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ESP32特集の内容紹介
- 1. ESP32特集の内容紹介 インターフェース オフ会 @ CQ出版 2020/01/17 Kenta IDA (@ciniml)
- 2. 自己紹介 •井田 健太 (@ciniml) •仕事：FPGAの論理設計？ •使用言語：C++, SystemVerilog, Go, Python • 元は組み込み？ソフト屋 2020/1/17ESP32特集の内容紹介
- 3. 特集の担当箇所 •インターフェース2020年1月号 ESP32特集 • 第1部第3章内コラム • ESP32-S2の紹介 • 第3部第4章 • ESP32リアルタイム処理の研究 2020/1/17ESP32特集の内容紹介
- 5. ESP32-S2とは •ESP32シリーズの新しいSoC •従来ESP32との違い • CPUコアの更新 (Xtensa LX6 → Xtensa LX7) • CPUコアがシングルコアの系統のみ • 従来のESP32-S系の後継 • USB OTGサポート • ULPコアが独自コアからRISC-Vに 2020/1/17ESP32特集の内容紹介
- 6. CPUコアの変化 •CPUコアが新しい世代のものになった • Xtensa LX7 •特に性能が大きく変わることもなさそう • LX7の資料は見つかるがLX6の資料はあまり出てこない •動作周波数は従来通り、最大240[MHz] •シングルコア版のみ 2020/1/17ESP32特集の内容紹介
- 7. USB OTGサポート •USB2.0 FS OTGのペリフェラルが追加された • USB2.0 (Full Speedまで) • USB Host/Device機能が使えるように •SPI接続のUSBコントローラが不要になる •現時点ではAPI等がどうなるか不明 • ESP-IDFの開発版にも特にコードが見当たらない 2020/1/17ESP32特集の内容紹介
- 8. ULPコアの変更(1/3) •ULP (Ultra Low Power)コプロセッサ • Deep sleep中でも動かすことができるコプロセッサ • センサの値読み出し→判定→スリープ解除などに使う • 中にはサウンド・ドライバ用のコプロセッサとして使う人も 2020/1/17ESP32特集の内容紹介
- 9. ULPコアの変更(2/3) •従来は独自のコア • かなり使いにくい命令セット • bitwise NOTとかが無いので SUBとADDで代用したり • 当然Cコンパイラなど使えない 2020/1/17ESP32特集の内容紹介
- 10. ULPコアの変更(3/3) •ESP32-S2ではRISC-V系コアに変更 (RV32IMC) • 32bitレジスタ32本、かなり普通の命令セット、乗算命令あり •おそらくCコンパイラが使える •詳細は不明だが処理性能は向上している模様 • センサ読み出し処理で平均消費電流が低下 • 100[uA] → 7[uA] • 動作中の消費電流は増えたが、短時間で処理完了できる 2020/1/17ESP32特集の内容紹介
- 13. 発端 •M5StickCの内蔵6軸IMUを使って計測処理 • 6軸IMUから一定周期でデータ取得 • 計測データを無線LANでPCに送信 • 計測値 + タイムスタンプ •なぜかタイムスタンプがばらつく… 2020/1/17ESP32特集の内容紹介
- 16. 高分解能タイマの周期処理の精度 •周期処理開始時の時刻のばらつきを計測 • 無線LAN通信の動作パターンごと • UDP通信あり・なし • アクセスポイント検索 • 無線LAN無効 •使い物にならないほどばらつく 2020/1/17ESP32特集の内容紹介 表 2: 高分解能タイマのインターバル 動作パ ターン 平均値 [us] 最大値 [us] 最小値 [us] udp 500 1356 6 noudp 500 2339 7 apsca n 500 12226 6 nowifi 500 550 450
- 17. ばらつく原因と対策 •高分解能タイマの実装の問題 •指定した処理を 無線通信よりも低い優先度でPRO CPUで実行 • 無線通信処理はPRO CPUで実行される • →無線通信処理中は処理時刻が来ても実行されない •対策：仕方ないのでタイマ割り込みを使う 2020/1/17ESP32特集の内容紹介
