C in ModusToolBox (MTB)

1. FreeRTOS: Real-Time Operating System

1.1 RTOS คืออะไร?

WHY: ทำไมต้องรู้?

ปัญหา: โปรแกรมแบบ bare-metal (while loop เดียว) จัดการหลายงานพร้อมกันยาก
ประโยชน์: แบ่งงานเป็น Tasks, จัดการ timing, ใช้ resources ร่วมกันได้
Hardware: MCU ยุคใหม่มี RAM เพียงพอสำหรับ RTOS overhead

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                      Bare-metal                             │
│  while(1) {                                                 │
│      read_sensor();    // ถ้านานเกินไป...                     │
│      process_data();   // ...งานอื่นต้องรอ                     │
│      send_to_cloud();  // blocking!                         │
│  }                                                          │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                       FreeRTOS                              │
│  Task 1: read_sensor()      ─┐                              │
│  Task 2: process_data()      ├─→ ทำงานพร้อมกัน!               │
│  Task 3: send_to_cloud()    ─┘   (time-slicing)             │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

1.2 FreeRTOS Configuration

จาก FreeRTOSConfig.h:

#define configUSE_PREEMPTION            1          // Preemptive scheduling
#define configTICK_RATE_HZ              1000       // 1ms per tick
#define configMAX_PRIORITIES            7          // 7 priority levels
#define configMINIMAL_STACK_SIZE        256        // 256 words minimum
#define configTOTAL_HEAP_SIZE           (50*1024)  // 50KB heap
#define configUSE_TICKLESS_IDLE         2          // Power saving
#define configENABLE_FPU                1          // Enable FPU

HOW: ประยุกต์ใช้จริงในอุตสาหกรรม

Smart Watch: Task แยก: UI, Heart Rate, Step Counter, BLE
Industrial PLC: Task แยก: I/O Scan, Communication, Control Loop
IoT Gateway: Task แยก: Sensor Reading, Data Processing, Cloud Upload

CAUTION: ข้อควรระวัง

ข้อผิดพลาด

ผลกระทบ

วิธีป้องกัน

Stack size น้อยเกินไป

Stack overflow, Hard fault

ใช้ uxTaskGetStackHighWaterMark()

Heap เต็ม

Task create fail

Monitor heap usage

Priority inversion

High priority task ถูก block

ใช้ mutex with priority inheritance

1.3 การสร้าง Task

WHY: ทำไมต้องรู้?

ปัญหา: งาน periodic (เช่น อ่าน sensor ทุก 100ms) ต้องจัดการ timing
ประโยชน์: RTOS จัดการ scheduling ให้, โค้ดอ่านง่าย
Hardware: Kernel ใช้ SysTick timer จัดการ context switching

ตัวอย่างโค้ด

Header file (sensor_hub_daq_task.h):

#define TASK_SENSOR_HUB_DAQ_PRIORITY    (configMAX_PRIORITIES - 1)  // High priority
#define TASK_SENSOR_HUB_DAQ_STACK_SIZE  (2048u)  // Stack size in words
#define TASK_SENSOR_HUB_DAQ_DELAY_MS    (10u)    // Task period

cy_rslt_t create_sensor_hub_daq_task(void);

Task function:

static void sensor_hub_daq_task(void *pvParameters)
{
    // ===== One-time Initialization =====
    // Initialize I2C, sensor, etc.

    TickType_t xLastWakeTime = xTaskGetTickCount();
    const TickType_t xDelay = 100 / portTICK_PERIOD_MS;  // 100ms

    // ===== Infinite Loop =====
    for (;;)
    {
        // 1. อ่านค่าจากเซนเซอร์
        mtb_bmi270_read(&bmi270, &bmi270_data);

        // 2. แปลงและแสดงผล
        float accel_x = lsb_to_mps2(bmi270_data.sensor_data.acc.x, ...);
        printf("Accel X: %f m/s²\r\n", accel_x);

        // 3. Toggle LED
        Cy_GPIO_Inv(CYBSP_USER_LED1_PORT, CYBSP_USER_LED1_PIN);

        // 4. Wait for next cycle (NON-BLOCKING!)
        vTaskDelayUntil(&xLastWakeTime, xDelay);
    }
}

