除 CPU 外，英特尔® Edison 开发板还包含一个内部微控制器单元 (MCU)。 在本文中，我将从两个方面解释使用内部 MCU 的优势
- 实时
- 能效
MCU 在多款应用中都至关重要。 例如，基于英特尔® Edison 开发板的 Linux* 在与传感器交互时无法提供实时响应。 MCU 支持自 2.1 版开始能够在英特尔® Edison® 开发板固件软件版本上使用。
我们来了解一下英特尔® Edison 计算模块中使用的系统芯片 (SoC)：
英特尔® Edison 计算模块中的系统芯片包括两个 CPU：
- 双核英特尔® 凌动™ 处理器（500 MHz） 标有主机 CPU。
- 采用 Minute 英特尔® 架构的 MCU （100 MHz）。 标有 MCU。
Minute 英特尔架构内核是一款节能架构，基于英特尔® 486，并额外采用指令，能够与英特尔® 奔腾® 处理器兼容。 MCU 包含丰富的 I/O 子系统（GPIO、I2C、高速 UART、DMA）和 SRAM，并能够访问英特尔® Edison 计算模块上的所有 GPIO 针脚。 适用于代码和数据的总 SRAM 为 192 kb。 MCU 使用 WindRiver 的实时 Viper* 操作系统运行。
MCU 程序支持在 Viper 内核上使用，并可控制连接到 MCU 上的外围设备，而不受英特尔凌动处理器的影响。 例如，它能够控制 GPIO 针脚，与采用 I2C 和 UART 协议的传感器通信，并与英特尔凌动处理器通信。
为何在英特尔® Edison 上使用 MCU
使用 MCU 得益于两个原因：提供实时微秒级延迟和高能效。
英特尔凌动处理器和 Yocto Project* 标准 Linux* 分发版不支持即购即用的实时应用。
Linux 应用可能会被调度器先占用，从而造成不可接受且不可预测的延迟，因而不可能提供实时响应。
MCU 运行一个应用和实时操作系统，这使得其有可能提供实时响应。
对于许多通信协议需要严格遵守短时间来执行的传感器，均需要实时响应。
如要在没有内部 MCU 的情况下将这些传感器连接到英特尔® Edison 开发板，您将需要使用外部 MCU。 在这种情况下，所有的传感器通信都在外部 MCU 上进行。 例如，面向英特尔® Edison 开发板的 SparkFun Block* – Arduino 扩展板可提供外部 MCU 功能。 但是，使用外部 MCU 将会增加 BOM 成本并提高解决方案的复杂性。
MCU 可以提高某些应用的能效，在这些应用中， CPU 设置为睡眠状态且 MCU 正在等待外部事件（如当传感器的值上升到超过阈值时）。
当外部事件出现时，MCU 将会唤醒 CPU。 《使用 MCU SDK 和 API： 代码示例》一文中介绍了实施示例。
为了解释如何使用内部 MCU，我们将把超声波测距传感器 HC-SR04 连接到英特尔® Edison 开发板中。 我们将把测量到的距离输出到 Grove* LCD RGB 背光符号显示器中。
超声波测距传感器 HC-SR04
该传感器有四个针脚：
- Vcc： 5V
- Trig: 触发传感器信号。 MCU 向传感器发送 10 us 脉冲。 传感器启动一次测量。
- 回波： 从传感器到 MCU 的回波信号。 脉冲宽度随测量距离成比例增减。
- Gnd：接地
图片展示了示波器屏幕上的协议：
- 1 个通道： Trig
- 2 个通道： 回波
MCU 向 Trig 针脚发送一个脉冲。 之后，传感器将相应回波针脚上的脉冲。
脉冲持续时间随测量距离成比例增减。
使用公式来计算距离（位于传感器数据表上）：
距离 (cm) = 回波脉冲持续时间 (us) / 58
传感器可以测量从 2 厘米到 400 厘米的距离（如数据表所示）。
不借助微秒级实时延迟，以预估的精确度不可能测量这么短的脉冲的持续时间。 例如，调度器可能预先占用测量流程，测量结果可能无效。
将 HC-SR04 传感器连接到英特尔® Edison 开发板上的 MCU
组件：
- 英特尔® Edison 计算模块
- 面向 Arduino 的英特尔® Edison 开发板
- Grove Basic Shield
- Grove LCD RGB 背光灯
- 超声波测距传感器 HC-SR04
- 电路试验板
首先，安装适用于 Arduino 的英特尔® Edison 计算模块和英特尔® Edison 开发板。 接下来，将 Grove Base Shield 扩展板连接至适用于 Arduino 的英特尔® Edison 开发板。 将 Grove LCD RGB 背光灯连接至 Grove Basic Shield 上的任意 I2C 端口。
将超声波测距传感器 HC-SR04 连接至 Grove Basic Shield，如下：
- Vcc至 +5V
- Trig至针脚 3
- Echo至针脚 4
- Gnd至 Gnd
针脚 3 和 4 随机选择。 针对此目的，您可以使用任意 GPIO 针脚。
更新英特尔® Edison 开发板固件
MCU 支持自 2.1 版开始已经添加到英特尔® Edison 开发板固件软件版本中。 如果您有较旧的固件，则需要更新它。
如要获取当前的固件版本，请使用以下命令：
# configure_edison –version
该示例基于固件版本 146。
《刷新英特尔® Edison》一文中提供了固件更新说明。 我更喜欢使用该篇文章中介绍的备用刷新方法。
