #task (rate=50ms, max=10ms)
  10. void R_Despachador();
  11.  
  12. #task (rate=50ms, max=10ms)
  13. void R_Llenador1();
  14.  
  15. #task (rate=50ms, max=10ms)
  16. void R_Llenador2();
  17.  
  18. #task (rate=1s, max=10ms, queue=2) //la cola tiene 2 byte aunque solamente necesitamos 1
  19. void Supervisor();
  20.  
  21. void main()
  22. {
  23.    semaphore = 1; //Solo una tarea puede utilizar el recurso cada vez
  24.    iCantidad = 120; //Inicializamos esta variable para tener algunas botellas en
  25.                     //la estera, normalmente deberiamos tener un sensor que nos reporte
  26.                     //en algun momento el total de botellas en la cinta, ya que un
  27.                     //robot revisor de llenado o una persona puede retirar botellas
  28.                     //de la cinta
  29.  
  30.    //Al comenzar todos los robots estan deshabilitados
  31.    output_bit( PIN_B3, 0);
  32.    output_bit( PIN_B4, 0);
  33.    output_bit( PIN_B5, 0);
  34.  
  35.    setup_timer_0(RTCC_INTERNAL|RTCC_DIV_1);
  36.    rtos_run();
  37.  
  38. }
  39.  
  40.  
  41. void R_Despachador()
  42. {
  43.  //Note como hacemos la sincronizacion fuera de la seccion critica, mas adelante veremos
  44.  //que esto no siempre es posible hacerlo o que las cosas se complican un poco mas
  45.  //de lo que hemos visto hasta ahora.
  46.  rtos_await(iCantidad<100); //Esperemos a que se vacie un poco la cinta
  47.  
  48.  output_bit( PIN_B3, 1); //A partir de aqui, si no se podia antes,  poner botellas
  49.  
  50.  rtos_wait(semaphore); //Reclamamos el recurso y aquí comienza la secc crítica
  51.  
  52.    if(input(PIN_B0)==1)
  53.         iCantidad++;  //sí es didáctico y por eso lo he utilizado así.
  54.  
  55.    if(iCantidad >= 100)
  56.        output_bit( PIN_B3, 0); //Le decimos al robot despachador que no ponga mas botellas
  57.  
  58.  rtos_msg_send(Supervisor, iCantidad); //Enviamos un mensaje con la cant de botellas
  59.  
  60.  rtos_signal(semaphore); //Liberamos el semáforo y aquí se acaba la sec crítica
  61.  
  62.  rtos_yield(); // A dormir por otros 50ms para evitar poner dos veces la misma botella
  63. }
  64.  
  65.  
  66. void R_Llenador1()
  67. {
  68.   //El robot debe esperar a que la cinta tenga suficientes botellas para sacar antes
  69.   //de comenzar a trabajar.
  70.   rtos_await(iCantidad>24); //Esperemos a que se llene un poco la cinta
  71.   output_bit( PIN_B4, 1); //A partir de aqui, si no se podia antes, sacar botellas
  72.  
  73.  rtos_wait(semaphore);
  74.  
  75.  if(input(PIN_B1)==1)
  76.     iCantidad -= 12;
  77.  
  78.  if(iCantidad <= 24)
  79.     output_bit( PIN_B4, 0); //Le decimos al robot que no saque mas botellas
  80.  
  81.  rtos_msg_send(Supervisor, iCantidad);  //Enviamos un mensaje con la cant de botellas
  82.  
  83.  rtos_signal(semaphore);
  84.  
  85.  rtos_yield(); // A dormir por otros 50ms para evitar poner dos veces la misma botella
  86.  
  87. }
  88.  
  89. void R_Llenador2()
  90. {
  91.  rtos_await(iCantidad>24); //Esperemos a que se llene un poco la cinta
  92.  output_bit( PIN_B5, 1); //A partir de aqui, si no se podia antes, sacar botellas
  93.  
  94.  rtos_wait(semaphore);
  95.  
  96.  if(input(PIN_B2)==1)
  97.      iCantidad -= 12;
  98.  
  99.  if(iCantidad <= 24)
  100.     output_bit( PIN_B5, 0); //Le decimos al robot que no saque mas botellas
  101.  
  102.  rtos_msg_send(Supervisor, iCantidad); //Enviamos un mensaje con la cant de botellas
  103.  
  104.  rtos_signal(semaphore);
  105.  
  106.  rtos_yield();
  107. }
  108.  
  109. void Supervisor()
  110. {
  111.  int8 iBotellas;
  112.   rtos_await(rtos_msg_poll()>0);  //Esperamos a que haya algun mensaje en la cola
  113.  
  114.  
  115.  iBotellas = rtos_msg_read(); //Leemos el mensaje
  116.  
  117.  //Lo que hacemos ahora es comprobar la cantidad de botellas que hay en la estera
  118.  //y en funcion de eso habilitamos y deshabilitamos las tareas y los robots que hacen falta
  119.  //para controlar la cantidad de botellas en la estera
  120.  if(iBotellas > 50)
  121.    {
  122.  
  123.      output_bit( PIN_B3, 0); //No despachar mas botellas
  124.      rtos_disable(R_Despachador);
  125.  
  126.      rtos_enable(R_Llenador1);
  127.      rtos_enable(R_Llenador2);
  128.  
  129.    }
  130.   else
  131.    {
  132.     rtos_enable(R_Despachador);  //No llenar mas cajas
  133.  
  134.     output_bit( PIN_B4, 0);
  135.     rtos_disable(R_Llenador1);
  136.  
  137.     output_bit( PIN_B5, 0);
  138.     rtos_disable(R_Llenador2);
  139.    }
  140.  
  141.  
  142.  printf("%3.0w \r",iBotellas);  //Transmitir la cantidad de botellas
  143.  
  144. }
  145.  
  146.  
  147.  

