Web51-C - první kroky

Transkript

HW group
Web51-C první kroky
Web51-C - první kroky
Web51-C je vývojový kit pro tvorbu vestavných
Ethernetových UDP a SNMP aplikací na bázi 8051
procesorů.
Web51-C je rozšíření projektu Web51 původně
tvořeného v assembleru do jazyka C. Výsledné
embedded ethernet aplikace lze kompilovat volným
kompilátorem SDCC nebo komerčním Keil C51.
Projekt Web51-C lze zkompilovat na původní HW (od
cca 1kB interní RAM na novějších x51 procesorech,
jako je T89C51RD2. Pro funkce SNMP je ale potřeba
použít větší externí RAM.
Základ doporučeného hardwarového řešení tvoří
vestavný modul Charon I poskytující dostatečnou
paměťovou a výpočetní kapacitu.
Tento popis vás krok za krokem provede instalací a
otestováním některých aplikací Web51-C. Vzhledem
ke značným možnostem poslední demonstrační aplikace „SNMP I/O Thermometer“ lze upravit a
velmi rychle použít ji jako finální řešení.
Základní vlastnosti Web51-C
•
Zdrojové kódy v ANSI C
•
Používá standardní 8051 MCU a RTL8019AS Ethernet řadič
•
Plně otevřená HW i SW platforma
•
Veškeré příklady lze testovat na zdokumentovaných Charon I + Development Kit nebo
Charon I + Charon I&II Development Board
•
Vše k dispozici ve zdrojových kódech
•
Implementován UDP stack
•
Příklady kompatibilní pro volné SDCC (Small Device C Compiler)
•
Příklady kompatibilní pro komerční Keil C51
•
Funkční SNMP aplikace „SNMP I/O Thermometer“ s JAVA vizualizací
•
Podrobný popis, starting guide.
•
Rychlý návrh a vývoj aplikací
•
Velmi levné HW řešení, vhodné pro velké série
1 / 24
16.10.2003
Rumunská 26, Praha 2, 120 00 – Tel. 222 511 918
www.HWgroup.cz
HW group
Blokové schéma projektu Web51-C
Demo verze
ANSI C - SNMP vývojový systém
2 / 24
16.10.2003
www.HWgroup.cz
HW group
Hardwarové řešení projektu
Základ hardwarového řešení 8051 kompatibilní (dále x51) procesor a řadič Ethernetu RTL8019AS.
V našich aplikacích používáme vestavný modul Charon I, jehož schéma a popis najdete v přílohách této
dokumentace. Charon I je osazen 8-bitovým mikroprocesorem T89c51RD2 firmy Atmel. Obecně lze ale
samozřejmě použít jakýkoliv jiný x51 MPU.
Paměťový podsystém tvoří
•
integrovaná paměť FLASH 64 kB (kód programu),
•
integrovaná paměť EEPROM 2 kB (konfigurační parametry),
•
externí paměť SRAM 32 kB (dynamické přidělování paměti),
•
přímo mapované periferie - ethernetový řadič RTL8019as.
Adresový prostor
0x0000 – 0xFBFF
0xFC00 – 0xFFFF
Použito
FLASH 63 kB (CODE)
zavaděč (bootloader) 1 kB
Tab.1 Paměťový podsystém Web51-C – interní paměť programu CODE
Adresový prostor
0x0000 – 0x7FFF
0x8000 – 0x801F
0x8020 – 0x80FF
0x8100 – 0xFFFF
Použito
SRAM 32 kB (XRAM)
ethernetový řadič RTL8019as
volný pro rozšiřující hardware
zrcadlení adres 0x8000 – 0x80FF
Tab.2 Paměťový podsystém Web51-C – externí paměť dat XRAM
Adresový prostor
0x0000 – 0x03FF
Použito
SRAM 1 kB (XRAM)
Adresový prostor
0x0000 – 0x07FF
Použito
EEPROM 2 kB
Tab.3 Paměťový podsystém Web51-C – interní paměť dat XRAM a EEPROM
Programování paměti FLASH a EEPROM se provádí metodou ISP přes sériový port mikroprocesoru viz
kapitola „Programování firmwaru do modulu Charon I“. Tato metoda nevyžaduje žádný další podpůrný
hardware a zcela eliminuje použití klasického programátoru.
Ethernetový řadič RTL8019as je zapojen v minimalizovaném zapojení bez nutnosti použití externí paměti
EEPROM 93c46. Komunikace s řadičem probíhá v 8-bitovém režimu, umožňující adresovat 8 kB SRAM
integrované uvnitř řadiče. Paměť je určena pro příjem a vysílání ethernetových rámců. Po přijetí
ethernetového rámce, řadič automaticky generuje požadavek o přerušení pro řídící mikroprocesor.
