【ESP32+RTOS】割り込み処理がうまくいきません

Question

実現したいこと

ESP32のFreeRTOS機能を使って「モーター制御」を行いながら「センシング+データ解析」を同時に行いたいと考えています（並列処理）

前提

モーター制御部分についてはスイッチを２つ用意し、スイッチが押されるたびに割り込み処理で速度や移動距離が変わることを想定しています。

マルチタスクの割り当て：
Task1: モーター制御+割り込み処理（速度または移動距離の切り替え）
Task2: センシング+データ解析

しかし現状では下記のプログラムにおいて、一方のスイッチを押すともう一方のスイッチも連動してしまう不具合が起こっています（速度スイッチを押すと速度も変わるが、同時に距離も変わってしまう）

該当のソースコード

#include <freertos/FreeRTOS.h> 
#include "SparkFun_Qwiic_Scale_NAU7802_Arduino_Library.h" 
NAU7802 myScale; 
#include <SPI.h>

volatile float Hz = 1000;  //この変数は割り込み処理とモーター制御(osc_stdで共有）
volatile float distance = 20;  //この変数は割り込み処理とモーター制御(osc_stdで共有）
int strain_level = 1;
int Hz_level = 1;

void distance_controll() { //移動距離を３段階で切替可能
  if (strain_level == 0) {
    distance = 10;  
    strain_level = 1;
    delay(100);
  }
  else if (strain_level == 1) {
    distance = 20;  
    strain_level = 2;
    delay(100);
  }
  else if (strain_level == 2) {
    distance = 30;  
    strain_level = 0;
    delay(100);
  }
}

void Hz_controll() {  //速度を５段階で切替可能
  if (Hz_level == 0) {
    Hz = 1000;  //速度１
    Hz_level = 1;
    delay(100);
  }
  else if (Hz_level == 1) {
    Hz = 450;  //速度２
    Hz_level = 2;
    delay(100);
  }
  else if (Hz_level == 2) {
    Hz = 260;  //速度３
    Hz_level = 3;
    delay(100);
  }
  else if (Hz_level == 3) {
    Hz = 125;  //速度４
    Hz_level = 4;
    delay(100);
  }
  else if (Hz_level == 4) {
    Hz = 47;  //速度５
    Hz_level = 0;
    delay(100);
  }
}

// 割り込みハンドラ
//   IMPUT_PIN HIGH→LOW
//
void IRAM_ATTR switchON_dist() {

  // 割り込みフラグ設定
  interruptState_dist = 1;
}

void IRAM_ATTR switchON_hz() {

  // 割り込みフラグ設定
  interruptState_hz = 1;
}

void  task1( void *param )  //モーター制御+割り込み処理
{
  while ( 1 ) {
    osc_std();  //モーター制御関数
    if (interruptState_dist) {             // 割り込み発生
      if ((millis() - msTime_dist) > 50) { // 50ミリ秒以下の割り込みは無視する
        distance_controll();
        osc_std();
        msTime_dist = millis();            // 割り込み時刻更新
      }
      interruptState_dist = 0;    // 割り込みフラグOFF
    }

    if (interruptState_hz) {             // 割り込み発生
      if ((millis() - msTime_hz) > 50) { // 50ミリ秒以下の割り込みは無視する(チャタリング回避)
        Hz_controll();
        osc_std();
        msTime_hz = millis();            // 割り込み時刻更新

      }
      interruptState_hz = 0;    // 割り込みフラグOFF
    }
    delay(1);
  }
}

void  task2( void *param )  //センシング+データ解析
{
  while ( 1 ) {
//プログラム省略(センシング+データ解析部分)
    delay(1);
  }
}

void setup()
{
  // ウォッチドッグタイマ無効
  disableCore0WDT();

  Serial.begin(115200);
  Wire.begin();
  delay(50);

  pinMode(33, OUTPUT); //motor driver dir
  pinMode(25, OUTPUT); //motor driver stp
  pinMode(14, OUTPUT); //M0
  pinMode(27, OUTPUT); //M1
  pinMode(26, OUTPUT); //M2
  pinMode(32, INPUT);  //
  pinMode(35, INPUT); //
  pinMode(36, INPUT); //Hz
  pinMode(39, INPUT); //distance

  digitalWrite(14, LOW); 
  digitalWrite(27, HIGH); 
  digitalWrite(26, LOW); 

//荷重センサの初期化
  if (myScale.begin() == false)
  {
    Serial.println("Scale not detected. Please check wiring. Freezing...");
    while (1);
  }
  Serial.println("Scale detected!");

  myScale.setGain(NAU7802_GAIN_128); //Gain can be set to 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, or 128.
  myScale.setSampleRate(NAU7802_SPS_320); //Sample rate can be set to 10, 20, 40, 80, or 320Hz

  myScale.calibrateAFE(); //Does an internal calibration. Recommended after power up, gain changes, sample rate changes, or channel changes.