Este programa se puede simular con el mismo fichero de Proteus que publiqué en el post anterior, noten como la cantidad de botellas en la cinta transportadora se mantiene sobre las 50 botellas. En el caso de la cola de mensajes deben especificar n+1 bytes de los que necesiten, la razón no la conozco pero con 1 byte no funciona, debe ser algún problema de la implementación de CCS o alguna limitación de los PIC que obliga a ello.

Bueno espero que les sirva.

7) ¡Interrupciones!

La oración anterior me hace parecer súper héroe. Aunque yo no lo sea, pero con un RTOS y la técnica que veremos hoy, puedo considerarme uno de ellos, al menos en la programación de microcontroladores, y después de hoy, todos podemos aspirar a ser un RTOS PIC SÚPER-HÉROE.

En la entrega anterior estudiamos el paso de mensajes, pero solamente vimos el paso de mensajes entre tareas, esta posibilidad de los RTOS es poderosa y además es el mejor método para pasar información de una tarea a otra, por su sencillez. El paso de mensajes es una necesidad de los SO, porque como expliqué, las tareas no son como las funciones, a las cuales un segmento de código llama y se queda esperando hasta que la función retorna. Entonces como no sabemos en que momento una tarea entrará en su contexto, hay que crear un mecanismo eficiente para que trabaje con los datos que debe servir otra parte del código.

Además de lo anterior, durante todo el cursillo, no hemos visto ni utilizado ninguna interrupción y eso, desde mi punto de vista, no es nada bueno. Los procesos de interrupción nos permiten atender con eficiencia procesos asincrónicos como la conversión analógica, la escritura en memorias EEPROM, las interrupciones externas, la recepción de datos por la USAR, el PSP o el MSSP y también procesos sincrónicos como los que producen los temporizadores.

