Мультизадачность на ESP32 (Arduino IDE)

Платы ESP32 выпускаются с двумя микропроцессорами Xtensa 32-bit (0 и 1), то есть они двухъядерные. При запуске кода из Arduino IDE, по умолчанию используется ядро 1. В данном руководстве мы рассмотри, как запускать код на втором ядре параллельно с первым.

Примечание: Не обязательно использовать второе ядро для мультизадачности.

Обычно мы не задаемся вопросом какое ядро используется при работе кода, однако есть функция, позволяющая это определить:

Если использовать эту функцию в скетче, то можно увидеть, что функции setup() и loop() выполняются на 1 ядре. Можете это попробовать сами:

Откройте монитор порта на скорости 115200 бод и вы увидите, какое ядро используется:

Среда Arduino поддерживает FreeRTOS, которая позволяет выполнять несколько задач независмо и параллельно.

Задачи – это выполняющие что-либо части кода. Например, это может быть функция, включающая и выключающая светодиод или снимающая показания датчиков

Для того, чтобы указать какое ядро должно выполнять команду, вам нужно создавать задачи. При их создании мы указываем не только номер ядра, которое будет ее выполнять, но также и приоритет задачи. Значение приоритета начинается с 0 (наименьший). Процессор сначала выполняет задачи с максимальным приоритетом.

Для создания задач выполните следующие шаги:

Создаем объект TaskHandle:

В setup() присваиваем номер ядра, используя функцию xTaskCreatePinnedToCore. В последнем параметре этой функции мы указываем приоритет задачи.

После создания задачи потребуется ввести функцию, которая будет содержать код для задачи:

for(::) запускает бесконечный цикл (аналогично loop()), её можно использовать как вторую функцию loop().

Если во время выполнения кода вы хотите удалить задачу, то потребуется использовать функцию vTaskDelete() и указать в аргументе имя задачи.

Давайте рассмотрим мультизадачность на примере.

Для создания данного проекта нам потребуются следующие детали?

• Плата ESP32;
• 2 светодиода 5мм;
• 2 резистора 330 Ом;
• Макетная плата;
• Провода DuPont;

Требуется создать две задачи для управления светодиодами с различными временем задержки. Начнем со сбора схемы:

Создадим две задачи для разных ядер:

• Для ядра 0 создадим Task1
• Для ядра 1 – Task2

Загрузите следующий код в Arduino IDE:

Примечание: Для ясности в скетче мы создали две задачи и присвоили их соответствующим ядрам. Но так, как скетчи Arduino по умолчанию выполняются на ядре 1, вы можете писать код для Task2 в цикле loop() (нет необходимости в выделении данной задачи).

Тем не менее, в зависимости от требований к вашему проекту, может быть рациональнее именно так организовывать ваш код.

Создаем задачи:

Присваиваем пины светодиодам:

В setup() запускаем монитор порта на скорости 115200 бод.

Объявляем светодиоды выходами:

Создаем первую задачу с помощью функции xTaskCreatePinnedToCore():

Задача будет включена в функцию Task1code(), т.е. позже в коде нам придется ее создать. Присвоим ей наивысший приоритет и укажем выполняющее ядро (0).

Создаем по аналогии вторую задачу:

Затем, нам нужно создать функции для выполнения задач:

Для понимания мы пишем строку, которая выводит номер ядра, выполняющего эту задачу:

Далее мы создаем бесконечный цикл, который включает и выключает светодиод раз в секунду, то же самое пишем и для второго светодиода, но с меньшей задержкой:

И оставляем loop() пустым:

Загрузите код на плату. Убедитесь, что выбран правильный COM порт. Откройте монитор порта на скорости 115200 бод. Вы должны увидеть следующее:

Первый и второй светодиоды должны мигать с периодичностью 1 и 0,7 секунды соответственно.

Что мы запомнили из этого руководства?

• Плата ESP32 – двухъядерная;
• Скетчи Arduino по умолчанию используют ядро 1;
• Для использования ядра 0 требуется создание задач;
• Вы можете использовать функцию xTaskCreatePinnedToCore() для присвоения пинов конкретным ядрам;
• Используя этот метод, вы можете запускать две разные задачи на двух ядрах независимо и параллельно.

В данном руководстве мы использовали светодиоды для примера, так гораздо проще понять. Но сам метод распараллеливания задач может быть полезен для, например, снятия показаний датчика и одновременно для использования их в другом устройстве.