Task creation:

cy_rslt_t create_sensor_hub_daq_task(void)
{
    BaseType_t status;

    status = xTaskCreate(
        sensor_hub_daq_task,              // Task function
        "Sensor Hub DAQ",                 // Task name (for debug)
        TASK_SENSOR_HUB_DAQ_STACK_SIZE,   // Stack size
        NULL,                             // Parameter (optional)
        TASK_SENSOR_HUB_DAQ_PRIORITY,     // Priority
        NULL                              // Task handle (optional)
    );

    return (pdPASS == status) ? CY_RSLT_SUCCESS : CY_RSLT_ERROR;
}

HOW: ประยุกต์ใช้จริงในอุตสาหกรรม

Sensor Data Acquisition: อ่านค่าทุก 10-100ms
Motor Control: PID loop ทุก 1ms
Communication: Check incoming data ทุก 50ms

CAUTION: ข้อควรระวัง

ข้อผิดพลาด

ผลกระทบ

วิธีป้องกัน

ใช้ vTaskDelay แทน vTaskDelayUntil

Timing drift

ใช้ vTaskDelayUntil สำหรับ periodic

Task ไม่มี delay

CPU 100%, task อื่นไม่ทำงาน

ต้องมี delay หรือ yield

Stack overflow

Crash, Data corruption

ตรวจสอบ high watermark

1.4 vTaskDelay vs vTaskDelayUntil

vTaskDelay(100):
├─ Work (20ms) ─┤ Delay 100ms ├─ Work (20ms) ─┤ Delay 100ms ├─
│               ←── 120ms ──→ │               ←── 120ms ──→ │
                    ↑ Timing Drift!

vTaskDelayUntil(100):
├─ Work (20ms) ─┤ Delay 80ms ├─ Work (20ms) ─┤ Delay 80ms ├─
│               ←── 100ms ──→ │               ←── 100ms ──→ │
                    ↑ Precise Timing

2. I2C Communication

2.1 I2C คืออะไร?

WHY: ทำไมต้องรู้?

ปัญหา: ต้องเชื่อมต่อกับ sensor/peripheral ภายนอกที่มี protocol ซับซ้อน
ประโยชน์: ใช้สายแค่ 2 เส้น (SDA, SCL), เชื่อมต่อหลาย device ได้
Hardware: Sensor ส่วนใหญ่รองรับ I2C (เช่น IMU, Temperature, Display)

     MCU (Master)                    Sensors (Slaves)
    ┌───────────┐                  ┌──────────────┐
    │           │───── SCL ────────│ BMI270 (0x68)│
    │   I2C     │                  └──────────────┘
    │ Controller│───── SDA ────────┬──────────────┐
    │           │                  │ SHT31 (0x44) │
    └───────────┘                  └──────────────┘
                                    (หลาย device บน bus เดียว)

2.2 I2C Initialization

ตัวอย่างโค้ด

static mtb_hal_i2c_t CYBSP_I2C_CONTROLLER_hal_obj;
static cy_stc_scb_i2c_context_t CYBSP_I2C_CONTROLLER_context;

// Step 1: Initialize I2C peripheral
initStatus = Cy_SCB_I2C_Init(CYBSP_I2C_CONTROLLER_HW,
                             &CYBSP_I2C_CONTROLLER_config,
                             &CYBSP_I2C_CONTROLLER_context);
if (CY_SCB_I2C_SUCCESS != initStatus) {
    handle_app_error();
}

// Step 2: Enable I2C
Cy_SCB_I2C_Enable(CYBSP_I2C_CONTROLLER_HW);

// Step 3: Setup HAL wrapper
result = mtb_hal_i2c_setup(&CYBSP_I2C_CONTROLLER_hal_obj,
                           &CYBSP_I2C_CONTROLLER_hal_config,
                           &CYBSP_I2C_CONTROLLER_context,
                           NULL);

HOW: ประยุกต์ใช้จริงในอุตสาหกรรม

Smart Watch: I2C bus เชื่อม IMU, Heart Rate, Touch Controller
Weather Station: I2C เชื่อม Temperature, Humidity, Pressure sensors
OLED Display: SSD1306 display ใช้ I2C

CAUTION: ข้อควรระวัง

ข้อผิดพลาด

ผลกระทบ

วิธีป้องกัน

ไม่มี Pull-up resistor

Communication fail

ใช้ external 4.7kΩ pull-up

Address conflict

Device ชนกัน

ตรวจสอบ address แต่ละ device

Clock speed ไม่ตรง

Data corruption

ใช้ speed ที่ทุก device รองรับ

Bus stuck (SDA low)

I2C หยุดทำงาน

Implement bus recovery

3. BMI270 IMU Sensor Integration

3.1 BMI270 คืออะไร?

BMI270 = 6-axis Inertial Measurement Unit (IMU) จาก Bosch

Accelerometer: วัดความเร่ง 3 แกน (X, Y, Z) หน่วย g หรือ m/s²
Gyroscope: วัดความเร็วเชิงมุม 3 แกน หน่วย °/s หรือ rad/s