请在刷新前仔细阅读说明。
使用以太网通过 USB 连接英特尔® Edison 开发板
您必须对网络连接进行配置，使其能够与 MCU SDK 中的英特尔® Edison 开发板相连。
如要做到这一点，请将 USB 连接线与顶部的微型 USB 端口相连，并将微型开关设置到底部位置（朝向微型 USB 端口）。
如要在 Linux 上配置网络：
# ifconfig usb0 192.168.2.2
英特尔® Edison 开发板 IP 地址： 192.168.2.15
如欲了解更多信息，请参阅使用 USB 以太网连接到您的英特尔® Edison 开发板。
MCU SDK
开发人员需要 MCU SDK 创建适用于内部 MCU 的应用。 MCU SDK 是一个基于 Eclipse* 的跨平台 IDE。 《安装 MCU SDK》一文中解释了安装流程。
MCU SDK 提供了创建、编译、上传至开发板的功能，并能够调试面向 MCU 的应用。
与 MCU 通信
有多个接口可与 Linux 层面的 MCU 进行通信：
/dev/ttymcu0— 通过该接口与 MCU 传输数据。 可以使用 Linux 的标准读写文件操作进行操作。 MCU 程序可以使用 host_send和 host_receive函数。
/dev/ttymcu1— 使用 debug_print 函数从 MCU 发送调试消息的 接口。
/sys/devices/platform/intel_mcu/log_level — 设置调试消息日志级别的接口（fatal、error、warning、info、debug）。
使用 MCU 上面向 Arduino 的英特尔® Edison 开发板针脚
MCU 集成在英特尔® Edison 计算模块中，可以控制 70 针脚 Hirose 模块连接器上的 GPIO。
如要将 MCU 与面向 Arduino 的英特尔® Edison 开发板结合使用，您需要查找英特尔® Edison 计算模块 GPIO 针脚和面向 Arduino 的英特尔® Edison 开发板针脚之间的映射。 配置多路复用器和电平位移器，将英特尔® Edison 计算模块的 GPIO 路由至面向 Arduino 的英特尔® Edison 开发板针脚。
当从 Linux 层面处理时，这些例程将在 MRAA 库中处理。 在使用 MCU 处理时，开发人员需要使用脚本来处理它们（init_DIG.sh、init_i2c8.sh、init_mcu_PWM.sh、set_DIG.sh、read_DIG.sh、init_UART1.sh） 更多信息，请参见面向 Arduino* 的英特尔® Edison 套件硬件指南中的表 4。
面向 Linux 的脚本
下方的 Python* 脚本 show_distance.py 可从内部 MCU 中获取数据，并在 Grove LCD 显示器上显示它们。 我们将使用 UPM 库中的 Jhd1313m1 模块，与 Grove LCD 显示器交互。
show_distance.py （注：所有文件/脚本在本文末尾均存为 .zip 文件）
import time
import pyupm_i2clcd
RET_ERROR = -1
if __name__ == '__main__':
lcd = pyupm_i2clcd.Jhd1313m1(6, 0x3E, 0x62)
with open('/dev/ttymcu0', 'w+t') as f:
while True:
f.write('get_distance\n') # Send command to MCU
f.flush()
line = f.readline() # Read response from MCU, -1 = ERROR
value = int(line.strip('\n\r\t '))
lcd.clear()
if value == RET_ERROR:
lcd.setColor(255, 0, 0) # RED
lcd.write('ERROR')
else:
lcd.setColor(0, 255, 0) # GREEN
lcd.write('%d cm' % (value,))
time.sleep(1)MCU 程序
MCU 程序等待主机 CPU 的 get_distance命令。 如果程序收到 get_distance命令，它将会测量距离并向主机 CPU 发送结果（距离以厘米计，如果出现错误则显示 -1）。
针对面向 Arduino 的英特尔® Edison 开发板设置针脚：
# ./init_DIG.sh -o 3 -d output
# ./init_DIG.sh -o 4 -d input
MCU 可与英特尔® Edison 计算模块上的 GPIO 针脚配合使用，该模块在面向 Arduino 的英特尔® Edison 开发板上标有不同的数字。 如欲了解更多信息，请参阅使用 MCU 让 LED 闪烁。
mcu.c （注：所有文件/脚本在本文末尾均存为 .zip 文件）
#include "mcu_api.h"
#include "mcu_errno.h"
// Arduino Extension PIN = 3
#define TRIG 12
// Arduino Extension PIN = 4
#define ECHO 129
// From HC-SR04 datasheet