Pero el uso de un RTOS, nos plantea un dilema con el uso de las interrupciones, ya que en principio cuando utilizamos un RTOS estamos imponiendo que las tareas se van a ejecutar más o menos cada cierto tiempo o que estarán bloqueadas en espera de algo. Por lo tanto, si deseamos que una tarea atienda un proceso asincrónico, ésta debe hacerlo por encuesta, es decir cuando le toque ejecutarse debe comprobar si hay información que procesar. Por otro lado, las interrupciones cuando ocurren, deben ser atendidas en el instante y no cuando al RTOS considere que deben ser atendidas.

Ahora tenemos por un lado una herramienta que nos obliga a utilizar los mecanismos de encuesta, el RTOS, pero que nos ayuda a crear código robusto, eficiente y con velocidad, ventajas nada despreciables. Por otro tenemos un mecanismo para atender procesos que no pueden esperar mucho tiempo en ser atendidos o se corre el riesgo de perder la información, y perder datos es inaceptable para un sistema embebido. Entonces: ¿cómo hacer para aprovechar de las ventajas de ambos?

Para solucionar este problema los RTOS deben permitir que desde una ISR (subrutina de atención a interrupción) podamos pasarle mensajes a cualquier tarea que lo requiera. Vamos a ver esta ventaja con un ejemplito simple.

Supongamos que tenemos una aplicación que tiene varias tareas, entre ellas hay una dedicada a atender la recepción de datos por el puerto serie, ésta tarea se ejecuta con una frecuencia que permite procesar los datos que llegan desde el puerto serie. Un método para hacerlo sería, que cada vez que a la tarea le toque ejecutarse, ésta compruebe si ha llegado un dato al puerto serie para tomarlo y procesarlo. Eso está bien, pero que pasa si mientras la tarea está esperando su turno de ejecutarse llega más de un dato al puerto serie, por supuesto que se perderán datos y esto si que no podemos permitirlo.

La solución al problema anterior es separar la atención de la llegada de datos al puerto serie del procesamiento de los datos recibidos, para ello dejamos en manos de una ISR la lectura del registro de datos y el control de los registros de estado del puerto serie y que la tarea se encargue, cada cierto tiempo, de procesar la información recibida.

El método anterior se puede implementar si el RTOS permite el paso de mensajes desde una ISR hacia una tarea del RTOS, invocando una función adecuada. De esta forma cuando se produzca la interrupción y nos vayamos hasta la ISR, lo que tenemos que hacer es leer el dato y mandarle un mensaje a la tarea, si llega otro dato lo leemos y lo mandamos y así sucesivamente, si la tarea tiene una cola de mensajes suficientemente larga, no debemos perder datos en la recepción por el puerto serie, aún cuando la tarea se ejecute con una frecuencia menor que la de recepción de datos en el puerto serie.

En el ejemplo de hoy vamos a hacer con RTOS algo parecido a lo que hace la función gets(), con la diferencia de que en vez de quedarnos como tontos esperando a que llegue el carácter de fin de línea o retorno de línea vamos a ceder el procesador cada vez que comprobemos que no ha llegado el carácter de terminación adecuado.

Para la implementación utilizaremos dos PIC16F877, en uno de ellos pondremos un programa que envía una cadena por el puerto serie hasta el otro PIC con una frecuencia de 3 segundos. El PIC que recibe los datos, implementa esta funcionalidad mediante la interrupción de la USART, los cuales pone en la cola de una tarea, la cual va reconstruyendo la cadena, hasta que esta está completa y entonces también la envía por su USART.

Este es el código del PIC que envía la cadena
Código: C++
  1. #include "D:\Documentos\Projects\RTOS\RTOS.h"
  2. #use rs232(baud=9600,parity=N,xmit=PIN_C6,rcv=PIN_C7,bits=9)
  3. #use RTOS(timer=0, minor_cycle=10ms)
  4.  
  5. int8 iBuffer; //Indice en el buffer para ir llenandolo
  6.  
  7. #task (rate=3s, max=10ms) //Creamos una cola con 10 bytes utiles
  8. void Serial();
  9.  
  10.  
  11. void main()
  12. {
  13.    setup_timer_0(RTCC_INTERNAL|RTCC_DIV_1);
  14.  
  15.    rtos_run();
  16. }
  17.  
  18.  
  19. void Serial()
  20. {
  21. printf("Prueba\n");
  22. }
  23.  
  24.  