               +Y
                ↑
                │
                │  ┌──────────┐
                │  │  BMI270  │
        +X ←────┼──│          │
                │  │    ●     │ ← Sensor
                │  └──────────┘
                │
               +Z (out of page)

3.2 Sensor Initialization

ตัวอย่างโค้ด

static mtb_bmi270_t bmi270;
static mtb_bmi270_data_t bmi270_data;

// Step 1: Initialize sensor via I2C
result = mtb_bmi270_init_i2c(&bmi270,
                             &CYBSP_I2C_CONTROLLER_hal_obj,
                             MTB_BMI270_ADDRESS_DEFAULT);  // 0x68
if (CY_RSLT_SUCCESS != result) {
    handle_app_error();
}

// Step 2: Configure with default settings
result = mtb_bmi270_config_default(&bmi270);
if (CY_RSLT_SUCCESS != result) {
    handle_app_error();
}

3.3 Reading Sensor Data

// อ่านค่าจากเซนเซอร์
result = mtb_bmi270_read(&bmi270, &bmi270_data);

// ค่าดิบที่ได้ (int16_t):
// bmi270_data.sensor_data.acc.x  ← Accelerometer X
// bmi270_data.sensor_data.acc.y  ← Accelerometer Y
// bmi270_data.sensor_data.acc.z  ← Accelerometer Z
// bmi270_data.sensor_data.gyr.x  ← Gyroscope X
// bmi270_data.sensor_data.gyr.y  ← Gyroscope Y
// bmi270_data.sensor_data.gyr.z  ← Gyroscope Z

HOW: ประยุกต์ใช้จริงในอุตสาหกรรม

Fitness Tracker: นับก้าว, ตรวจจับกิจกรรม (วิ่ง, ว่ายน้ำ)
Drone: ควบคุม stability และ orientation
Gaming Controller: ตรวจจับการเคลื่อนไหวมือ
Industrial: ตรวจจับ vibration เพื่อ predictive maintenance

CAUTION: ข้อควรระวัง

ข้อผิดพลาด

ผลกระทบ

วิธีป้องกัน

ไม่ calibrate sensor

ค่า offset ผิด

Calibrate ก่อนใช้งาน

อ่านค่าถี่เกินไป

ได้ค่าซ้ำ

ใช้ Data Ready interrupt

Range ไม่เหมาะสม

Clipping หรือ Resolution ต่ำ

เลือก range ตาม application

4. Math Operations สำหรับ Sensor Data

4.1 การแปลงหน่วย (Unit Conversion)

/* จาก sensor_hub_daq_task.c */

#define GRAVITY_EARTH  (9.80665f)  /* m/s² */
#define DEG_TO_RAD     (0.01745f)  /* π/180 */

/* แปลง raw accelerometer → m/s² */
static float lsb_to_mps2(int16_t val, int8_t g_range, uint8_t bit_width)
{
    /*
     * สูตร: acc = (raw_value × g_range × 9.80665) / 2^(bit_width-1)
     *
     * Parameters:
     * - val: raw value จาก sensor (-32768 to 32767)
     * - g_range: ช่วงวัด (2 = ±2g)
     * - bit_width: 16 bits
     *
     * Example: val=16384, g_range=2, bit_width=16
     * half_scale = 2^15 = 32768
     * result = (9.80665 × 16384 × 2) / 32768 = 9.80665 m/s²
     */

    float half_scale = (float)(1u << (bit_width - 1u));
    return ((GRAVITY_EARTH) * val * g_range) / half_scale;
}

/* แปลง raw gyroscope → rad/s */
static float lsb_to_rps(int16_t val, float dps, uint8_t bit_width)
{
    /*
     * สูตร: gyro = (raw × dps × π/180) / 2^(bit_width-1)
     *
     * Parameters:
     * - val: raw value
     * - dps: degrees per second range (2000)
     * - bit_width: 16 bits
     */

    float half_scale = (float)(1u << (bit_width - 1u));
    return ((DEG_TO_RAD) * ((dps) / (half_scale)) * (val));
}

4.2 Vector Magnitude

#include <math.h>  /* sqrtf, fabsf */

/* คำนวณขนาดของ vector */
static float calculate_magnitude(float x, float y, float z)
{
    return sqrtf(x * x + y * y + z * z);
}

/*
 * Magnitude ของ acceleration:
 * - วางราบ: sqrt(0² + 0² + 9.81²) ≈ 9.81 m/s² (1g)
 * - เขย่า: magnitude จะเพิ่มขึ้น
 * - ตกอิสระ: magnitude ≈ 0 (weightlessness)
 */