#define MIN_DISTANCE 2
#define MAX_DISTANCE 400
#define MAX_WAIT 10000
#define RET_ERROR -1
int get_distance() {
// Send Trig signal to HC-SR04
gpio_write(TRIG, 1);
mcu_delay(10);
gpio_write(TRIG, 0);
// Read Echo signal from HC-SR04
int i;
i = 0;
while ((gpio_read(ECHO) == 0) && (i < MAX_WAIT)) {
mcu_delay(1);
i++;
}
unsigned long t0 = time_us();
if (gpio_read(ECHO) == 0 || i == MAX_WAIT) {
return RET_ERROR;
}
i = 0;
while ((gpio_read(ECHO) == 1) && (i < MAX_WAIT)) {
mcu_delay(1);
i++;
}
unsigned long t1 = time_us();
if (gpio_read(ECHO) == 1 || i == MAX_WAIT) {
return RET_ERROR;
}
unsigned long distance = (t1 - t0) / 58;
if (MIN_DISTANCE < distance && distance < MAX_DISTANCE) {
return distance;
} else {
return RET_ERROR;
}
}
#define MAX_BUF 255
unsigned char buf[MAX_BUF];
void mcu_main() {
// Setup Trig as OUTPUT
gpio_setup(TRIG, 1);
// Initially set Trig to LOW
gpio_write(TRIG, 0);
// Setup Echo as INPUT
gpio_setup(ECHO, 0);
while (1) {
unsigned int len;
len = host_receive(buf, MAX_BUF);
if ((len >= 12) && (strncmp(buf, "get_distance", 12) == 0)) {
unsigned int distance;
distance = get_distance();
len = mcu_snprintf(buf, MAX_BUF, "%d\n", distance);
host_send(buf, len);
}
}
}添加我们的脚本以自动启动
如要启动我们的脚本，请先创建一个 shell 脚本：
File /home/root/startup.sh:
startup.sh （注：所有文件/脚本在本文末尾均存为 .zip 文件）
#!/bin/bash cd /home/root # configure PIN3 as GPIO OUPUT (TRIG signal) ./init_DIG.sh -o 3 -d output # configure PIN4 as GPIO INPUT (ECHO signal) ./init_DIG.sh -o 4 -d input python show_distance.py
将脚本标记为可执行文件：
# chmod a+x /home/root/startup.sh
# chmod a+x /home/root/init_DIG.sh
Yocto Project Linux 使用 systemd，因此我们需要创建 “service” 文件，添加脚本以自动启动。
创建 file/lib/systemd/system/startup-script.service:
startup-script.service （注：所有文件/脚本在本文末尾均存为 .zip 文件）
[Unit] Description=Startup User Script After=syslog.target [Service] ExecStart=/home/root/startup.sh [Install] WantedBy=multi-user.target
添加服务以自动启动：
# systemctl enable startup-script
重启后，符号显示器将会显示所测量的距离：
源代码
使用的资源
- 英特尔® Edison 开发板软件下载
- 面向英特尔 Edison 的 SparkFun 数据块 — Arduino
- 使用 MCU SDK 和 API： 代码示例
- 组装带有 Arduino 扩展开发板的英特尔® Edison 开发板
- 刷新英特尔® Edison
- 使用 USB 以太网连接您的英特尔® Edison 开发板
- 安装 MCU SDK
- MRAA 库
- 面向 Arduino 的英特尔 Edison 套件硬件指南
- 面向 MCU SDK 的示例脚本
- UPM 库
- UPM: Jhd1313m1 模块
- 使用 MCU 使 LED 指示灯闪烁
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