K připojení zařízení do lokální sítě 10BaseT slouží konektor RJ-45.
3 / 24
16.10.2003
www.HWgroup.cz
HW group
Doporučený HW pro ladění příkladů
Testovací příklady jsou určeny pro moduly Charon I a standardně fungují s dodávanými vývojovými
kity :
Charon I DK
(Development Kit) je jednoduchý a levný vývojový kit, ve kterém lze otestovat
pouze základní periferie, neobsahuje posuvné registry atd..
Charon I&II DB
(Development Board) je vývojový kit, na němž najdete přímé výstupy, ale také
SHIFT registry pro externí rozšířené vstupy a výstupy, LCD displej připojený také
přes posuvné registry, přímý výstup na 1-Wire.
Charon I&II obsahuje také periferie, které podporuje pouze Charon II (druhou
sériovou linku RS-232, JTAG, SERIAL FLASH až 4 MB, ISP programovací
rozhraní..).
Poznámka :
Modul lze použít v jakékoliv základní desce, která připojí galvanicky oddělený
Ethernet a napájení.
V příkladech použité periferie
Šířka binárních vstupů a výstupů je dána počtem použitých posuvných registrů, které se připojí
kaskádně za sebe. Rozšířené periferie v příkladu „SNMP I/O Thermometer“ fungují pouze, pokud je
z JAVA aplikace (nebo z obecného SNMP clienta) nastaven pro periferie mód „special“, v režimu
„paralel“ lze přistupovat pouze přímo na 8. bitový vstupně/výstupní port P1.
•
Sériová linka RS-232 (data z RS-232 jsou odeslána do SNMP clienta jako trapy)
•
0 .. 32 binárních vstupů
•
0 .. 32 binárních výstupů
•
až 4x teploměr 1-Wire
Aplikaci „SNMP I/O Thermometer“ doporučujeme ladit na vývojové desce Charon I&II DB, která má
vyvedeny všechny potřebné periferie, včetně LCD displeje.
4 / 24
16.10.2003
www.HWgroup.cz
HW group
Softwarové řešení
Od prvopočátku bylo jasné, že projekt Web51-C musí být směřován do oblasti jednoduchých embedded
ethernet zařízení. 8-bitové mikroprocesory řady 8051 jsou bohužel kvůli své hardwarové architektuře dosti
limitovány co do možností dosažitelného maximálního výpočetního výkonu. Je třeba šetřit s dostupnými
prostředky a celé řešení uzpůsobit použitému mikroprocesoru.
Seznam základních požadavků na navrhovaný systém lze shrnout do následujícího výčtu:
•
•
•
•
•
•
použití vyššího programovacího jazyka,
možnost dynamické správy paměti,
přístup k periferiím pomocí vyhrazených funkcí,
implementace základních síťových protokolů,
snížit dobu odezvy systému na minimum,
transparentnost celého řešení.
Proč použít jazyk C?
Jazyk C byl navržen k systémovému (nízkoúrovňovému) programování. Díky tomu se prosadil všude tam,
kde je třeba přímo ovládat libovolný hardware. V jazyce C je napsaná celá řada operačních systému,
uživatelských a mikroprocesorových aplikací. Překladače jazyka C existují pro většinu dostupných typů
procesorů.
Výhody jazyka C
•
•
•
•
•
jednoduchá přenositelnost zdrojových kódů programu (multiplatformnost),
přehlednost zdrojových kódů programu a celkové zjednodušení při správě složitých projektů,
rychlejší vývoj aplikací (použití standardních knihoven),
nástroje na optimalizaci a validaci výsledného kódu programu,
zavedený programovací jazyk, podporovaný výrobci hardwaru (mikroprocesorů) a softwaru
(kompilátorů).
Nevýhody jazyka C
•
•
•
vyšší cena kvalitního vývojového prostředí,
relativně větší nároky na paměť dat a programu výsledné aplikace,
složitější na osvojení oproti ostatním vyšším programovacím jazykům.
Implementace jazyka C u mikroprocesorů řady 8051
Díky neutuchající oblibě mikroprocesorů řady 8051 je k dispozici dostatečné množství kompilátorů jazyka
C. Základní vlastností jazyka C je, že využívá intenzivně práce se zásobníkem (předávání parametrů,
lokální proměnné, návratové adresy funkcí, reentrivní funkce atd.). To je kamenem úrazu
u mikroprocesorů řady 8051, která není vybavena vhodným zásobníkovým systémem. Úspěšnost
implementace jazyka C u mikroprocesorů řady 8051 závisí na tom, jak se daný výrobce kompilátoru
vypořádal s tímto nelehkým problémem. V další fázi se pak řeší specifické problémy s implementací
jazyka C na 8-bitový mikroprocesor řady 8051.