  /* create task */
   xTaskCreatePinnedToCore( task1,
                           "TASK1",  /* タスクの入口となる関数名 */
                           0x800,    /* スタックサイズ */
                           NULL,     /* パラメータのポインタ */
                           1,        /* プライオリティ */
                           NULL,     /* ハンドル構造体のポインタ */
                           1 );      /* 割り当てるコア (0/1) */

  xTaskCreatePinnedToCore( task2,
                           "TASK2",  /* タスクの入口となる関数名 */
                           0x800,    /* スタックサイズ */
                           NULL,     /* パラメータのポインタ */
                           0,        /* プライオリティ */
                           NULL,     /* ハンドル構造体のポインタ */
                           0 );      /* 割り当てるコア (0/1) */

  attachInterrupt(39, switchON_dist, FALLING);  //移動距離スイッチを押したときに割り込み処理を実行
  attachInterrupt(36, switchON_hz, FALLING);  //速度スイッチを押したときに割り込み処理を実行
  msTime_dist = millis();
  msTime_hz = millis();
}

void loop()
{
  delay(10);
}

void osc_std() {
//省略（モーター駆動）
}

試したこと（下記プログラム）

RTOSを使用せず、Task1の内容（モーター制御+割り込み）を単独で動作させることはできています（速度スイッチを押すと速度だけが変化し、距離スイッチを押すと移動距離だけが変化）

//#include <freertos/FreeRTOS.h> 
//#include "SparkFun_Qwiic_Scale_NAU7802_Arduino_Library.h" 
//NAU7802 myScale; 
#include <SPI.h>

volatile float Hz = 1000;  //この変数は割り込み処理とモーター制御(osc_stdで共有）
volatile float distance = 20;  //この変数は割り込み処理とモーター制御(osc_stdで共有）
int strain_level = 1;
int Hz_level = 1;

void distance_controll() { //移動距離を３段階で切替可能
  if (strain_level == 0) {
    distance = 10;  
    strain_level = 1;
    delay(100);
  }
  else if (strain_level == 1) {
    distance = 20;  
    strain_level = 2;
    delay(100);
  }
  else if (strain_level == 2) {
    distance = 30;  
    strain_level = 0;
    delay(100);
  }
}

void Hz_controll() {  //速度を５段階で切替可能
  if (Hz_level == 0) {
    Hz = 1000;  //速度１
    Hz_level = 1;
    delay(100);
  }
  else if (Hz_level == 1) {
    Hz = 450;  //速度２
    Hz_level = 2;
    delay(100);
  }
  else if (Hz_level == 2) {
    Hz = 260;  //速度３
    Hz_level = 3;
    delay(100);
  }
  else if (Hz_level == 3) {
    Hz = 125;  //速度４
    Hz_level = 4;
    delay(100);
  }
  else if (Hz_level == 4) {
    Hz = 47;  //速度５
    Hz_level = 0;
    delay(100);
  }
}

// 割り込みハンドラ
//   IMPUT_PIN HIGH→LOW
//
void switchON_dist() {

  // 割り込みフラグ設定
  interruptState_dist = 1;
}

void switchON_hz() {

  // 割り込みフラグ設定
  interruptState_hz = 1;
}


void setup()
{
  Serial.begin(115200);
  Wire.begin();
  delay(50);

  pinMode(33, OUTPUT); //motor driver dir
  pinMode(25, OUTPUT); //motor driver stp
  pinMode(14, OUTPUT); //M0
  pinMode(27, OUTPUT); //M1
  pinMode(26, OUTPUT); //M2
  pinMode(32, INPUT);  //
  pinMode(35, INPUT); //
  pinMode(36, INPUT); //Hz
  pinMode(39, INPUT); //distance

  digitalWrite(14, LOW); 
  digitalWrite(27, HIGH); 
  digitalWrite(26, LOW); 

  attachInterrupt(39, switchON_dist, FALLING);  //移動距離スイッチを押したときに割り込み処理を実行
  attachInterrupt(36, switchON_hz, FALLING);  //速度スイッチを押したときに割り込み処理を実行
  msTime_dist = millis();
  msTime_hz = millis();
}

void loop()
{
  osc_std();  //モーター制御関数
    if (interruptState_dist) {             // 割り込み発生
      if ((millis() - msTime_dist) > 50) { // 50ミリ秒以下の割り込みは無視する
        distance_controll();
        osc_std();
        msTime_dist = millis();            // 割り込み時刻更新
      }
      interruptState_dist = 0;    // 割り込みフラグOFF
    }

    if (interruptState_hz) {             // 割り込み発生
      if ((millis() - msTime_hz) > 50) { // 50ミリ秒以下の割り込みは無視する(チャタリング回避)
        Hz_controll();
        osc_std();
        msTime_hz = millis();            // 割り込み時刻更新

