掌上单片机实验室 – RT-Thread 下实现PID自整定（20）

一、背景

        前一步完成了将基于 Arduino + FreeRTOS 实现的小车运动控制功能移植到 RT-Thread 下，一切顺利，说明两个均为 RTOS 的系统从应用角度看，差别不大，至少在实现过程中如此。

        这一步要将前面已经基于 Arduino + Free RTOS实现的 PID 自整定功能移植到 RT-Thread下，实现PID调速。

        前面虽然将 PID 调速的功能编写完成，但并未实现 PID 调速；因为从代码上实现 PID 调试并不难，难的是 PID 参数的确定，即所谓“整定”过程。

        考虑到要尝试 PID 自整定算法，故前一步就没有去调试 PID 部分。

        PID 自整定的实现相对而言运算量稍大，尤其是我想借助于PC机实现直观的调整过程，增加了不少数据采集和发送操作，对程序运行的实时性有点压力，故用来测试  RT-Thread 的实时性应该是不错的素材。

二、需求

        将 Arduino 中第三方分享的 PID 自整定库：PID_AutoTune 引入目前的RTT程序中，实现PID参数的自整定，完成PID电机调速功能。

        测试 RT-Thread下的实时性是否能满足目前编程方式的功能要求。

三、实施

3.1  PID自整定及调速功能实现

        因为前面做的时候先是实现功能，后来又系统地梳理了程序，将一些不合理的地方完善。此处就不再重复，直接基于前面优化后的程序修改。

        主要修改的是：

1. 主线程：增加对PID自整定、读整定结果、读PWM及速度记录命令的支持。
2. 驱动线程：上述增加的三个命令的实现。
3. 电机驱动类：优化测速算法
4. 加入自己完善后的 PID自整定类

        这一步修改未涉及到硬件，纯粹是算法修改，应该说抽象到这个层面，不论在哪个环境下的C代码都是一样的，直接拷贝，略微修改一下不同的语法约定即可。

        PID自整定库基本未做修改，直接拷贝到应用程序目录中即可。如想了解关于 PID 自整定的详情，请看“掌上单片机实验室 – 实现PID自整定”一文，此处不再赘述。

        实际测试后，效果同前，看来至少在目前的应用强度下，RT-Thread的实时性没有问题。

3.2 串口数据发送阻塞操作验证

        因为在设计PID自整定功能的实现方式时，为了借助于PC机直观的看到自整定的过程，以及整定后调速的效果，设计了PWM及速度的记录功能，每20ms采集一点，设置了64点缓存，可以纪录约1秒时间，PC每秒读一次即可获取连续的速度及PWM变化数据。但这样串口数据收发的强度略大，尤其是发送，最多可能一次发约200字节。如果发送是阻塞方式，在发送期间不响应其它任务，则程序的实时性将大打折扣。

        目前串口发送设计的是中断发送方式，但看源代码似乎不完全是，故设计如下方式验证一下：

        1）设一个全局变量：rt_bool_t   g_bTxdBusy; 

        2）在调用串口发送函数前置位，函数结束后复位：

        g_bTxdBusy = true;

         rt_device_write(g_sCommandPort, 0, a_u8FrameHead, 7);  // 先发送帧头

        g_bTxdBusy = false;

        ……

        g_bTxdBusy = true;

         rt_device_write(g_sCommandPort, 0, p_u8GetPtr, u16TxdBytes);

          g_bTxdBusy = false;

        3）在串口接收线程中，在5ms唤醒操作时，检测发送标志，如果正在发射则说明串口在发送过程中并未完全阻塞，还可以响应其它线程的处理：

        if(u32EventG_RetVal & TIMER_FOR_CMD_RCV)

        {

                if(g_bTxdBusy) LOG_D("Txd Busy!");      // 测试串口发送阻塞现象 230410

                if(i_u16RcvGetPtr != i_u16RcvSavePtr)

                {

                        if(dataFrame_OK())

                        {

                            frameProc();

                        }

                }

         }

按上述编程后，实测结果：

        从上述结果看，目前发送方式下，并未阻塞，可以响应其它线程的操作，实时性应该不受此影响，暂时还可以使用，不用急于升级 Serial V2了。

四、结语

        按以往的经验，RT-Thread 如此复杂度的程序可以胜任，大多数场景都可以使用（针对MCU的应用而言），完全可以考虑选择  RT-Thread 做项目，使用难度也不算大。

        就我自己而言，目前还需要落实两个点：

1. 如何确定当前线程的最大栈使用量（或者最小剩余栈空间）
2. 如果得到MCU的空闲率（或占用率）

        这两点和程序可靠性相关，在 FreeRTOS 中，这两个数据可以很方便的获取，在 RT-Thread中还需要再深入琢磨一下，这是可以作为实际项目应用的前提。

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文中程序下载：

1、单片机程序：

链接：https://pan.baidu.com/s/1Rpazl19Y5yFpuv2OoxIRdQ

提取码：4x23

2、PC端程序：

链接：https://pan.baidu.com/s/1zGwQCHo0_FgytI5P7pXkgQ

提取码：krmh