Библиотека быстрой инициализации разрабатывается в структурном подразделении Донского государственного технического университета - Ресурсный центр робототехники. Библиотека FIL предназначена для начинающих специалистов в области встраиваемых систем, предоставляя набор API функций. Благодаря возможности создания карты портов и конфигурации настроек, проект настраивается с минимальными временными затратами и максимально повышая гибкость и вариативность сценариев исполнения. Архитектура разрабатываемого продукта поддерживает принцип модульности - возможность подключения и исключения секторов библиотеки. Таким образом список предоставляемых функций и макро определений может динамически изменяться и зависит от требуемой периферии микроконтроллера, которая указана в конфигурационных файлах. Помимо этого, библиотека поддерживает внедрение сторонних middleware библиотек через External manager.
Первое официальное упоминание продукта представлено в статье в новостной ленте ДГТУ. Также проект был протестирован с участием студентов Т-университета, в рамках ведения элективного курса "Введение в робототехнику". Использование FIL при разработке ПО для беспилотного серийного автомобиля, также, было успешно и позволило занять 3-е место на всероссийских открытых испытаниях беспилотных транспортных средств "РОБОКРОСС 2022".
Цель, преследуемая при разработе продукта - уменьшения времени разработки ПО за счет повышения абстракции программного кода с минимальными затратами ресурсов вычислительной техники. Продукт позволяет исключить временные издержки за счет исключения инициализации со стороны пользователя. При этом существует вариативность и для опытных пользователей за счет наличия команд изменения регистровых переменных. Проблему, решение которой преследуется с самого момента основания проекта - существенное снижение порога начинающих при освоении встраиваемых систем. Область применения продукта можно рассматривать для сферы робототехнических и мехатронных систем, а также для встраиваемых систем для интернет-вещей (умные дома).Архитектуру созданного продукта представляет собой взаимодействие элементов, как на рисунке ниже. Основной участок взаимодействия пользователя и продукта это карта портов и конфигурационный файл, они участвуют в процессе сборки проекта и предоставлении необходимого набор API функций ядра библиотеки FIL. Основополагающий фактор - наличие периферийной библиотеки CMSIS, определения которой используются ядром и самим пользователем.
На данный момент проект поддерживает линейки контроллеров, прилагаемых в таблице. Основная целевая группа проекта - архитектура линейки ARM Cortex-M, на которой в большинстве реализованы микроконтроллеры STM32. В частности, планируется оптимизация под архитектуру Cortex M4 и M3.
| Модель контроллера | Статус оптимизации |
|---|---|
| Cortex-M4 STM32F407 | Оптимизировано |
| Cortex-M4 STM32F401 | Оптимизировано |
| Cortex-M3 STM32F103 | В разработке |
В последний релизных версиях библиотеки FIL был добавлен External Manager - линкер-файл для внешних библиотек. Таким образом, интеграция в проект будет происходить с минимальным количеством ошибок и не будет нарушен принцип модульности. Некоторый перечень внешних библиотек предоставляется Ресурсным центром робототехники, однако есть инструкция по установке собственных разработок, смотрите здесь.
Продукт имеет лицензию Apache-License 2.0.
Для удобной и максимально быстрой установки были созданы ветки репозитория по средам разработки. Таблица содержит все текущие на данный момент времени проверенные программы для разработки ПО для микроконтроллеров STM32.
| Название среды | Ссылка на инструкцию по установке | |
|---|---|---|
 |
EmBitz | Гайд по установке |
 |
Eclipse Embedded | Deprecated |
Одна из основных идей, продвигаемых в рамках разработки библиотеки быстрой инициализации - создание конигурации проекта с минимальными временными затратами и повышении абстракции участка инициализации периферии микроконтроллера. Реализовано это через конфигурацию - файл с настройками, в том числе параметры для middleware библиотек и их подключение. Такой модульный подход позволил повысить возможности для отладки - при необходимости можно с легкостью и удобством выключить/включить параметры.
