Mudando para um RTOS no RP2040

Mudando para um RTOS: experiência no RP2040

Martijn Braam

• Artigo de Martijn Braam, que trabalha com computação
• Está conduzindo vários projetos com microcontroladores
• Usa principalmente a placa Raspberry Pi Pico, com uma boa experiência de desenvolvimento

Visão geral do projeto

• Criação de um controlador de hardware para controlar equipamentos de vídeo
• Controle de câmeras PTZ e equipamentos de comutação de vídeo
• Como o controlador existente não tinha bom desempenho, foi necessário criar um novo painel

Design de hardware

• Inclui 9 botões RGB, joystick analógico e display
• Uso de módulos de comunicação RS-485 e Ethernet
• Após várias revisões de hardware, a implementação das funcionalidades foi concluída

Software inicial

• Começou como um projeto cmake usando o pico-sdk
• O segundo núcleo foi atribuído ao módulo Wiznet, enquanto o primeiro núcleo cuida do I/O da interface do usuário
• A complexidade aumentou por ser necessário processar várias tarefas ao mesmo tempo

FreeRTOS

• Uso do FreeRTOS para processar várias tarefas em paralelo
• Criação de várias tarefas (Task): botões, LED, rede, DHCP, mDNS, ATEM, VISCA
• Problemas do FreeRTOS: o sistema travava ao usar printf, além da falta de abstração de hardware

Apache NuttX

• Fornece um ambiente semelhante a um sistema Unix
• Após a configuração inicial, é possível usar um shell real
• Permite configurar o hardware pelo sistema menuconfig/Kconfig
• As funções básicas não funcionavam por causa de problemas na configuração do barramento i2c
• Não havia necessidade de caminhos de sistema de arquivos nem de shell

Zephyr

• Fornece utilitários em Python para configuração do projeto
• Exige o download de um repositório git de 5 GB
• Requer a instalação do Zephyr SDK, embora seja possível usar o toolchain ARM existente
• Suporte insuficiente ao Raspberry Pi Pico, com tentativa de uso de outra placa
• Mesmo após resolver erros e avisos de build, não funcionou

Conclusão

• Conseguiu compilar com sucesso algumas aplicações usando FreeRTOS
• Foi necessário implementar uma alternativa ao printf
• Pretende continuar usando FreeRTOS para tentar alcançar as funcionalidades desejadas

Resumo do GN⁺

• Este texto aborda o processo de migração para um RTOS em um projeto com microcontrolador
• Compara as vantagens e desvantagens de FreeRTOS, Apache NuttX e Zephyr
• Conclui que o FreeRTOS foi a escolha mais adequada
• Ajuda a entender os diversos fatores a considerar ao escolher um RTOS
• Projetos com funcionalidades semelhantes incluem FreeRTOS e Zephyr

[GN⁺]

Comentários do Hacker News

• Parece que este autor espera que um RTOS seja igual ao ambiente do Arduino

  • Muitos projetos Arduino usam mbed ou freertos
  • O Zephyr é fácil de usar e também oferece suporte ao Pi Pico

• Resumo rápido dos RTOS:

  • FreeRTOS: tem suporte na maioria dos SoCs/dispositivos, mas os drivers variam para cada SoC/dispositivo
  • Zephyr: oferece abstração real de hardware e suporta a maioria dos SoCs
  • NuttX: o suporte não é muito bom, mas quando funciona, é muito legal

• Instalar uma toolchain para o sistema inteiro do jeito tradicional do UNIX é doloroso

  • Usar Python como ferramenta causa problemas de versão
  • As ferramentas deveriam ser binários estaticamente linkados

• O PlatformIO está indo na direção certa

  • Ele precisa gerenciar toolchain, SDK, bibliotecas e a configuração do projeto
  • O build deveria ser reproduzível em qualquer lugar

• Estou migrando projetos com RP2040 para Rust e Embassy

  • Rust é difícil de pegar o jeito, mas é satisfatório

• O Zephyr dá suporte 100% ao Pi Pico

  • Fico me perguntando se a pessoa não checou a documentação

• O ThreadX é open source

  • Link do GitHub do ThreadX

• Quero experimentar o Hubris em um projeto real

  • Sofre-se mais com C, mas ele é parecido com Erlang/Elixir

• Acho que microPython é o caminho mais fácil

  • O multitarefa cooperativa baseada em async/await funciona bem

• Implementei um temporizador simples de green threads

  • Ele não oferece suporte a gerenciamento real de processos, mas consegue consultar vários sensores e processar sinais

• FreeRTOS é basicamente o padrão da indústria

• Rust RTIC oferece suporte ao rp2040 e é bem leve

  • Link do RTIC