/* ตรวจจับการเคลื่อนไหว */
float mag = calculate_magnitude(acc_x, acc_y, acc_z);
float deviation = fabsf(mag - GRAVITY_EARTH);

if (deviation > MOTION_THRESHOLD)
{
    /* Motion detected! */
}

4.3 Absolute Value

#include <stdlib.h>  /* abs() for int */
#include <math.h>    /* fabsf() for float */

/* Integer absolute */
int16_t raw = -1000;
int16_t abs_raw = abs(raw);  /* 1000 */

/* Float absolute */
float deviation = -0.5f;
float abs_dev = fabsf(deviation);  /* 0.5f */

/* จากโค้ด orientation detection */
abs_x = abs(bmi270_data.sensor_data.acc.x);
abs_y = abs(bmi270_data.sensor_data.acc.y);
abs_z = abs(bmi270_data.sensor_data.acc.z);

/* หาแกนที่มีค่ามากที่สุด */
if ((abs_z > abs_x) && (abs_z > abs_y))
{
    /* Z-axis is dominant */
}

5. Enum - State Machines

5.1 Enum Basics

/* Enum = ชุดของค่าคงที่ที่ตั้งชื่อ */

typedef enum {
    MOTION_STATIONARY = 0,  /* ค่าเริ่มต้น 0 */
    MOTION_LIGHT,           /* = 1 (อัตโนมัติ) */
    MOTION_MODERATE,        /* = 2 */
    MOTION_INTENSE          /* = 3 */
} motion_state_t;

/* ใช้งาน */
motion_state_t current_state = MOTION_STATIONARY;

if (current_state == MOTION_INTENSE)
{
    /* Handle intense motion */
}

/* Switch-case กับ enum */
switch (current_state)
{
    case MOTION_STATIONARY:
        printf("Device is still\n");
        break;
    case MOTION_LIGHT:
        printf("Light movement\n");
        break;
    case MOTION_MODERATE:
    case MOTION_INTENSE:
        printf("Significant motion!\n");
        break;
}

5.2 Enum สำหรับ Orientation

/* จาก sensor-hub-imu concept */

typedef enum {
    ORIENTATION_UNKNOWN = 0,
    ORIENTATION_UP,         /* Screen facing up */
    ORIENTATION_DOWN,       /* Screen facing down */
    ORIENTATION_LEFT,       /* Left edge down */
    ORIENTATION_RIGHT,      /* Right edge down */
    ORIENTATION_TOP,        /* Top edge down */
    ORIENTATION_BOTTOM      /* Bottom edge down */
} orientation_t;

orientation_t detect_orientation(float ax, float ay, float az)
{
    float abs_x = fabsf(ax);
    float abs_y = fabsf(ay);
    float abs_z = fabsf(az);

    if ((abs_z > abs_x) && (abs_z > abs_y))
    {
        return (az > 0) ? ORIENTATION_UP : ORIENTATION_DOWN;
    }
    else if ((abs_y > abs_x) && (abs_y > abs_z))
    {
        return (ay > 0) ? ORIENTATION_BOTTOM : ORIENTATION_TOP;
    }
    else
    {
        return (ax > 0) ? ORIENTATION_LEFT : ORIENTATION_RIGHT;
    }
}

6. Memory Management

6.1 memset - ล้างข้อมูล

#include <string.h>  /* memset, memcpy */

/* ล้าง struct ให้เป็น 0 */
motion_stats_t stats;
memset(&stats, 0, sizeof(motion_stats_t));

/* ล้าง array */
float buffer[100];
memset(buffer, 0, sizeof(buffer));

/* Syntax: memset(destination, value, size_in_bytes) */
/* value ส่วนใหญ่ใช้ 0 */

6.2 memcpy - Copy ข้อมูล

/* Copy struct */
imu_data_t source = {.acc_x = 100, .acc_y = 200, .acc_z = 300};
imu_data_t dest;

memcpy(&dest, &source, sizeof(imu_data_t));
/* dest ตอนนี้เหมือน source ทุกประการ */

/* Copy array */
float src_buffer[10] = {1.0f, 2.0f, 3.0f, /*...*/};
float dst_buffer[10];

memcpy(dst_buffer, src_buffer, sizeof(src_buffer));

6.3 sizeof - ขนาดของ Type/Variable

/* sizeof type */
size_t int_size = sizeof(int);              /* 4 */
size_t float_size = sizeof(float);          /* 4 */
size_t ptr_size = sizeof(void *);           /* 4 (32-bit) or 8 (64-bit) */

