# 軟體 PWM 和電路

## 學習目標
* 延續 [Raspberry Pi GPIO](https://hackmd.io/s/SkydMvN0b)，透過電表來測量電壓
* video: [Lab Example](https://www.youtube.com/watch?v=KbAsGLYd6UY)
* 透過 PWM 改變輸出電壓
* video: [壓量測教學](https://www.youtube.com/watch?v=w8QRUl65sw8)
* 學習 [high-resolution timer](https://elinux.org/High_Resolution_Timers) 與對應函式的使用

## PID 控制器原理

PID控制器可以用來控制任何可被測量及可被控制變數。比如，它可以用來控制溫度、壓力、流量、化學成分、速度等等。汽車上的巡航定速功能就是一個例子。

下圖說明只要改變「比例、積分和微分」，就可以對被控對象進行想要的控制:

* 延伸閱讀:
* [一個小故事，了解 PID 控制原理](https://www.guokr.com/post/699125/)
* [PID 溫度控制器開發](http://blog.ncue.edu.tw/sys/lib/read_attach.php?id=17440)

## Linux Real-time extension

* Real Time (RT) 的定義
* 一個 RT 的系統需要保證其工作在給定的時間限制內完成 (稱為deadline)。 系統不需要以最快的速度 (real fast) 完成任務，但需要時常或每次皆在 deadline 之內完成。
* 在這個前提下，RT 系統的任務完成時間是可確定的 (deterministic)。 而根據系統的限制不同，RT 可分為：
* Soft RT
- 系統不一定每次皆需要遵守 deadline，但較多的 deadline miss 會導致服務品質降低。
* Hard RT
- 系統能每次皆能在 deadline 內完成任務。

- [ ] 展示影片
* [No Xenomai, high system load](https://www.youtube.com/watch?v=Ok1rAPYTmQc)
* [With Xenomai and high system load](https://www.youtube.com/watch?v=SJizUTmB_jc)

- [ ] 延伸閱讀: [Xenomai](http://wiki.csie.ncku.edu.tw/embedded/xenomai)

## HRT

- [ ] `wave.c`

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <sched.h>

#define NSEC_PER_SEC    1000000000

/* the struct timespec consists of nanoseconds
 * and seconds. if the nanoseconds are getting
 * bigger than 1000000000 (= 1 second) the
 * variable containing seconds has to be
 * incremented and the nanoseconds decremented
 * by 1000000000.
 */
static inline void tsnorm(struct timespec *ts)
{
   while (ts->tv_nsec >= NSEC_PER_SEC) {
      ts->tv_nsec -= NSEC_PER_SEC;
      ts->tv_sec++;
   }
}

int main(int argc, char **argv)
{
   struct timespec t;
   struct sched_param param;
   /* default interval = 50000ns = 50us
    * cycle duration = 100us
    */
   int interval = 50000;

   if (argc >= 2 && atoi(argv[1]) > 0) {
      printf("using realtime, priority: %d\n",atoi(argv[1]));
      param.sched_priority = atoi(argv[1]);
      /* enable realtime fifo scheduling */
      if(sched_setscheduler(0, SCHED_FIFO, &param)==-1){
         perror("sched_setscheduler failed");
         exit(-1);
      }
   }
   if (argc >= 3)
      interval = atoi(argv[2]);

   /* get current time */
   clock_gettime(0, &t);
   /* start after one second */
   t.tv_sec++;
   while (1) {
      /* wait untill next shot */
      clock_nanosleep(0, TIMER_ABSTIME, &t, NULL);
      /* do the stuff */
      GPIO_OPS(); /* Change this line */
      /* calculate next shot */
      t.tv_nsec += interval;
      tsnorm(&t);
   }
   return 0;
}

* 編譯和執行

$ gcc -o wave wave.c -lrt
$ ./wave

- [ ] [clock_nanosleep](http://man7.org/linux/man-pages/man2/clock_nanosleep.2.html)

## 實作：呼吸燈
* 參考 [Arduino練習：呼吸燈](https://yehnan.blogspot.tw/2012/02/arduino_16.html) 和 [树莓派GPIO入门02-GPIO控制LED亮度，制作呼吸灯效果](http://blog.mangolovecarrot.net/2015/04/28/raspi-study02/)
* video: [製作會呼吸的LED燈](https://www.youtube.com/watch?v=2OTua6U7CY8)
* 用上述 [clock_nanosleep](http://man7.org/linux/man-pages/man2/clock_nanosleep.2.html) 精準控制時間，製作出呼吸燈效果

## code
- [name=Young Sting]

    #define PI 3.14159265
    ......
    int all =  2000;
    int x = 0;
    /* Hold the status (By pulling up and down repeatedly for 300 times)
     * to make it easier for us to observe the effect */
    double val = PI / 180.0;
    int count = 270;
    int cnt = 1;
    while( 1 ) {
        /* Write GPIO value */
        double tmp = all * ( sin(val*count) + 1 );
        GPIOWrite(PIN, 0);
        usleep( all*2 - tmp );
        GPIOWrite(PIN, 1);
        usleep( tmp );
        //printf("%d %d\n",x ,all-x);
        if( (cnt++) == 10 ){
                count += 3;
                if( count == 360 ) count = 0;
                cnt = 0;
        }
    }
    return 0;