y este el del PIC que recibe y retransmite la cadena
Código: C++
  1. #include "D:\Documentos\Projects\RTOS\RTOS.h"
  2. #use rs232(baud=9600,parity=N,xmit=PIN_C6,rcv=PIN_C7,bits=9)
  3. #use RTOS(timer=0, minor_cycle=10us)
  4.  
  5.  
  6.  
  7. char cBuffer[17] ; //Aqui guardamos el texto a enviar por el puerto serie
  8. int8 iBuffer; //Indice en el buffer para ir llenandolo
  9.  
  10.  
  11. #task (rate=100us, max=10us, queue = 3) //Creamos una cola con 2 bytes utiles
  12. void Serial();
  13.  
  14. void main()
  15. {
  16.    setup_timer_0(RTCC_INTERNAL|RTCC_DIV_1);
  17.    enable_interrupts(GLOBAL);
  18.    enable_interrupts(INT_RDA);
  19.  
  20.    rtos_run();
  21. }
  22.  
  23.  
  24. void Serial()
  25. {
  26.   char cDato;
  27.   rtos_await(rtos_msg_poll());  //Esperamos hasta que haya algun dato en cola
  28.  
  29.  
  30.   while(rtos_msg_poll())  //Procesamos la cola completa
  31.    {
  32.      cDato = rtos_msg_read();
  33.      cBuffer[iBuffer] = cDato;
  34.      iBuffer++;
  35.    }
  36.  
  37.  
  38.      if(iBuffer == 16 || cDato == '\n') //Si esta toda la cadena la enviamos
  39.         {
  40.          printf("%s\r", cBuffer);
  41.          iBuffer = 0;
  42.         }
  43. }
  44.  
  45.  
  46. #INT_RDA
  47. void fINT_RDA(void)
  48. {
  49.  rtos_msg_send(Serial, getc());  //Tomamos el dato del buffer y lo ponemos en la cola
  50. }
  51.  
  52.  


Aquí está el fichero con los programas y la simulación en proteus: RTOS_ISR

Como verán en la implementación de estos programas he puesto al PIC que retransmite los datos a ejecutar su tarea que procesa los datos recibidos por el puerto serie con una frecuencia mucho mayor que la del PIC que le envía los datos, incluso es mucho más rápida que la velocidad de transmisión recepción de los mensajes, esto me permite tener una cola muy pequeña y que los mensajes no se pierdan.

Yo les aconsejo que jueguen con la frecuencia de ejecución de la tarea, (parámetro rate en la declaración #task) en el PIC que retransmite, y el tamaño de la cola, verán como la cadena a veces se corta, en ocasiones el PIC no retransmite nada. Pero esto les dará una idea de cómo funciona el mecanismo.

Si por ejemplo aumentan la frecuencia de ejecución pueden poner una cola más pequeña, es el código del ejemplo. Si tienen una frecuencia menor, entonces tendrán que poner una cola más grande para que el mensaje quepa completo.

Otra solución a este problema es que la ISR escriba directamente en el Buffer y solamente le mande un mensaje a la tarea cuando se haya recibido el mensaje completo para que esta lo retransmita. Con esto ahorramos memoria RAM, ya que podemos poner una cola muy pequeña, además podemos transferirle a la tarea que atienda los mensajes de error, el procesamiento de comandos y cosas por el estilo. Todo depende de la aplicación y de la imaginación del programador.

Me tomó 1:30 horas escribir el programa y ponerlo a punto, otra hora para escribir el texto y varios días para pensar como enfocarles el problema. Ahora es tarea de ustedes poner todo esto en práctica.

