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Tips | ROS2

豆知識

Pipenv上でROS2ノードを動かす | Tips

Pipenv仮想パッケージ環境上でROS2ノードを動かす.

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ROS2 | Welcome!

ここには,ROS2に関する情報が書かれます.

Pipenv上でROS2ノードを動かす | Tips

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編集中
スクリプティング | Arduino上で走るOSの作り方

ここから, OSのソースファイル, ヘッダファイルを順番に実装していきます.

実装するファイルは次のとおりです.

  • Heap4.c
  • List.c
  • List.h
  • ArduinOS.h
  • ArduinOSConfig.h
  • ArduinOSConfigAtmega328P.h
  • ArduinOSConfigAtmega2560.h
  • Port.c
  • Portable.h
  • PortMacro.h
  • ProjDefs.h
  • Queue.c
  • Queue.h
  • Semaphore.h
  • StackMacros.h
  • Task.c
  • Task.h

変更を加えるファイルは以下のとおりです.

  • Arduino.h
  • wiring.c
  • main.cpp

基本的な製作の流れを踏まえつつ, 各ファイルごとに説明を行っていきます.

OSの設定 | 仕組み

ここでは, OSの設定方法について説明します.

設定ファイルは,ArduinOSConfig.hです. このファイル内にOSの設定を書きます. また, 設定ではハードウェアの基本構成に加え, 各機能の有効化, システムフックを行うか, などといった設定を行えます.

仕組み | Arduino上で走るOSの作り方

ここには, OSの仕組みに関する情報が書かれます. OSは非常に多くのことが関わっているため以下のように分けていきます.

  • メモリ管理
  • タスク管理
  • OSの設定
  • Arduino標準機能との融合
Arduino
スクリプティング | Arduino上で走るOSの作り方

ここから, OSのソースファイル, ヘッダファイルを順番に実装していきます.

実装するファイルは次のとおりです.

  • Heap4.c
  • List.c
  • List.h
  • ArduinOS.h
  • ArduinOSConfig.h
  • ArduinOSConfigAtmega328P.h
  • ArduinOSConfigAtmega2560.h
  • Port.c
  • Portable.h
  • PortMacro.h
  • ProjDefs.h
  • Queue.c
  • Queue.h
  • Semaphore.h
  • StackMacros.h
  • Task.c
  • Task.h

変更を加えるファイルは以下のとおりです.

  • Arduino.h
  • wiring.c
  • main.cpp

基本的な製作の流れを踏まえつつ, 各ファイルごとに説明を行っていきます.

ボードの設定 | Arduino上で走るOSの作り方

ここでは, OSをArduinoIDE上で使用できるようにします.

するべきことは, コアフォルダの追加とボードの追加です.

Arduino上で走るOSの作り方 | Arduino

OSは日常のあらゆる場所で目にします. パソコンには必ずと言っていいほどOSが走っており, 携帯, ゲーム機などにもOSが走っております. このような普段よく使うOSですが, そのOSの仕組みを分かっていても, 実際どのように作るのかはよく知られておらず気になります.

このページでは, 実際にArduinoで動くOSを作成することで, OSの理解を深めます. 使用するプログラミング言語はC言語です. (作成といいましても, すでに在りますFreeRTOSから必要な機能を抜き出し, Arduinoで動くようにしました.) なお, 今回扱うOSは汎用OSではなくリアルタイムOS(RTOS)と呼ばれるものです. 汎用OSとは, すべてのタスクに等しく優先度が与えられますが, RTOSではタスクごとに優先度を設定できます.

話の進め方ですが, 今回のOS製作では実装に重きを置くため, コードを中心に話を進めていきます. 各コードごとに簡単な説明を行い, その中で特に重要な部分―OSの仕組みに深くかかわる部分―もしくはさらに詳しい説明については別ページで行います. これら別ページ―詳細ページ―は子コンテンツである"仕組み"にまとめられています.

話の流れは次のとおりです.

  • RTOSとは
  • 目標と使い方
  • 準備
  • ファイル構成
  • スクリプト
  • ボードの設定
  • 仕組み

対応状況

  • Arduino UNO
  • Arduino Mega

動作確認済み環境

  • Arduino IDE 1.8.10
  • Arduino AVR Boards 1.8.1
参考文献 | Arduino上で走るOSの作り方

ここでは, 筆者が参考にしたページ, 資料の一覧が書かれます.

仕組み | Arduino上で走るOSの作り方

ここには, OSの仕組みに関する情報が書かれます. OSは非常に多くのことが関わっているため以下のように分けていきます.

