[Arduino工作 〜 発展編] Arduino Uno Rev3にFreeRTOSのインストールしてLチカも試す
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2021/02/20
ArduinoでFreeRTOSを使う?
FreeRTOSはATmega328を含むArduino製品シリーズのマイコンを広くカバーしているため、RTOSの学習を始めるにも最適です。
今回はFreeRTOSを使ったArduinoへの簡単なプログラムの書き込み方法を解説するため、以前の記事で取り上げたLチカをやって比較したいと思います。
FreeRTOSを使うための準備作業
RTOSを利用した組込機器の開発といっても、メインターゲットのマイコンの仕様に応じた開発環境の構築手順も様々です。 基本的にはマイコンの製造元が提供しているデバッガーなどの開発ツールやユーティリティなどに合わせてプログラムのソースビルドしていくのが通常の流れかと思います。
Arduinoでは、FreeRTOSを使うための準備やプログラミングなんかもArduinoIDEから行うことができます。 ここではArduinoIDEに提供されている専用のFreeRTOSライブラリをダウンロードして、そのライブラリ関数を使った適切なプログラミングを行っていきます。
まずFreeRTOSを使うための環境を準備してみます。
Arduino用にビルドされたFreeRTOSライブラリをインストール
まずは
[Library Manager]
FreeRTOS

といった具合にイメージが探せますので、
FreeRTOS Real Time Operating System implemented for AVR
ちなみに今回も前回に引き続きArduino Uno Rev3をターゲットにLチカさせることを目指します。 もしマイコンのアーキテクチャがARMのSAMD21などであればその都度適切なFreeRTOSライブラリをインストールさせる必要があります。
これだけでFreeRTOS用のプログラムがコンパイル&書き込みされるような状態になりました🎉。
なお同時にインストールされたサンプルのソースコードで、どのようなプログラミングになるかを参考にみることができます。
サンプル例を確認するには、以下のように
[ファイル] > [スケッチ例] > [FreeRTOS]

今回はLチカを行いたいので、一番近しい例の
Blink_AnalogRead
#include <Arduino_FreeRTOS.h>
// define two tasks for Blink & AnalogRead
void TaskBlink( void *pvParameters );
void TaskAnalogRead( void *pvParameters );
// the setup function runs once when you press reset or power the board
void setup() {
// initialize serial communication at 9600 bits per second:
Serial.begin(9600);
while (!Serial) {
; // wait for serial port to connect. Needed for native USB, on LEONARDO, MICRO, YUN, and other 32u4 based boards.
}
// Now set up two tasks to run independently.
xTaskCreate(
TaskBlink
, "Blink" // A name just for humans
, 128 // This stack size can be checked & adjusted by reading the Stack Highwater
, NULL
, 2 // Priority, with 3 (configMAX_PRIORITIES - 1) being the highest, and 0 being the lowest.
, NULL );
xTaskCreate(
TaskAnalogRead
, "AnalogRead"
, 128 // Stack size
, NULL
, 1 // Priority
, NULL );
// Now the task scheduler, which takes over control of scheduling individual tasks, is automatically started.
}
void loop()
{
// Empty. Things are done in Tasks.
}
/*--------------------------------------------------*/
/*---------------------- Tasks ---------------------*/
/*--------------------------------------------------*/
void TaskBlink(void *pvParameters) // This is a task.
{
(void) pvParameters;
/*
Blink
Turns on an LED on for one second, then off for one second, repeatedly.
Most Arduinos have an on-board LED you can control. On the UNO, LEONARDO, MEGA, and ZERO
it is attached to digital pin 13, on MKR1000 on pin 6. LED_BUILTIN takes care
of use the correct LED pin whatever is the board used.
The MICRO does not have a LED_BUILTIN available. For the MICRO board please substitute
the LED_BUILTIN definition with either LED_BUILTIN_RX or LED_BUILTIN_TX.
e.g. pinMode(LED_BUILTIN_RX, OUTPUT); etc.
If you want to know what pin the on-board LED is connected to on your Arduino model, check
the Technical Specs of your board at https://www.arduino.cc/en/Main/Products
This example code is in the public domain.
modified 8 May 2014
by Scott Fitzgerald
modified 2 Sep 2016
by Arturo Guadalupi
*/
// initialize digital LED_BUILTIN on pin 13 as an output.
pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
for (;;) // A Task shall never return or exit.
{
digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level)
vTaskDelay( 1000 / portTICK_PERIOD_MS ); // wait for one second
digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW); // turn the LED off by making the voltage LOW
vTaskDelay( 1000 / portTICK_PERIOD_MS ); // wait for one second
}
}
void TaskAnalogRead(void *pvParameters) // This is a task.
{
(void) pvParameters;
/*
AnalogReadSerial
Reads an analog input on pin 0, prints the result to the serial monitor.
Graphical representation is available using serial plotter (Tools > Serial Plotter menu)
Attach the center pin of a potentiometer to pin A0, and the outside pins to +5V and ground.
This example code is in the public domain.
*/
for (;;)
{
// read the input on analog pin 0:
int sensorValue = analogRead(A0);
// print out the value you read:
Serial.println(sensorValue);
vTaskDelay(1); // one tick delay (15ms) in between reads for stability
}
}
FreeRTOSのプログラミングを進めていくと、タスク・キュー・セマフォなどの用語を色々と理解していく必要がありますが、ウェブ検索すると
FreeRTOSでArduinoをLチカ
ここからはFreeRTOS版Lチカの実装作業を行っていきます。
ソースコードのビルド・プログラムの書き込み
まず手順としては
1. ArduinoをPCに接続
2. 接続中のアクティブなシリアルポートを選択
3. 検証ボタンでソースコードをコンパイル
4. 書込ボタンでプログラムをマイコンへ送信
という流れです。
先程の参考として取り上げた
Blink_AnalogRead
このプログラムには2つの判例が集録されており、
+ ビルドインLED(D13ポート)が1秒間隔でチカチカ
+ ボード上のA0(D14)アナログに入力された信号を読み出し
という2つのタスクが定義されています。
今回はA0からのアナログ値読み出しが要らないので、以下のようにLチカさせるだけのプログラムとして整理・改造してみました。
#include <Arduino_FreeRTOS.h>
void TaskBlink(void *pvParameters);
void setup() {
Serial.begin(9600);
while (!Serial) {;}
xTaskCreate(TaskBlink, "Blink", 128, NULL, 2, NULL );
}
void loop() { }
//ビルドインLEDをチカチカさせるタスク
void TaskBlink(void *pvParameters) {
(void) pvParameters;
pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
for (;;) {
digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
vTaskDelay(500 / portTICK_PERIOD_MS);
digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
vTaskDelay(500 / portTICK_PERIOD_MS);
}
}
後はこれを通常の手順で書き込めば完成です。

...びっくりするくらい簡単でした💮。
まとめ
以上、FreeRTOSを使ったArduinoプログラミングの初歩としてビルドインLEDのLチカを行ってみました。
さらに応用的なプログラムを作成するには、FreeRTOSを深く勉強していく必要がありますが、その教材としてはArduinoがもっとも優れているんではないかと思います。
不定期ではありますが、次回以降ではもっと実用的な使いこなしをブログ記事として取り上げていきたいと思います。