5 / 24
16.10.2003
www.HWgroup.cz
HW group
Volba kompilátoru jazyka C
Základním kritériem při výběru kompilátoru jazyka C bylo
•
•
•
jádro systému Web51-C musí být možno sestavit nejméně ve dvou kompilátorech
(komerční/volně dostupný),
vývoj aplikací musí být možný na platformě MS Windows a Linux,
výsledný systém Web51-C musí umožňovat vývoj aplikací s minimálními investicemi do
programového vybavení.
GNU kompilátor SDCC (Small Device C Compiller) vyvíjený skupinou nadšenců si v porovnání
s komerčními produkty vede docela obstojně. Svými vlastnostmi výsledného kódu programu se řadí
do střední třídy kompilátorů. Chybí spousta vymožeností, které je dána absencí IDE a s tím spojený
komfort při vývoji. Rozšířená syntaxe jazyka C používaná u mikroprocesorů řady 8051 je u SDCC a
Keil C51 shodná. To umožňuje psát programy, které lze jednoduše přeložit v obou kompilátorech. Při
realizaci složitějších projektů, je však třeba počítat se zvýšeným úsilím, ze strany vývojáře k dosažení
patřičného výsledku.
Keil C51 je odbornou veřejností považován za jeden z nejlepších kompilátorů pro 8051
mikroprocesory. Je to pravda a na celém produktu je vidět několik let intenzivního vývoje, který má za
sebou. Pokud vážně uvažujete o nákupu komerčního kompilátoru, tak by jste při výběru neměli
opomenout Keil C51.
Poznámka:
Překladač Keil C51 používá pro ukládání dat do paměti metodu velkého endiánu
(Big Endian) na rozdíl od SDCC, které využívá metodu malého endiánu (Little
Endian).
Adresářová struktura projektu
Projekt Web51-C je rozdělen do následujících adresářů
web51c\app ... uživatelské aplikace (např. demonstrační příklady)
web51c\bin ... podpůrné programy využívané systémem Web51-C (např. RD2-Flasher)
web51c\dev ... ovladače jednotlivých hardwarových zařízení (např. ethernetový řadič RTL8019as)
web51c\doc ... dokumentace
web51c\include ... hlavičkové soubory systému Web51-C
web51c\lib ... předkompilované knihovny (např. udp, snmp knihovna)
web51c\net ... zdrojové kódy systému Web51-C
6 / 24
16.10.2003
www.HWgroup.cz
HW group
Implementované síťové protokoly
Volba rozsahu implementovaných protokolů vycházela z celkové koncepce zvoleného řešení.
Vybrané protokoly pokrývají oblast referenčního modelu OSI-RM. Na jednotlivých vrstvách byly
implementovány následující protokoly
Linková vrstva (data link layer)
•
•
Vysílání a příjem rámců podle standardu Ethernet II.
ARP (Address Resolution Protocol) - používá se při znalosti cílové IP adresy stanice pro
nalezení příslušné fyzické adresy rozhraní MAC.
Síťová vrstva (network layer)
•
•
IP (Internet Protocol) - klíčový protokol, provádí vysílání datagramů na základě síťových adres
obsažených v jejich záhlavích a poskytuje síťovou službu bez spojení.
ICMP (Internet Control Message Protocol) - protokol řídících hlášení, slouží k přenosu
specifických zpráv týkajících se chyb a zvláštních okolností při přenosu datagramů.
Transportní vrstva (transport layer)
•
UDP (User Datagram Protocol) - poskytuje mechanismus pro koncový přenos dat mezi dvěma
stanicemi. Nabízí transportní službu bez spojení.
Aplikační vrstva (application layer)
•
•
•
•
SNMP (Simple Network Management Protocol) – protokol podporující přenos informací pro
management sítí. Slouží k monitorování aktivních prvků sítě, dálkové řízení a změny
konfigurace sítě.
DNS (Domain Name System) – umožňuje mapování jmen stanic na IP adresy.
WOL (Wake On Lan) – zapnutí stanice na lokální síti.
Různé proprietární protokoly použité v uživatelských aplikacích (např. měření teploty).
V současné verzi tvoří jádro systému UDP protokolový zásobník nad kterým jsou provozovány další
síťové protokoly. Jádro lze přeložit jak v SDCC tak i Keil C51. Jednou z hlavních aplikačních úloh kde
je systém Web51-C využíván, je monitorování zařízení na síti pomocí protokolu SNMP.