Les propongo que hagan un programa para enviar datos por la USART, similar a printf(), pero más eficiente. Pueden por ejemplo utilizar sprintf(), para poner la cadena en RAM y después que la tarea configure el servicio de interrupciones, mande el primer byte y la ISR envíe el resto, cuando la ISR termine debe notificar a la tarea que ya está en condiciones de enviar más datos, de modo que la tarea le puede crear otra cadena y volver a mandar a transmitir. Notarán que hay que tener unas cuantas cosillas en cuenta, pero es un buen problema para practicar.

8) Introducción a los procesos

Hasta el momento hemos visto ejemplos de programas utilizando RTOS y les he hablado de los problemas asociados a la programación con RTOS, pero hay un concepto que debemos aclarar antes de continuar, o de otro modo ustedes pueden llegar a confundirse y escribir programas que no funcionan correctamente.

Todo el tiempo han visto que he utilizado el término tarea o proceso para denotar un fragmento de código que hace “algo”, pero no han visto una definición formal sobre esos términos, así como tampoco una explicación de que es una tarea o proceso.

Las razones de la omisión, son más o menos las mismas que para el caso de los problemas asociados a la programación con RTOS. Normalmente estos temas son bastante tediosos de estudiar, programar utilizando SO no es una tarea fácil al principio, aunque una vez que se domina constituye una poderosa herramienta de trabajo que mejora la productividad y el desempeño de cualquier sistema.

Entonces con el objetivo de motivar en ustedes el interés por la programación con RTOS, decidí no proponerles una línea formal de aprendizaje como suele ocurrir en una escuela o libro sobre el tema, sino ir poniendo ejemplos de cómo utilizar un RTOS y luego introducir la parte pesada del asunto.

Hoy vamos a ver, con bastante detalle qué es un proceso o tarea, porque cuando comencemos a ver los ejemplos de coordinación y sincronización de procesos, necesitaremos tener bien claro que es un proceso, para poder comprender esos problemas-ejemplo de los que tanto les he hablado.

¿Cómo se consigue la multiprogramación?
La multitarea o multiprogramación es un proceso que intenta crear la ilusión de que la computadora está haciendo varias cosas al mismo tiempo. Pensemos en una PC, normalmente usted puede escribir un documento mientras escucha música, el programa de descargas baja algún archivo de INTERNET y el antivirus se encuentra activo.

Para lograr hacer cada una de las cosas anteriores, tenemos un conjunto de programas, uno por cada tarea, y cada programa “parece” que se ejecuta como si tuviese la computadora para él solo. En realidad cada programa se ejecuta durante un período corto de tiempo y luego el procesador es cedido a otro programa para que se ejecute durante un poco de tiempo, este mecanismo se conoce como multiprogramación (definición estilo UNIX) o multitarea (definición estilo Microsoft).

Si para una computadora tuviésemos una lista de los programas que está ejecutando y muestreáramos que está haciendo el procesador en un instante de tiempo cualquiera; comprobaríamos que en ese momento está ejecutando una instrucción de alguno de sus programas, pero nunca dos programas a la vez. Más aún, si ese procesador tuviese un pipeline suficientemente grande como para contener varias instrucciones en la cola de ejecución, notaríamos que todas las instrucciones son de un solo programa.

Ahora tomemos un período de tiempo, digamos un segundo, en ese tiempo el procesador debe cambiar de un programa a otro para que se ejecute un pedacito de cada uno y crear la ilusión de que el conjunto se ejecuta de forma concurrente, como si cada programa tuviese un procesador para él solo. Es posible que en ese tiempo el procesador haya cambiado muchas veces de programa, pero si el usuario o sistema conectado a él no nota que sus intereses se han afectado, el objetivo fundamental de la multiprogramación se ha cumplido: crear la ilusión de que el sistema de cómputo tiene varios procesadores, uno por cada programa en ejecución.

Hay sistemas con más de un procesador trabajando de conjunto para ejecutar instrucciones de varios programas, a ese método de ejecución de código en un sistema computacional se le conoce como paralelismo, mientras que a los sistemas con un solo procesador se les conoce como de ejecución seudo paralela.

