Health Hub : migration d'un moniteur de santé STM32 vers FreeRTOS

Contexte

Projet de Master 1 à l'UBS Lorient. Le point de départ est un projet STM32CubeIDE fourni par l'encadrant : un code bare-metal qui lit plusieurs capteurs de santé, affiche les valeurs sur un écran OLED et les envoie en UART vers la plateforme Thingsboard, via un script Python.

Mon travail a consisté à migrer ce code vers FreeRTOS : découper le programme en tâches, choisir leurs priorités et leurs périodes, et organiser l'échange de données entre elles sans conflit sur le bus partagé.

Le matériel

Les trois capteurs sont sur le même bus I²C. C'est la contrainte qui structure toute l'architecture.

Architecture FreeRTOS

Le programme est découpé en six tâches, reliées par cinq files de messages. Chaque étape a sa propre tâche : acquisition, calcul, affichage.

MotionTask ──qAttitudeAlgo──▶ AttitudeTask ──qAttitudeDisplay──┐
HeartRateTask ──qBPMalgo──▶ processTaskBPM ──qBPMDisplay───────┼──▶ DisplayTask ──▶ OLED
TempTask ──qTempData───────────────────────────────────────────┘

MotionTask, HeartRateTask, TempTask : accès I²C protégés par mutexI2C

L'affichage a la priorité la plus basse : s'il prend du retard, aucune mesure n'est perdue. À l'inverse, l'échantillonnage cardiaque tourne toutes les 10 ms, parce que le calcul du rythme a besoin d'un signal régulier.

Partager le bus I²C

Trois tâches lisent des capteurs sur le même bus. Sans protection, une tâche plus prioritaire peut interrompre une transaction I²C en cours et la corrompre. Chaque lecture est donc encadrée par un mutex :

osMutexAcquire(mutexI2CHandle, osWaitForever);
irSample = acquireHeartSampleC();
osMutexRelease(mutexI2CHandle);
osMessageQueuePut(qBPMalgoHandle, &irSample, 0, 10);

Dimensionner les files

La file entre l'échantillonnage cardiaque et le calcul du rythme peut contenir 10 échantillons : le calcul peut prendre un peu de retard sans en perdre. Les autres files ne contiennent qu'un seul élément, car l'écran n'a besoin que de la dernière valeur. La tâche d'affichage lit ses files sans attendre, et garde la valeur précédente si rien de nouveau n'est arrivé.

Analyse des performances

Avec les outils de STM32CubeIDE, j'ai analysé l'empreinte mémoire, la charge CPU et le respect des contraintes de temps réel de la version FreeRTOS.

Stack