무이메이커스_[arduino]아두이노에서 멀티스레드 사용하기 / FreeRTOS를 이용한 멀티스레드 (1/2)

안녕하세요 허니컴의 무이메이커스입니다. 

오늘은 아두이노를 사용하면서 Delay()로 인해 발생할 수 있는 문제점과 해결책을 알아보겠습니다. 

 

아두이노는 싱글스레드로 동작합니다. 스레드는 프로세서를 수행하는 하나의 흐름을 말합니다.

스레드가 하나라는 것은 한번에 한가지 일만 할 수 있다는것을 의미합니다.

그렇기 때문에 delay()를 사용하게되면 코드전체가 뒤로 밀리는 현상이 발생합니다. 

또, delay()가 사용되어야만 하는 모듈과 다른주기적인 동작이 병행되어야 할 때에도 문제가 발생합니다. 

 

때문에 이번시간에는 FreeRTOS를 이용하여 아두이노를 멀티스레드로 사용하는 방법에 대해 알아보겠습니다.

 

< 아두이노 멀티스레드 회로도 >

- 사용부품 : 360도 Servo motor1개, LED2개

< 아두이노 멀티스레드 연결방법 >

5V	2개 servo motor의 +
GND	2개 servo motor의 -, 2개 LED의 -
13	LED1의 +
12	LED2의 +
9	servo motor2의 신호선

 

< 아두이노 멀티스레드 소스 코드 >

https://github.com/greiman/FreeRTOS-Arduino

greiman/FreeRTOS-Arduino

위 주소에 들어가게되면 오늘사용할 <FreeRTOS_AVR.h>파일을 다운받을 수 있습니다.

 

#include <FreeRTOS_AVR.h>

#include <Servo.h>

​

Servo servo;

​

//LED를 연결하는 핀 번호

const uint8_t LED_PIN = 13;

const uint8_t LED_PIN2 = 12;

​

//세마포어 핸들을 선언

SemaphoreHandle_t sem;

SemaphoreHandle_t sem2;

​

​

static void Thread1(void* arg)

{

​

pinMode(LED_PIN2, OUTPUT);

​

while (1)

{

xSemaphoreTake(sem2, portMAX_DELAY); //세마포어를 받을 때 까지 기다린다.

​

for(int i=0; i<10; i++)

{

digitalWrite(LED_PIN2,LOW);

digitalWrite(LED_PIN, HIGH);

servo.write(20);

vTaskDelay((200L * configTICK_RATE_HZ) / 1000L); //200밀리세컨드 대기한다.

digitalWrite(LED_PIN, LOW);

vTaskDelay((200L * configTICK_RATE_HZ) / 1000L);

}

​

servo.write(90);

xSemaphoreGive(sem); //세마포어를 주어서 Thread2의 동작을 수행할 수 있게한다.

}

}

​

//------------------------------------------------------------------------------

​

static void Thread2(void* arg)

{

​

pinMode(LED_PIN, OUTPUT);

​

while (1)

{

xSemaphoreTake(sem, portMAX_DELAY); //세마포어를 받을 때 까지 기다린다.

​

for(int j=0; j<10; j++)

{

digitalWrite(LED_PIN,LOW);

digitalWrite(LED_PIN2, HIGH);

servo.write(150);

vTaskDelay((200L * configTICK_RATE_HZ) / 1000L); //200밀리세컨드 대기한다.

digitalWrite(LED_PIN2, LOW);

vTaskDelay((200L * configTICK_RATE_HZ) / 1000L);

}

​

servo.write(90);

xSemaphoreGive(sem2); //세마포어를 주어서 Thread1의 동작을 수행할 수 있게한다.

​

}

}

//------------------------------------------------------------------------------

void setup()

{

servo.attach(9);

​

portBASE_TYPE s1, s2;

​

Serial.begin(9600);

​

//카운팅 세마포어를 생성한다.

sem = xSemaphoreCreateCounting(1, 1); //세마포어를 주고 시작함

sem2 = xSemaphoreCreateCounting(1, 0);

​

​

//우선순위 1로 LED끄는 태스크를 생성한다.

s1 = xTaskCreate(Thread1, NULL, configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, 1, NULL);

​

//우선순위 1로 LED켜는 태스크를 생성한다.

s2 = xTaskCreate(Thread2, NULL, configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, 1, NULL);

​

//생성중 에러 발생했는지 체크

if ((sem== NULL||sem2==NULL) || (s1 != pdPASS || s2 != pdPASS )) {

Serial.println(F("Creation problem"));

while(1);

}

​

//스케줄러를 시작한다.

vTaskStartScheduler();

​

//여기가 실행된다면 메모리 부족 상태

Serial.println(F("Insufficient RAM"));

​

while(1);

}

//------------------------------------------------------------------------------

void loop()

{

// Not used.

}

< 세마포어란? >

위 코드를 보면 "세마포어"라는 용어가 사용됩니다.

멀티스레드를 사용중에 서로 다른 스레드가 하나의 데이터를 사용해야 할 상황이 생길 수 있습니다.

이때 공유데이터에 접근할 수 있는 권한을 부여하는 것을 "세마포어"라고 합니다.

<세마포어의 흐름>

위 그림처럼 Task1이 공유데이터를 사용하고 난 후 Semaphore Give를 통해 세마포어를 Task2에게 넘겨줍니다. Task2는 Semaphore Take를 이용해 세마포어를 받아 공유데이터에 접근할 수 있게됩니다.

​

< 소스&동작 설명 >

 

위 그림처럼 Thread1이 Thread2에게 세마포어를 넘겨주면

Thread2가 실행되면서 LED2를 blink하고, 360도 서보모터는 왼쪽으로 회전 합니다.

​

또, Thread2가 Thread1에게 세마포어를 넘겨주면

Thread1이 실행되면서 LED1를 blink하고, 360도 서보모터는 오른쪽으로 회전 합니다.

​

(360도 서보모터는 90을 기준으로 180에 가까운 숫자를 servo.write()에 입력하면 왼쪽으로 회전하고,

0에 가까운 숫자를 servo.write()에 입력하면 오른쪽으로 회전합니다.)

 

< 동작영상 >

 

 

참고 : <FreeRTOS_AVR.h> 함수설명

https://www.freertos.org/CreateCounting.html

FreeRTOS - A FREE Open Source RTOS for small real time embedded systems

 

 

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