  • メモリ管理
  • タスク管理
  • OSの設定
  • Arduino標準機能との融合
ファイル構成 | Arduino上で走るOSの作り方

ここでは, 今回のOS製作で新しく作られるファイルの説明を行います.

準備 | Arduino上で走るOSの作り方

OSを作成するにあたっての準備を行います.

目標と使い方 | Arduino上で走るOSの作り方

OSを作成するにあたって, まずこのOSの使い方を説明します. (まず, 使い方を説明することでOS完成のイメージをつかむことができます.)

RTOSとは | Arduino上で走るOSの作り方

RTOSは, 組み込み系のシステムで用いられることが多いです.

一般OSと同様にタスクの切り替えを行う点は同じですが, タスクの切り替え規則に特色があります[1]. タスクの実行可能状態になるまでの時間の最悪値が保証されるように作られています.

使用方法 | Arduino上で走るOSの作り方

ここでは, ArduinOSの使用方法を説明します.

リアルタイムOS
Arduino上で走るOSの作り方 | Arduino

OSは日常のあらゆる場所で目にします. パソコンには必ずと言っていいほどOSが走っており, 携帯, ゲーム機などにもOSが走っております. このような普段よく使うOSですが, そのOSの仕組みを分かっていても, 実際どのように作るのかはよく知られておらず気になります.

このページでは, 実際にArduinoで動くOSを作成することで, OSの理解を深めます. 使用するプログラミング言語はC言語です. (作成といいましても, すでに在りますFreeRTOSから必要な機能を抜き出し, Arduinoで動くようにしました.) なお, 今回扱うOSは汎用OSではなくリアルタイムOS(RTOS)と呼ばれるものです. 汎用OSとは, すべてのタスクに等しく優先度が与えられますが, RTOSではタスクごとに優先度を設定できます.

話の進め方ですが, 今回のOS製作では実装に重きを置くため, コードを中心に話を進めていきます. 各コードごとに簡単な説明を行い, その中で特に重要な部分―OSの仕組みに深くかかわる部分―もしくはさらに詳しい説明については別ページで行います. これら別ページ―詳細ページ―は子コンテンツである"仕組み"にまとめられています.

話の流れは次のとおりです.

  • RTOSとは
  • 目標と使い方
  • 準備
  • ファイル構成
  • スクリプト
  • ボードの設定
  • 仕組み

対応状況

  • Arduino UNO
  • Arduino Mega

動作確認済み環境

  • Arduino IDE 1.8.10
  • Arduino AVR Boards 1.8.1
メモリ
メモリ管理 | 仕組み

OSはタスクごとにメモリを動的に割り当てる必要があります(タスクが保有するメモリに関することはのちに説明します). というのも, これらのタスクはアプリケーション実行中に生成, 削除される可能性があるからです.

今回では, このメモリ管理をOSが行うことにします. OSがメモリ管理を行うことで, OS動作の理解がしやすくなるからです.

このページでは, OSによるメモリ管理をどのように実装するのか説明します.

メモリの構造 | タスク管理

ここでは, 実際にタスクが作成されたときのメモリの構造を示していきたいと思います. メモリでの各領域の説明, この構造によるmallocの問題を示します.

C言語
メモリ管理 | 仕組み

OSはタスクごとにメモリを動的に割り当てる必要があります(タスクが保有するメモリに関することはのちに説明します). というのも, これらのタスクはアプリケーション実行中に生成, 削除される可能性があるからです.

今回では, このメモリ管理をOSが行うことにします. OSがメモリ管理を行うことで, OS動作の理解がしやすくなるからです.

このページでは, OSによるメモリ管理をどのように実装するのか説明します.

メモリの構造 | タスク管理

ここでは, 実際にタスクが作成されたときのメモリの構造を示していきたいと思います. メモリでの各領域の説明, この構造によるmallocの問題を示します.

Stack
メモリの構造 | タスク管理

ここでは, 実際にタスクが作成されたときのメモリの構造を示していきたいと思います. メモリでの各領域の説明, この構造によるmallocの問題を示します.

アセンブリ
コンテキスト | タスク管理

タスクの切り替えをする際, その時のCPUの状態を保存する必要があります. このCPUの状態をコンテキストと呼びます. あるタスクから離れるときはコンテキストの保存を行い, あるタスクに復帰するときはコンテキストの復帰を行います.

ここでは, コンテキストに関する詳しい説明とコンテキストの保存と復帰の方法について説明します.

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