Zur zeitlichen Planung wird das Gantt-Diagramm gemäß Abbildung \ref{fig:gantt} verwendet. Es stellt die zeitliche Abfolge der einzelnen Aufgaben, sortiert nach Meilenstein über die Dauer des Praktikums dar. Die aufgelisteten Aufgabe unterteilen sich in weitere Unteraufgaben, die zur Wahrung der Anschaulichkeit nicht aufgelistet werden.
Abbildung \ref{fig:projektplanung} zeigt den geplanten und benötigten Zeitaufwand für die Erstellung des Meilenstein 1a unterteilt in folgende Aufgabenbereiche:
- Einarbeitung
- Zeitplanung
- Design
- Implementierung
- Verifikation
- Dokumentation
Die Darstellung wird gesondert für die Studenten Marc Kossmann und Michael Riedel betrachtet. Diese Zeiten sind unabhängig von gemeinsam bearbeiteten Aufgaben. Die Abbildung \ref{fig:zeitbedarf} zeigt die komplette geplante und benötigte Zeit, die durch Aufsummierung der einzelnen Meilensteine entsteht.
Gemäß Abbildung \ref{fig:anwendungsfaelle} hat der Anwender (dargestellt als User) die Möglichkeit, den Modus der Steuerung (mode), die Drehrichtung (direction) und die Drehgeschwindigkeit (speed) einzustellen, sowie den Motor zu starten und zu stoppen (start/stop motor).
Der Anwender kann somit zwischen drei Modi wählen:
-
Chain of Steps: Dabei wird der Motor um eine fest angegebene Schrittweite mit gewählter Geschwindigkeit verfahren.
-
Continuous Run: Dabei verfährt der Motor mit vorher eingestellter Geschwindigkeit, bis er durch den Anwender gestoppt wird.
-
Debugmode: Im Debug-Modus wird in regelmäßigen Abständen der Motor bewegt, ein Interrupt ausgelöst und die Register verändert.
Entsprechend den Eingaben durch den Anwender, werden durch den NIOS II/s-Prozessor die Register verändert und der Motor entsprechend durch die Motor-Control-Unit (MCU) verfahren.
Das Steuerprogramm zur Kontrolle des Schrittmotors reagiert auf Eingaben durch den Benutzer. Dies geschieht über verschiedene Schalter und Taster. Außerdem werden dem Benutzer während des Betriebs Informationen über ein LC-Display, eine JTAG-UART Debug-Console und LEDs angezeigt. Die Steuerung des Motors geschieht über eine eigene MCU, die anhand von in Registern abgelegten Informationen, bedient wird. Das Steuerprogramm und die MCU kommunizieren somit nur über die zur Verfügung stehenden Register und Interrupt-Leitungen.
Damit Aufgaben parallel abgearbeitet werden können, werden drei Tasks verwendet:
Die "Main-Task" oder auch User-Input-Task stellt, gemäß Abbildung \ref{fig:user_input}, die höchste Kontrollinstanz dar. Nach der Initialisierung der Hardware, Interrupt-Service-Routinen (ISR) und der Ausgabe von Systeminformationen auf dem Display und in der JTAG-UART Debug-Console gemäß Abbildung \ref{fig:init}, reagiert die Steuersoftware des NIOS II/s-Prozessors auf eingehende Benutzereingaben. Anhand derer werden, wenn nicht gerade der Motor läuft, die entsprechenden Register verändert.
Wird der Taster Key 0 zum Starten des Motors gedrückt, so wird ein letztes Mal der Modus überprüft, sodass die MCU mit den Informationen der Register den Schrittmotor bewegen kann. Während der Motor läuft, ist vom Steuerprogramm nur die Drehrichtung veränderbar. Natürlich lässt sich der Schrittmotor jederzeit anhalten.
Eine eigene User-Output-Task stellt, gemäß Abbildung \ref{fig:user_output} dem Benutzer Informationen zur Verfügung. Sie zeigt auf dem LC-Display neben der Programmversion, den Motormodus und Motorstatus an. Außerdem ist bei eingeschaltetem Debug-Modus dies kenntlich gemacht. Weil im Display nicht alle Informationen übersichtlich dargestellt werden können, werden zusätzlich die HEX-Anzeigen 0 bis 2 zur Anzeige der Drehrichtung, der Geschwindigkeit und es Modus benutzt.
Währenddessen werden in einem über die JTAG-UART-Schnittstelle angeschlossenen Terminal Meldungen dargestellt. Diese enthalten alle Inhalte der Register zur Kommunikation mit der MCU.
Eine Forderung an die Steuersoftware ist die Anzeige eines Heartbeats. Damit lässt sich gemäß Abbildung \ref{fig:heartbeat_debug} jederzeit erkennen, ob der Prozessor noch in einem funktionsfähigen Betriebszustand ist. Dieser Heartbeat wird über eine eigene Task namens Heartbeat-Task erzeugt und auf der HEX-Anzeige 3 und der LED 9 durch einen Blinkcode dargestellt.
Wenn der Debug-Schalter auf 1 gestellt wurde, wird in der Heartbeat-Task alle 3 Sekunden ein Interrupt erzeugt, das dem Steuerprogramm das Anhalten des Motors signalisiert. Wenn das Run-Bit im Control-Register (ctrlReg) auf 1 gesetzt ist, sich der Schrittmotor also dreht, wird entsprechend der Drehrichtung das Register stepsReg zum zählen der Schritte verändert. So lässt sich das Programm ohne MCU testen.
Um eine schnelle Interaktion mit der Schrittmotorsteuerung durch den Anwender zu ermöglichen, werden drei ISR verwendet:
Damit eine Reaktion auf Benutzereingaben in Echtzeit möglich ist, werden die Taster gemäß Abbildung \ref{fig:key_isr} über eine Key-ISR ausgewertet. Sobald ein Taster gedrückt wurde, wird der Interrupt gesetzt und im Interrupthandler der Zustand der Taster abgefragt. Für den gedrückten Taster wird dann ein Flag an die Main-Task gesetzt.
Die Switch-ISR reagiert gemäß Abbildung \ref{fig:switch_isr} auf Änderungen der Schalterstellungen. Zur Einsparung von Flags werden die Schalter etwas anders ausgewertet. Bei Betätigung wird auch ein Interrupt ausgelöst, allerdings wird im Interrupthandler die Stellung aller Schalter in einer MessageQueue-Variable abgespeichert und anschließend nur ein Switch-Update-Flag an die Main-Task gesetzt. Diese muss dann die Schalterstellungen aus der Queue abholen.
Zu guter Letzt wird gemäß Abbildung über die Motor-ISR das Stoppen des Motors in der
Chain of Steps-Betriebsart signalisiert. Im Interrupthandler wird nur ein Flag an die Main-Task gesendet. Diese ISR ist mit dem IR-Bit des Control-Registers (ctrlReg) verbunden.
