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Exemplo de Sistema Embarcado com Conectividade Web Andrey Brito

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Apresentação em tema: "Exemplo de Sistema Embarcado com Conectividade Web Andrey Brito"— Transcrição da apresentação:

1 Exemplo de Sistema Embarcado com Conectividade Web Andrey Brito

2 30 de maio de 2005Arquitetura de Computadores2 Objetivo Apresentar um exemplo de sistema embarcado completo –Sensores, atuadores, processamento, interface com usuário e conectividade de rede Ilustrar a arquitetura de um computador com interface de rede

3 30 de maio de 2005Arquitetura de Computadores3 Introdução O que é um sistema embarcado? –Um sistema encapsulado pelo dispositivo que controla –Podem ser isolados ou em rede –Dificilmente possuem um SO –Microcontroladores são bons candidatos São basicamente utilizados para controle e monitoramento

4 30 de maio de 2005Arquitetura de Computadores4 Exemplo de sistema em rede O sistema embarcado controla/monitora o dispositivo –Pode ser distribuído O PC possui uma GUI (supervisório) –Visualização e ajuste de ponto de operação

5 30 de maio de 2005Arquitetura de Computadores5 Exemplo de supervisório

6 30 de maio de 2005Arquitetura de Computadores6 Roteiro O Hardware –MSP430 Internet Connectivity MSP430F149 CS8900A O Software –Organização do Software –uIP A Aplicação

7 30 de maio de 2005Arquitetura de Computadores7 Nosso hardware Kit de desenvolvimento projetado pela Texas –MSP430 Internet Connectivity – –Vendido por vários montadores (por exemplo,

8 30 de maio de 2005Arquitetura de Computadores8 Arquitetura do hardware LCD Microcontrolador Controlador Ethernet Relés Sensores

9 30 de maio de 2005Arquitetura de Computadores9 Arquitetura do hardware

10 30 de maio de 2005Arquitetura de Computadores10 O microcontrolador MSP430F149 Custo: US$ 0,50 a 8 Velocidade: 0 a 8 MHz, mas instruções podem consumir até 6 ciclos de clock Consumo: 2,5 µA em 4 KHz a 2,4 mA em 8 MHz Periféricos: 6 portas E/S, ADC, Timers, UART, Multiplicadores

11 30 de maio de 2005Arquitetura de Computadores11 O microcontrolador MSP430F149 Memória: 60 KB Flash, 2 KB RAM CPU: RISC, 27 instruções (+ 24 emuladas), 16 registradores

12 30 de maio de 2005Arquitetura de Computadores12 O microcontrolador MSP430F149

13 30 de maio de 2005Arquitetura de Computadores13 O microcontrolador MSP430F149

14 30 de maio de 2005Arquitetura de Computadores14 O microcontrolador MSP430F149 CPU RAM FLASH E/S DigitalADC Timers MSP430F149

15 30 de maio de 2005Arquitetura de Computadores15 O Controlador Ethernet CS8900A

16 30 de maio de 2005Arquitetura de Computadores16 O Controlador Ethernet CS8900A Control RAM En/Decoder CS8900A

17 30 de maio de 2005Arquitetura de Computadores17 Funcionamento do Controlador Ethernet Configuração –Que interface usar (por exemplo, RJ45?) –Que frames aceitar –Que eventos causam interrupções Recebimentos, transmissões, colisões, etc. –Como os frames recebidos são transferidos para o hospedeiro

18 30 de maio de 2005Arquitetura de Computadores18 Recebendo um pacote

19 30 de maio de 2005Arquitetura de Computadores19 Transmitindo um pacote

20 30 de maio de 2005Arquitetura de Computadores20 Transmitindo um pacote Preamble + Start_of_Frame + Data + PAD + CRC

21 30 de maio de 2005Arquitetura de Computadores21 Roteiro O Hardware –MSP430 Internet Connectivity –MSP430F149 Aquisição de dados e ativação/desativação de saídas –CS8900A Configuração, recepção e transmissão de pacotes O Software –Organização do Software –uIP A Aplicação

22 30 de maio de 2005Arquitetura de Computadores22 The uIP Embedded TCP/IP Stack Pilha de protocolos open-source para pequenos processadores –http://www.sics.se/~adam/uiphttp://www.sics.se/~adam/uip Cabe em 6 KB de ROM e 1,5 KB de RAM Já foi portado para MSP430, 8051, AVR, etc.