Como los seres humanos somos muy malos siguiendo la pista a un sistema que cambia constantemente de un lugar a otro, y a veces eso nos trae problemas de cabeza, es que se ha inventado un modelo que permite programar código que pueda ser ejecutado de forma paralela o seudo paralela: el modelo de proceso.

El modelo de procesos:
Normalmente se considera que un proceso es un programa en ejecución. Sin embargo eso sería limitar el concepto de proceso al programa que se está ejecutando en el instante en que se mira a la CPU.

Más bien un proceso es un programa al que le ha sido asociado un conjunto de datos que crea una CPU virtual. Eventualmente el proceso irá a parar a la CPU, se ejecutará un poco de código y volverá a ser suspendido hasta que le toque nuevamente la CPU, pero cuando el proceso no se está ejecutando en el procesador, su conjunto de datos asociado mantiene el estado del proceso como si estuviese ejecutándose.

Con este modelo podemos seguir la pista a nuestros programas sin preocuparnos mucho por la forma en que la CPU conmuta o cambia de contexto de un proceso a otro, es como si tuviésemos a cada programa ejecutándose en su propia computadora.

Comprender este concepto es muy importante, porque a partir de ahora si un programa se convierte en proceso, además del código del programa (escrito por el programador), el SO le asignará un registro de control y estado, de modo que el proceso tenga su CPU virtual. Y usted como programador que utiliza las funcionalidades del SO para escribir su código, deberá conocer este detalle si quiere que sus código sea productivo y seguro.

Estados de proceso
Ya vimos que a cada programa que se promueve a proceso le es asignado un registro de control y estado. Este registro puede tener varios campos y cada campo puede tomar varios valores, muchas veces al programador no le interesan cuales son los campos de este registro y cuales sus valores porque son de uso interno del SO, pero hay un conjunto reducido de ellos que sí es necesario conocer.

Dentro de los campos del registro de proceso uno de los más importantes para el programador es el de estado del proceso. Este campo sirve para conocer en que situación está el proceso y permite determinar hacia que nuevo estado puede dirigirse éste.

Los estados que puede tomar un proceso son básicamente los siguientes:
  • En ejecución
  • Listo
  • Suspendido o bloqueado

En ejecución: corresponde al proceso que en el momento presente está ejecutando el procesador real el sistema.

Listo: el proceso está listo para ser ejecutado. Este estado permite que el SO pueda planificar al proceso para ser ejecutado en algún momento posterior.

Suspendido o bloqueado: los procesos van a parar a este estado porque deben esperar a que alguna condición lógica se cumpla para poder continuar ejecutándose, las condiciones pueden ser muchas: esperar por una E/S, a que transcurra algún tiempo, entre otras.

Además de los estados existen un conjunto de transiciones entre los diferentes estados:
  • Ejecución -> Suspendido o bloqueado
  • Ejecución -> Listo
  • Listo -> Ejecución
  • Bloqueado -> Listo

Ejecución -> Suspendido o bloqueado: ocurre cuando un proceso debe esperar por una condición lógica, en este caso como el proceso no puede continuar ejecutándose, lo más lógico es que el procesador se dedique a ejecutar otros procesos que estén listos para ejecutarse.

Ejecución -> Listo: ocurre en los sistemas de tiempo compartido (preentive), en el cual un proceso que estaba ejecutándose es interrumpido porque se terminó su tiempo (slice) de ejecución y debe esperar a que lo vuelvan a planificar para ejecutarse. En este caso el proceso no pasa al estado de bloqueado porque no existe nada que le impida continuar, excepto que el procesador real del sistema debe ejecutar otro proceso para que se cumpla el objetivo de la multiprogramación.

Listo -> Ejecución: a un proceso que estaba listo para ejecutarse le es cedido el procesador

Bloqueado -> Listo: la condición lógica que mantenía al proceso en este estado se ha cumplido y el proceso ya puede ser planificado para ejecutarse.

