Expert - Firmware - RTOS

Neste laboratório vamos trabalhar com:

1. Métricas para sistemas de tempo real
2. Uso de Symmetric Multiprocessing (SMP) com FreeRTOS (multicore)

Antes de começar o lab, será necessário estudar os materiais a seguir:

Leitura 1

Métricas RTOS

Leitura 2

SMP RTOS

A ideia deste laboratório é que vocês reutilizem um laboratório já implementado anteriormente (I²C) como base para as medições. Primeiro, devem realizar todas as medições de métricas executando o sistema em um único core, exatamente como foi feito no laboratório original. Em seguida, devem habilitar o modo SMP e distribuir as tasks entre os dois cores da CPU, explorando o paralelismo disponível e tentando otimizar, o melhor possível, a alocação de recursos.

Após essa modificação, todas as métricas devem ser medidas novamente, permitindo comparar os resultados antes e depois do uso dos dois cores. O objetivo é quantificar o ganho real de desempenho obtido com o uso de SMP, com base em medições experimentais.

A entrega deve ser uma documentação das métricas no README do repositório, com:

Tabela — Single Core:

Métrica / Task	mpu_task	fusion_task	uart_task	pwm_task
WCET
Jitter
Deadline Miss Rate
Stack Usage

Tabela — SMP (2 cores):

Métrica / Task	mpu_task	fusion_task	uart_task	pwm_task
WCET
Jitter
Deadline Miss Rate
Stack Usage

TIP

Você pode usar outros equipamentos para realizar as medições:

• saleae
• analog discovery

Parte 1 — Medindo em Single Core

Instrumentalizando o tempo:

1. Instrumentalize cada uma das tasks (use um pino diferente para cada task).
2. Conecte ao osciloscópio e realize as medições.
3. Realize os cálculos.

Instrumentalizando o stack size:

1. Agora instrumentalize o stack size.

Sempre que for medir o tempo, desative a instrumentalização do stack size, pois o printf pode consumir tempo e afetar a sua medição.

INFO

Tire fotos das medições; vamos querer ver como você as adquiriu.

Parte 2 — SMP no FreeRTOS

Agora vamos otimizar o software com base no que vocês estão medindo.

1. Ative o modo SMP no FreeRTOS e defina a afinidade de cada task. Usando os dados da tabela "Single Core", defina a melhor distribuição.
2. Ajuste as prioridades (se achar necessário).
3. Ajuste o stack para respeitar a regra dos 80%.
4. Ajuste as frequências das tasks.

Parte 3 — Medindo em SMP

Refaça as medições. Está tudo certo agora?

Perguntas extras

Perguntas a serem respondidas na validação:

1. Qual é a frequência máxima que a task fusion pode executar?
2. Nós configuramos o fusion para funcionar a 100 Hz. Isso estava correto?

#define SAMPLE_PERIOD (0.1f)  // replace this with actual sample period

3. Como otimizar a task da uart para que ela não ocupe tanto processamento?
4. Por que o valor do jitter é baixo/alto nessa aplicação?
5. O jitter aumentou ou diminuiu com SMP? O que mais contribuiu para isso (interrupções, afinidade, prioridades, locks)?
6. Houve deadline miss em alguma task? Em qual condição (Single Core vs SMP) e como você mitigou?
7. Como você mediu o jitter (qual sinal, qual definição: período entre ativações vs variação do início/fim)?
8. Qual foi o efeito de mudar prioridades vs mudar afinidade? Qual teve mais impacto e por quê?
9. O tamanho de stack de cada task ficou dentro da regra dos 80%? Mostre os valores e o racional de ajuste.