23 30 de maio de 2005Arquitetura de Computadores23 The uIP Embedded TCP/IP Stack Suporta IP, TCP, UDP, ICMP, ARP –Faz toda a parte de abertura e gerenciamento de conexões, falta só gerar os dados –Possui um arcabouço de uma linguagem de script para páginas HTML dinâmicas Desvantagem: armazenamento das páginas static const char data_index_html[] = { /* /index.html */ 0x2f, 0x69, 0x6e, 0x64, 0x65, 0x78, 0x2e, 0x68, 0x74, 0x6d, 0x6c, 0, 0x48, 0x54, 0x54, 0x50, 0x2f,... };

24 30 de maio de 2005Arquitetura de Computadores24 Ambiente de desenvolvimento Rowley Associates CrossWorks Studio –ARM, AVR e MSP430 –Oferece uma versão do uIP com driver do controlador CS8900A para o MSP430 Internet Connectivity –Muitos recursos –Demo de 30 dias –Caro! (£495)

25 30 de maio de 2005Arquitetura de Computadores25 Ambiente de desenvolvimento

26 30 de maio de 2005Arquitetura de Computadores26 Funcionamento do software (local) void main(void) { // Iniciação // periféricos // CS8900A // httpd e aplicação while(1) { // Processa entradas/saídas da aplicação local // Trata botões, faz aquisição de dados // Processa pacotes e eventos de rede }

27 30 de maio de 2005Arquitetura de Computadores27 Funcionamento do Software (rede) Pacote Recebido ARP uip_arp_arpin() IP uip_process() httpd_appcall() Endereço começa com /cmd/ handleCommand()Envia /arq.html Endereço começa com /cgi/ interpretaScript() Envia o arquivo solicitado

28 30 de maio de 2005Arquitetura de Computadores28 Funcionamento do Software (rede) handleCommand() –pressYellowButton(); –pressBlackButton(); –pressWhiteButton(); –pressGreenButton();

29 30 de maio de 2005Arquitetura de Computadores29 Funcionamento do Software (rede) interpretaScript() –Exemplo /cgi/arq i /arq_header.html c d i /arq_footer.html.

30 30 de maio de 2005Arquitetura de Computadores30 Roteiro O Hardware –MSP430 Internet Connectivity –MSP430F149 Aquisição de dados e ativação/desativação de saídas –CS8900A Configuração, recepção e transmissão de pacotes O Software –Organização do Software –uIP A Aplicação

31 30 de maio de 2005Arquitetura de Computadores31 A Aplicação Um sistema que gerencia uma caixa de abastecimento de água –Tanque –Bomba –Válvula –Alarme O sistema é automático –Exceto, talvez, pela válvula

32 30 de maio de 2005Arquitetura de Computadores32 A Aplicação No entanto, pode ser necessário atuar no sistema remotamente –Verificar se o alarme está ativado –Verificar se o tanque está enchendo Será que o reservatório secou? –Ligar/desligar a válvula que libera o fornecimento Durante períodos de racionamento

33 30 de maio de 2005Arquitetura de Computadores33 A Aplicação Flash Dinâmico Flash

34 30 de maio de 2005Arquitetura de Computadores34 Funcionamento do Software (rede) interpretaScript() –Exemplo /cgi/arq i /arq_header.html c d i /arq_footer.html. –c d constrói a tabela –bombaState, alarmState, energySaveState, valvulaState e getLevel

35 30 de maio de 2005Arquitetura de Computadores35 Executando a aplicação (visão de Hardware) CPU RAM FLASH E/S Digital ADC Timers MSP430F149 Control RAM En/Decoder CS8900A Sensor Botão Botões Relés Página Web Ethernet/Internet

36 30 de maio de 2005Arquitetura de Computadores36 Executando a aplicação (visão de Hardware) CPU RAM FLASH E/S Digital ADC Timers MSP430F149 Control RAM En/Decoder CS8900A Sensor Botão Botões Relés Página Web Ethernet/Internet

37 30 de maio de 2005Arquitetura de Computadores37 Executando a aplicação (visão de Hardware) CPU RAM FLASH E/S Digital ADC Timers MSP430F149 Control RAM En/Decoder CS8900A Sensor Botão Botões Relés Página Web Ethernet/Internet

38 30 de maio de 2005Arquitetura de Computadores38 Considerações finais Usar um kit de desenvolvimento e o uIP reduz o trabalho de fazer um sistema útil de meses para dias. –Mas o resultado não é muito flexível, você deve montar o seu framework em cima disso Sistemas embarcados ilustram muitos aspectos importantes de um computador comum


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