Ahora he introducido un nuevo elemento en el asunto: la planificación de procesos. Este es un tema importante, aunque a nosotros no nos interesa mucho, porque no diseñamos ningún SO sino que simplemente lo utilizamos.

El planificador de procesos es un componente del SO que básicamente se encarga de revisar la lista de procesos que están listos para ejecutarse y los pone en una cola de la que otro componente del SO, llamado despachador o dispatcher, los va tomando y poniéndolos en ejecución.

En un SO puede haber otros componentes encargados de la E/S, la comunicación entre procesos, etc. pero con lo que hemos visto es suficiente para seguir avanzando en nuestro curso.

Los procesos con el RTOS de CCS
Para el RTOS de CCS, los procesos se nombran tareas y es por eso que durante el curso he utilizado indistintamente el término tarea o proceso. Tal y como hemos visto hasta hoy, cuando el RTOS crea una tarea le asigna un registro mediante el cual el RTOS puede controlar la ejecución de la tarea y conocer su estado. Para el programador esta información no está disponible porque realmente no debe acceder directamente a ella, pero como veremos un poco más adelante si se trabaja con esto registros, por supuesto, a través de las funciones que ofrece el propio RTOS.

Para comprender esto mejor veamos cada una de las funciones y directivas del RTOS y el impacto que cada una tiene sobre las tareas:

#TASK:
Con esta directiva simplemente le decimos al compilador que la función que viene a continuación será una tarea. En el momento de la compilación le será creado elregistro de control y estado y se marcará como lista, si la tarea tiene cola se reserva memoria para la cola.

Una tarea no será tenida en cuenta como si fuese una función, por lo tanto no podrá llamar a una “función tipo tarea” como lo hace con cualquier otra función, las tareas son como programas completamente independientes que tienen asociado un registro de control y estado como si tuviese su propio procesador.

Tampoco debe implementarse una tarea como si fuese una función tipo main(), ya que la tarea ejecutará el código desde que comienza hasta que termina, se marca con el estado listo y luego el procesador es cedido al RTOS para que el despachador ponga otra tarea en ejecución. Si la tarea se mantiene en el estado listo, entonces cuando le toque nuevamente su turno en la cola de despachos volverá a ser ejecutada desde el principio, como si hubiese un lazo infinito. Hágase la idea que en vez de un main() con un lazo infinito, tenemos tantos main() como tareas hayamos definido, que se ejecutan de acuerdo a un plan de ejecución.

RTOS_AWAIT( ) y RTOS_WAIT( ):
Estas dos funciones permiten pasar a una tarea del estado en ejecución al estado bloqueado si las condiciones lógicas que permiten continuar ejecutando código no se cumplen y permanecerán en el estado bloqueado hasta que el RTOS detecte que puede continuar ejecutándose las pase al estado listo. Nunca el programador puede pasar una tarea del estado bloqueado a listo, esto es asunto del RTOS.

RTOS_DISABLE( )
Permite al programador, que desde otra tarea, se cambie el estado de una tarea de listo para deshabilitada (un estado nuevo de este RTOS), es necesario utilizar la función RTOS_ENABLE( ) para volver a conmutar del estado deshabilitada al estado anterior en que se encontraba la tarea. Una tarea no puede auto deshabilitarse, este cambio debe hacerse desde una tarea diferente.

RTOS_YIELD( ):
Cede el procesador explícitamente y pasa del estado en ejecución al estado listo. La otra forma en que con este RTOS se hace esa transición es cuando se termina el código de la tarea. Cuando le vuelva a corresponder el turno de ejecución a esta tarea, el despachador la volverá poner en ejecución en la línea posterior al yield().

Uff, bueno, hasta aquí por hoy, creo que es más que suficiente. Espero que las condiciones de competencia no vuelvan a afectar a la tarea Foro y pueda escribirles pronto.
El próximo tema será: El problema del productor-consumidor, uno de los más famosos problemas tipo de la programación con SO.


Adjunto nuevamente el link (AGRADECIDO A LA GENTE DE TODOPIC).

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