/* sizeof variable */
imu_data_t data;
size_t struct_size = sizeof(data);          /* อาจมี padding */
size_t struct_size2 = sizeof(imu_data_t);   /* เหมือนกัน */

/* sizeof array */
int arr[10];
size_t arr_bytes = sizeof(arr);             /* 40 bytes (10 × 4) */
size_t arr_count = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);  /* 10 elements */

สรุปองค์ความรู้สำคัญ

API Functions ที่ใช้บ่อย

ประเภท

Function

คำอธิบาย

RTOS

xTaskCreate()

สร้าง Task

vTaskDelayUntil()

Delay แบบ precise

xTaskGetTickCount()

อ่านค่า tick ปัจจุบัน

vTaskStartScheduler()

เริ่ม RTOS

I2C

Cy_SCB_I2C_Init()

Initialize I2C

mtb_hal_i2c_setup()

Setup HAL

BMI270

mtb_bmi270_init_i2c()

Initialize sensor

mtb_bmi270_config_default()

Configure sensor

mtb_bmi270_read()

อ่านค่า

Quick Reference

Struct

typedef struct {
    int16_t x, y, z;
} vector3i_t;

vector3i_t v = {.x = 1, .y = 2, .z = 3};
vector3i_t *ptr = &v;
ptr->x = 10;  /* Arrow operator */

Pointer

int value = 42;
int *ptr = &value;    /* ptr = address of value */
*ptr = 100;           /* Modify through pointer */

void func(data_t *out) { *out = result; }
func(&my_data);

Array

float buf[10] = {0};
size_t len = sizeof(buf) / sizeof(buf[0]);
index = (index + 1) % BUFFER_SIZE;  /* Circular */

Math

#include <math.h>
float mag = sqrtf(x*x + y*y + z*z);
float abs_val = fabsf(value);

Memory

memset(&struct_var, 0, sizeof(struct_var));
memcpy(&dest, &src, sizeof(src));

Enum

typedef enum { STATE_A, STATE_B, STATE_C } state_t;
state_t current = STATE_A;
switch (current) { case STATE_A: /*...*/ break; }

Previousพื้นฐาน Embedded C - ตอนที่ 2 NextWorkshops

Last updated 1 day ago

Was this helpful?

hashtag1. FreeRTOS: Real-Time Operating System

hashtag1.1 RTOS คืออะไร?

hashtag1.2 FreeRTOS Configuration

hashtag1.3 การสร้าง Task

hashtag1.4 vTaskDelay vs vTaskDelayUntil

hashtag2. I2C Communication

hashtag2.1 I2C คืออะไร?

hashtag2.2 I2C Initialization

hashtag3. BMI270 IMU Sensor Integration

hashtag3.1 BMI270 คืออะไร?

hashtag3.2 Sensor Initialization

hashtag3.3 Reading Sensor Data

hashtag4. Math Operations สำหรับ Sensor Data

hashtag4.1 การแปลงหน่วย (Unit Conversion)

hashtag4.2 Vector Magnitude

hashtag4.3 Absolute Value

hashtag5. Enum - State Machines

hashtag5.1 Enum Basics

hashtag5.2 Enum สำหรับ Orientation

hashtag6. Memory Management

hashtag6.1 memset - ล้างข้อมูล

hashtag6.2 memcpy - Copy ข้อมูล

hashtag6.3 sizeof - ขนาดของ Type/Variable

hashtagสรุปองค์ความรู้สำคัญ

hashtagAPI Functions ที่ใช้บ่อย

hashtagQuick Reference

hashtagStruct

hashtagPointer

hashtagArray

hashtagMath

hashtagMemory

hashtagEnum

1. FreeRTOS: Real-Time Operating System

1.1 RTOS คืออะไร?

1.2 FreeRTOS Configuration

1.3 การสร้าง Task

1.4 vTaskDelay vs vTaskDelayUntil

2. I2C Communication

2.1 I2C คืออะไร?

2.2 I2C Initialization

3. BMI270 IMU Sensor Integration

3.1 BMI270 คืออะไร?

3.2 Sensor Initialization

3.3 Reading Sensor Data

4. Math Operations สำหรับ Sensor Data

4.1 การแปลงหน่วย (Unit Conversion)

4.2 Vector Magnitude

4.3 Absolute Value

5. Enum - State Machines

5.1 Enum Basics

5.2 Enum สำหรับ Orientation

6. Memory Management

6.1 memset - ล้างข้อมูล

6.2 memcpy - Copy ข้อมูล

6.3 sizeof - ขนาดของ Type/Variable

สรุปองค์ความรู้สำคัญ

API Functions ที่ใช้บ่อย

Quick Reference

Struct

Pointer

Array

Math

Memory

Enum