      }
      interruptState_hz = 0;    // 割り込みフラグOFF
    }
}

void osc_std() {
//省略（モーター駆動）
}

Comments

[y_waiwai]

回路図を提示しよう

Answer 1

私のてもとで以下のプログラムを走らせてGPIO36/39を叩いても

一方のスイッチを押すともう一方のスイッチも連動してしまう

という現象は出ません。

RTOSを使用せず

なんてことは不可能で結局内部でFreeRTOSは走っているわけで、「試したこと」のプログラムではむしろモーターを駆動していないことが効いているということはないでしょうか。
つまり、モーターのノイズが回り込んでいるとか。

volatile bool interruptState_dist;
volatile bool interruptState_hz;
volatile unsigned long msTime_dist;
volatile unsigned long msTime_hz;

// 割り込みハンドラ
//   IMPUT_PIN HIGH→LOW
//
void IRAM_ATTR switchON_dist() {

  // 割り込みフラグ設定
  interruptState_dist = 1;
}

void IRAM_ATTR switchON_hz() {

  // 割り込みフラグ設定
  interruptState_hz = 1;
}

void  task1( void *param )  //モーター制御+割り込み処理
{
  while ( 1 ) {
    if (interruptState_dist) {             // 割り込み発生
      if ((millis() - msTime_dist) > 50) { // 50ミリ秒以下の割り込みは無視する
        msTime_dist = millis();            // 割り込み時刻更新
        Serial.print(millis());
        Serial.println("int_dist");
      }
      interruptState_dist = 0;    // 割り込みフラグOFF
    }

    if (interruptState_hz) {             // 割り込み発生
      if ((millis() - msTime_hz) > 50) { // 50ミリ秒以下の割り込みは無視する(チャタリング回避)
        msTime_hz = millis();            // 割り込み時刻更新
        Serial.print(millis());
        Serial.println("int_hz");
      }
      interruptState_hz = 0;    // 割り込みフラグOFF
    }
    delay(1);
  }
}

void  task2( void *param )  //センシング+データ解析
{
  while ( 1 ) {
//プログラム省略(センシング+データ解析部分)
    delay(1);
  }
}

void setup()
{
  // ウォッチドッグタイマ無効
  disableCore0WDT();

  Serial.begin(115200);
  delay(50);

  pinMode(36, INPUT); //Hz
  pinMode(39, INPUT); //distance

  /* create task */
   xTaskCreatePinnedToCore( task1,
                           "TASK1",  /* タスクの入口となる関数名 */
                           0x800,    /* スタックサイズ */
                           NULL,     /* パラメータのポインタ */
                           1,        /* プライオリティ */
                           NULL,     /* ハンドル構造体のポインタ */
                           1 );      /* 割り当てるコア (0/1) */

  xTaskCreatePinnedToCore( task2,
                           "TASK2",  /* タスクの入口となる関数名 */
                           0x800,    /* スタックサイズ */
                           NULL,     /* パラメータのポインタ */
                           0,        /* プライオリティ */
                           NULL,     /* ハンドル構造体のポインタ */
                           0 );      /* 割り当てるコア (0/1) */

  attachInterrupt(39, switchON_dist, FALLING);  //移動距離スイッチを押したときに割り込み処理を実行
  attachInterrupt(36, switchON_hz, FALLING);  //速度スイッチを押したときに割り込み処理を実行
  msTime_dist = millis();
  msTime_hz = millis();
}

void loop()
{
  delay(10);
}

Comments

[thkana]

ありゃ、リロードしないで放置してたら終わってたか。

[Uka]

>thkanaさん
プログラムの動作確認いただきありがとうございました。電源まわりのピン接続を間違えていたために誤動作していたようです。大変失礼いたしました。

Answer 2

こういう場合にあるあるなのは、回路の接続をスカこいてうまく動かない、ってのが多いです。
いくらコードだけを見ても無駄でしかありません。
＃例えばスイッチのプルアップ抵抗がないとか。。

で、スイッチ入力の割り込みを使う、ってのはちと筋が悪いです
チャタリングで余分な割り込みが発生したりしてませんか。
割り込みは使わないで、素直にポート入力でループ回しましょう

Comments

[Uka]

ご回答ありがとうございます。
回路を再度確認したところ、おっしゃるとおり回路の接続（3.3Vで供給すべきところを5Vで接続してしまっていましまっていました）を間違えており、なおしたところRTOSのプログラムでも問題なく動作できました。ご指摘いただきありがとうございました。