Chuyển sang RTOS trên RP2040

Chuyển sang RTOS: trải nghiệm trên RP2040

Martijn Braam

• Bài viết của Martijn Braam, người làm các công việc liên quan đến máy tính
• Đang thực hiện nhiều dự án vi điều khiển
• Chủ yếu sử dụng bo mạch Raspberry Pi Pico, trải nghiệm phát triển khá tốt

Tổng quan dự án

• Chế tạo bộ điều khiển phần cứng để điều khiển thiết bị video
• Điều khiển camera PTZ và thiết bị chuyển mạch video
• Do hiệu năng của bộ điều khiển hiện có không tốt nên cần làm một bảng điều khiển mới

Thiết kế phần cứng

• Gồm 9 nút RGB, joystick analog và màn hình hiển thị
• Sử dụng mô-đun giao tiếp RS-485 và Ethernet
• Sau nhiều lần chỉnh sửa phần cứng, đã hoàn tất việc hiện thực chức năng

Phần mềm ban đầu

• Bắt đầu với dự án cmake dùng pico-sdk
• Gán lõi thứ hai cho mô-đun Wiznet, lõi thứ nhất xử lý I/O giao diện người dùng
• Độ phức tạp tăng lên do phải xử lý nhiều tác vụ cùng lúc

FreeRTOS

• Dùng FreeRTOS để xử lý song song nhiều tác vụ
• Tạo nhiều tác vụ (Task): nút bấm, LED, mạng, DHCP, mDNS, ATEM, VISCA
• Vấn đề của FreeRTOS: hệ thống bị treo khi dùng printf, thiếu lớp trừu tượng hóa phần cứng

Apache NuttX

• Cung cấp môi trường tương tự hệ thống Unix
• Sau khi thiết lập ban đầu có thể dùng shell thực sự
• Có thể cấu hình phần cứng thông qua hệ thống menuconfig/Kconfig
• Chức năng cơ bản không hoạt động do vấn đề cấu hình bus i2c
• Không cần đường dẫn hệ thống tệp và shell

Zephyr

• Cung cấp tiện ích Python để cấu hình dự án
• Cần tải xuống kho git dung lượng 5GB
• Yêu cầu cài đặt Zephyr SDK, nhưng cũng có thể dùng ARM toolchain hiện có
• Hỗ trợ Raspberry Pi Pico còn hạn chế, nên đã thử dùng bo mạch khác
• Dù đã sửa lỗi build và cảnh báo thì vẫn không hoạt động

Kết luận

• Đã build thành công một số ứng dụng bằng FreeRTOS
• Cần hiện thực giải pháp thay thế printf
• Sẽ tiếp tục dùng FreeRTOS để cố gắng hiện thực chức năng mong muốn

Tóm tắt của GN⁺

• Bài viết này nói về quá trình chuyển sang RTOS trong một dự án vi điều khiển
• So sánh ưu và nhược điểm của FreeRTOS, Apache NuttX và Zephyr
• Kết luận rằng FreeRTOS là lựa chọn phù hợp nhất
• Giúp hiểu rõ nhiều yếu tố cần cân nhắc khi chọn RTOS
• Các dự án có chức năng tương tự gồm FreeRTOS và Zephyr

[GN⁺]

Ý kiến trên Hacker News

• Có vẻ tác giả này đang kỳ vọng RTOS sẽ giống như môi trường Arduino

  • Nhiều bản Arduino dùng mbed hoặc freertos
  • Zephyr dễ dùng và cũng hỗ trợ Pi Pico

• Tóm tắt ngắn gọn về các RTOS:

  • FreeRTOS: được hỗ trợ trên hầu hết SOC/thiết bị, nhưng driver thì khác nhau theo từng SOC/thiết bị
  • Zephyr: hỗ trợ lớp trừu tượng hóa phần cứng thực sự và hỗ trợ phần lớn SOC
  • NuttX: hỗ trợ chưa tốt, nhưng nếu chạy được thì rất tuyệt

• Cài cả toolchain cho toàn hệ thống theo kiểu UNIX truyền thống là một nỗi đau

  • Dùng Python làm công cụ sẽ gây ra vấn đề về phiên bản
  • Công cụ nên là các binary được liên kết tĩnh

• PlatformIO đang đi đúng hướng

  • Cần quản lý toolchain, SDK, thư viện và cấu hình dự án
  • Bản build phải có khả năng tái lập ở mọi nơi

• Đang chuyển các dự án RP2040 sang Rust và Embassy

  • Rust khó làm quen nhưng rất đáng giá

• Zephyr hỗ trợ Pi Pico 100%

  • Không rõ là họ chưa xem tài liệu hay sao

• ThreadX là mã nguồn mở

  • Liên kết GitHub của ThreadX

• Muốn thử dùng Hubris trong các dự án thực tế

  • Khổ sở với C nhiều hơn, nhưng nó giống Erlang/Elixir

• Tôi nghĩ microPython là con đường dễ hơn

  • Cooperative multitasking dựa trên async/await hoạt động rất tốt

• Tự viết một bộ hẹn giờ green thread đơn giản

  • Không hỗ trợ quản lý process thực sự, nhưng có thể thăm dò nhiều cảm biến khác nhau và xử lý tín hiệu

• FreeRTOS về cơ bản là tiêu chuẩn công nghiệp

• Rust RTIC hỗ trợ rp2040 và rất nhẹ

  • Liên kết RTIC