Из числа параметров выделяются две категории:
- Основные параметры - параметры включающие непосредственно секцию периферии микроконтроллера. От их состояния зависит включение файла в общую сбору через #include директиву. Они выполнены в виде макроопределений, поэтому изменение значения производится с максимальной быстротой, в отличие от комментирования команд. Основные существующие на данных момент параметры:
#define __configUSE_RCC 0
#define __configUSE_GPIO 0
#define __configUSE_TIM 0
#define __configUSE_USART 0
#define __configUSE_DMA 0
#define __configUSE_I2C 0
#define __configUSE_SPI 0
#define __configUSE_ADC 0
#define __configUSE_EXTI 0
#define __configUSE_RTC 0- Дополнительные параметры - расширяющие возможности, открываемые основными параметрами, а также модификация значений по умолчанию, в число которых могут входить, например, частоты интерфейсов обмена данными, делители частот и так далее. Список данных параметров гораздо обширнее, в виду гибкой системы сценариев настройки, поэтому будут приведены некоторые популярные параметрические константы:
#define __configADC_DIVIDER 3
#define __configCALC_I2C_SCANNING 1
#define __configI2C_FindListSize 3
#define __configI2C_TIMEOUT 5000По умолчанию, при успешной установке библиотеки запущена демонстрационная версия конфигурации. Найти её можно в файле Conf.h в директории с конфигурацией (Configuration). Она включена для общего понимания принципа функционирования библиотеки и её возможностей.
Ознакомиться с полным списком параметров конфигурации можно в специальном документе.
Выходя за рамки простой демонстрационной версии, возникает необходимость разработки управляющей программы для роботов, небольших узлов или модулей. Возможности библиотеки позволяют создать собственную версию проекта с указанием необходимых параметров. В данном разделе содержится инструкция по созданию собственной конфигурации.
Если обратиться к файлу-селектору конфигураций, то можно заметить параметр, отвечающий за подключенный проект.
По умолчанию, включена тестовая конфигурация, поэтому если вы нацелены создать собственную, следуйте следующим указаниям:
- В файле BoardSelection.h измените параметр _configUSEBoards на значение 1;
- Теперь, найдите и откройте файл Configuration.h в той же директории с селектором;
- Файл будет содержать только основные параметры, далее можно добавлять свои параметры и модифицировать ключевые макросы Board_Config и другие.
В последних версиях библиотеки был введен файл External Manager, заача которого - обеспечить максимальную модульность при подключении сторонних и middleware библиотек, не относящихся к основным файлам ядра FIL. Список пополняется, поскольку с появлением новых задач центра создаются новые оптимизированные под библиотеку драйвера.
Перед тем, как скачивать и подключать библиотеки, убедитесь что в структуре вашего проекта присутствует папка External. Тем не менее, ниже будет приведена инструкция по установке внешний библиотек, для установки External Manager файла посетите репозиторий установки.
Ниже приведены существующие на данный момент макросы, при выставлении в 1 которых произойдет подключение различных внешних драйверов.
#define EXTERNAL_REGULATOR __configEXT_REGULATOR
#define EXTERNAL_MATRIX __configEXT_MATRIX
#define EXTERNAL_KINEMATICS __configEXT_KINEMATICS
#define EXTERNAL_FILTERS __configEXT_FILTERS
#define EXTERNAL_SSD1306 __configEXT_SSD1306
#define EXTERNAL_MPU9250 __configEXT_MPU9250
#define EXTERNAL_ModBus __configEXT_ModBus
#define EXTERNAL_TCS3472 __configEXT_TCS3472Для подключения необходимого драйвера необходимо объявить параметр с приставкой __config в вашем конфигурационном файле. Заходим в файл Configuration.h и добавляем параметр в секцию с optional parameters, как на фрагменте кода ниже. Значение аргумента делать равным 1, если вам требуется указанная библиотека, для временного отключения измените значение на 0.
/*! Place new optional settings */
#define __configEXT_SSD1306 1Полный список драйверов, также, приведен в репозитории External Manager.
В дальнейшем планируется расширять линейку микроконтроллеров, добавив поддержку на микроконтроллер STM32F103 (Blue Pill). После проведения тестирования и оптимизации в файлы ядра будут добавлены интерфейсы SPI, CAN. В процессе разработки могут быть добавлены функции для упрощения отладки кода. Также время будет уделено для адаптирования некоторых внешних библиотеки для использования в проектах с FIL.