- 18. タイマ割り込みを使う場合 •timer_isr_register 関数で割り込みハンドラを指定 • ハンドラはtimer_isr_registerを呼び出したコアで実行される •割り込みハンドラ内で時間のかかる処理はできない • 他の処理に影響がでる • 正にその時刻に実行する必要のある処理だけ実行 • e.g. センサの測定処理 • 時間のかかる処理は高優先度のタスクで実行する • e.g. 測定結果の信号処理、送信処理など 2020/1/17ESP32特集の内容紹介
- 19. “時間のかかる処理”の実行方法 •ハンドラから高優先度のタスクに通知する • FreeRTOSのxTaskNotifyFromISRなど •高優先度のタスクの優先度はどれくらい？ • 無線LAN処理 (優先度23) より高い優先度が必要 • 通信処理とは別のコアの方が良い •試しに優先度22, 24でPRO CPU, APP CPUで計測 2020/1/17ESP32特集の内容紹介
- 20. 割り込みのインターバルとタスク実行の遅延 動作パターン 遅延 平均値[us] 遅延 最大値[us] 遅延 最小値[us] インターバル 平均 値[us] インターバル 最大 値[us] インターバル 最小 値[us] PRO_CPU,22,udp 20 919 14 500 513 497 PRO_CPU,22,nou dp 20 1816 14 500 514 498 PRO_CPU,22,apsc an 20 12432 14 500 775 497 PRO_CPU,22,now ifi 14 16 14 500 502 498 PRO_CPU,24,udp 14 33 14 500 513 497 PRO_CPU,24,nou dp 14 32 13 500 696 497 PRO_CPU,24,apsc an 14 32 14 500 949 497 PRO_CPU,24,now ifi 14 14 14 500 500 499 APP_CPU,22,udp 14 321 14 500 509 498 APP_CPU,22,nou dp 14 24 14 500 501 498 APP_CPU,22,apsc an 14 24 13 500 502 498 APP_CPU,22,nowi fi 14 19 14 500 501 499 APP_CPU,24,udp 14 30 13 500 509 497 APP_CPU,24,nou dp 14 19 14 500 502 498 2020/1/17ESP32特集の内容紹介
- 21. 割り込みのインターバルとタスク実行の遅延 動作パターン 遅延 平均値[us] 遅延 最大値[us] 遅延 最小値[us] インターバル 平均 値[us] インターバル 最大 値[us] インターバル 最小 値[us] PRO_CPU,22,udp 20 919 14 500 513 497 PRO_CPU,22,nou dp 20 1816 14 500 514 498 PRO_CPU,22,apsc an 20 12432 14 500 775 497 PRO_CPU,22,now ifi 14 16 14 500 502 498 PRO_CPU,24,udp 14 33 14 500 513 497 PRO_CPU,24,nou dp 14 32 13 500 696 497 PRO_CPU,24,apsc an 14 32 14 500 949 497 PRO_CPU,24,now ifi 14 14 14 500 500 499 APP_CPU,22,udp 14 321 14 500 509 498 APP_CPU,22,nou dp 14 24 14 500 501 498 APP_CPU,22,apsc an 14 24 13 500 502 498 APP_CPU,22,nowi fi 14 19 14 500 501 499 APP_CPU,24,udp 14 30 13 500 509 497 APP_CPU,24,nou dp 14 19 14 500 502 498 2020/1/17ESP32特集の内容紹介 低優先度かつPRO CPUだとタスク実行がかなり遅れる PRO CPUだと割り込みインターバルもばらつ く 低優先度だとAPP CPUでもタスク実行が遅延するときがある 高優先度でAPP CPUだと通信処理の影響を受けない
- 22. ESP32周期処理まとめ •高い精度で周期処理を行うには： • APP CPUでタイマ割り込みを使用 • APP CPU, 優先度24以上のタスクで処理を実行 •Arduinoの場合は？ • Tickerクラスは高分解能タイマを使っているので避ける • タイマ割り込みを使う • timerで始まる関数で使える (RepeatTimerサンプルを参照) 2020/1/17ESP32特集の内容紹介