Exemplo de Sistema Embarcado com Conectividade Web

Exemplo de Sistema Embarcado com Conectividade Web
Andrey Brito

Arquitetura de Computadores
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” 30 de maio de 2005 Arquitetura de Computadores

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 30 de maio de 2005 Arquitetura de Computadores

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 30 de maio de 2005 Arquitetura de Computadores

Exemplo de supervisório
30 de maio de 2005 Arquitetura de Computadores

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

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

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

Arquitetura do hardware

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 30 de maio de 2005 Arquitetura de Computadores

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

ADC E/S Digital FLASH CPU RAM Timers 30 de maio de 2005 Arquitetura de Computadores

O Controlador Ethernet CS8900A

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

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 30 de maio de 2005 Arquitetura de Computadores

Recebendo um pacote 30 de maio de 2005 Arquitetura de Computadores

Transmitindo um pacote

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

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 30 de maio de 2005 Arquitetura de Computadores

“The uIP Embedded TCP/IP Stack”
Pilha de protocolos open-source para pequenos processadores Cabe em 6 KB de ROM e 1,5 KB de RAM Já foi portado para MSP430, 8051, AVR, etc. 30 de maio de 2005 Arquitetura de Computadores

“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, ... }; 30 de maio de 2005 Arquitetura de Computadores

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) 30 de maio de 2005 Arquitetura de Computadores

Ambiente de desenvolvimento

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 } 30 de maio de 2005 Arquitetura de Computadores

Funcionamento do Software (rede)

handleCommand() pressYellowButton(); pressBlackButton(); pressWhiteButton(); pressGreenButton(); 30 de maio de 2005 Arquitetura de Computadores

interpretaScript() Exemplo “/cgi/arq” i /arq_header.html c d i /arq_footer.html . 30 de maio de 2005 Arquitetura de Computadores

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 30 de maio de 2005 Arquitetura de Computadores

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

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 30 de maio de 2005 Arquitetura de Computadores

A Aplicação Flash Dinâmico Flash 30 de maio de 2005 Arquitetura de Computadores

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 30 de maio de 2005 Arquitetura de Computadores

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

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 30 de maio de 2005 Arquitetura de Computadores

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