Introduction to RTOS Part 8 - Software Timer | Digi-Key Electronics

¿Cómo utilizar temporizadores en microcontroladores?

Introducción a los temporizadores

• Los temporizadores son herramientas útiles en la programación, permitiendo retrasar la ejecución de funciones o ejecutarlas periódicamente.

• En microcontroladores, tareas comunes como parpadear un LED o enviar pulsos a un servo motor requieren control preciso del tiempo.

Ejecución de funciones periódicas

• Para ejecutar una función de muestreo periódicamente, se puede crear una tarea separada que use vtask delay, aunque esto implica un alto costo de recursos.

• Alternativamente, se puede usar x task get tick count para verificar el tiempo transcurrido y decidir cuándo ejecutar la función.

Limitaciones y alternativas

• La precisión del temporizador por defecto es de un milisegundo; para mayor precisión se necesitarían temporizadores de hardware, que son limitados y no portables.

• FreeRTOS ofrece temporizadores software que permiten llamar funciones arbitrarias al expirar, pero su precisión también está limitada al intervalo del tick timer.

Funcionamiento de los temporizadores en FreeRTOS

• Al incluir la biblioteca de temporizadores en FreeRTOS, se crea una tarea única llamada "timer service task" que gestiona los temporizadores.

• Esta tarea no corre continuamente; se activa cuando el tick timer alcanza uno de los tiempos programados.

Implementación y configuración

• Las funciones callback asociadas a los temporizadores deben ser rápidas y no bloquearse; evitar el uso de funciones como delay.

• Se utilizan colas y API para enviar comandos a la tarea del servicio del temporizador sin bloquearse si la cola está llena.

Configuración específica para ESP32

• Para habilitar el soporte a temporizadores en ESP32 con Arduino, hay que ajustar el archivo freertos config.h estableciendo use timers a 1.

• Se pueden modificar otros parámetros como prioridad del servicio del timer y longitud de la cola; por defecto son 1 (prioridad), 10 (longitud), y 2 KB (profundidad).

Funciones API disponibles

• FreeRTOS permite crear, eliminar, iniciar y detener timers. Existen funciones específicas para ISR que evitan bloqueos al enviar comandos desde rutinas interrumpidas.

Introducción a los temporizadores de software en FreeRTOS

Configuración inicial y creación de un temporizador de un solo disparo

• Se comenzará con un boceto en blanco utilizando FreeRTOS. Es necesario incluir timers.h para usar las funciones del API de temporizadores, aunque ya está incluido en el paquete de Arduino ESP32.

• Se creará un manejador para un temporizador de un solo disparo que llamará a una función arbitraria después de un período específico, ejecutándose solo una vez.

• La función callback del temporizador no debe devolver nada y aceptará como parámetro el manejador del temporizador, lo que permite identificar cuál se ha llamado si hay múltiples temporizadores.

Creación y configuración del temporizador

• En la configuración (setup), se configurará el puerto serie e imprimirá un mensaje de bienvenida. Luego se llamará a xTimerCreate, asignando su valor devuelto al manejador.

• El primer parámetro es el nombre del temporizador; el segundo es la longitud en ticks (no menos de uno). Para milisegundos, se divide por la constante portTICK_PERIOD_MS.

Parámetros adicionales y manejo de errores

• Se puede crear un ID único para el temporizador usando punteros. Por ahora, se establecerá este parámetro en cero y se convertirá a puntero vacío.

• Antes de continuar, es importante verificar que el manejador no sea nulo tras la creación del temporizador. Si falla, se imprimirá un mensaje simple.

Ejecución y comportamiento del temporizador

• Después de iniciar los temporizadores con xTimerStart, se especifica cuánto tiempo esperar si la cola está llena usando portMAX_DELAY.

• Al eliminar las tareas setup y loop, se demostrará que los temporizadores funcionan sin otras tareas corriendo.

Comparación entre diferentes tipos de temporizadores

• Se añadirá otro manejador global para comparar con el anterior. Este será un timer auto-reload que ejecuta su callback repetidamente tras expirar.

• Se cambiarán parámetros como el periodo a 1000 ms y habilitará auto-reload estableciendo su valor a pdTRUE.

Identificación única y ejecución simultánea

• En la función callback, se identificará qué timer llamó al callback usando pvTimerGetTimerID. Esto permitirá diferenciar entre ambos timers durante su ejecución.

• Al ejecutar ambos timers en ESP32, primero expirará el auto-reload seguido por el timer de un solo disparo. El primero seguirá ejecutándose cada segundo mientras que el segundo parará.

Desafío práctico: Implementación realista

• Como desafío final, se propone implementar una funcionalidad donde una luz LED simule retroiluminación automática apagándose tras cinco segundos sin actividad.

• La tarea consistirá en encender la luz cuando haya entrada serial activa y utilizar un timer para apagarla después del tiempo establecido desde la última entrada.