Implementace SNMP protokolu byla provedena pouze pro kompilátor Keil C51.
7 / 24
16.10.2003
www.HWgroup.cz
HW group
Vývoj a ladění aplikací
Vývoj aplikací se provádí na platformě MS Windows nebo Linux. Programátor může volit mezi
kompilátorem SDCC (překlad pomocí souborů makefile) nebo Keil C51 (integrované prostředí
µVision2). Pro pochopení principů práce se systémem Web51-C je k dispozici celá řada
demonstračních příkladů v adresáři web51c\app.
Tvorba aplikací v Keil C51
Sestavení aplikace se provádí v µVision2 IDE, které sdružuje management projektu, editaci
zdrojových kódů, překladač, linker a debugger v jeden celek. Instalace programu je obdobná běžně
používanému postupu známého z prostředí MS Windows.
Volba hardwarové platformy
Systém Web51-C lze v současné době provozovat na procesorech T89c51RD2 a AT89c51ED2.
Volba cílové hardwarové platformy se provádí pomocí direktivy pro podmíněnou kompilaci v menu
Project ! Options for Target ! C51 ! Preprocesor Symbols.
direktiva pro procesor T89c51RD2
direktiva pro procesor AT89c51ED2
__T89C51RD2__
__AT89C51XD2__
V prostředí µVision2 IDE lze přímo zvolit cílovou platformu pomocí menu Select Target, kde je k dispozici
na výběr „Web51 – T89c51RD2“ nebo „Web51 – AT89c51xD2“.
Konfigurace paměti eeprom mikroprocesoru T89c51RD2
Systém Web51-C používá pro uložení konfiguračních parametrů interní paměť eeprom
mikroprocesoru T89c51RD2 viz příklad 1. Pro správnou funkci je nezbytně nutné tuto paměť
následujícím způsobem nakonfigurovat.
Zdrojové soubory příkladu 1 jsou sdruženy v rámci projektu web51.uv2. Projekt obsahuje informace
potřebné pro překladač a linker. Projekt otevřeme v menu Project ! Open Project, kde zadáme
cestu \web51c\app\00.eeprom.setup a vybereme projekt web51.uv2.
V levém okně vidíme jednotlivé části které projekt obsahuje:
•
složka SRC – zdrojový kód programu eesetup.c (EEPROM SETUP),
•
složka INC – hlavičkové soubory systému Web51-C,
•
složka LIB – použité knihovny Web51Udp.LIB (celý systém Web51-C včetně UDP
protokolového zásobníku).
ETH_ADDR
IP_ADDR
IP_ADDR
IP_ADDR
MY_ETH_ADDR
MY_IP_ADDR
GW_IP_ADDR
NETMASK
=
=
=
=
{{0x00, 0x0A, 0x59, 0x00, 0x00, 0x00}}; // Web51 MAC adresa
{{192,168,6,68}};
// Web51 IP adresa
{{192,168,6,254}};
// maska podsítě
{{255,255,255,0}};
// IP adresa brány
8 / 24
16.10.2003
www.HWgroup.cz
HW group
Obr. 1: Keil C51 -
µVision2 IDE
Hodnoty IP adres je třeba nastavit tak, aby odpovídaly použitým adresám v dané lokální sítí do které
se modul Charon I připojuje.
Sestavení programu provedeme v menu Project ! Build target čímž dojde k vytvoření několika
souborů s informacemi o výsledcích překladu.
Jméno souboru
WEB51
WEB51.HEX
WEB51.M51
WEB51.OPT
WEB51.UV2
EESETUP.C
EESETUP.LST
Poznámka:
Popis
vstupní data pro debugger
sestavený kód programu
tabulka symbolů
aktuální nastavení µVison2 (otevřené soubory, velikost oken, …)
soubor projektu
zdrojový kód programu (Eeprom Setup)
výpis programu po provedení sestavení
V dolní části obr.1 je vidět výsledek kompilace. Knihovna Web51Udp.LIB obsahuje i
některé funkce, které nejsou v programu použity. V důsledku toho kompilátor ohlásí
14 varovných hlášení. Nejedná se o chybu, pouze nás kompilátor upozornil, že tyto
funkce nejsou použity a zabírají zbytečně místo v paměti kódu programu. Uživatel
má možnost označit v souboru \include\config.h funkce, které se nemají přidávat do
knihovny Web51Udp.LIB a tím potlačit výskyt těchto chybových hlášení. Tento krok
však vyžaduje znovusestavení knihovny a je doporučen zkušenějším uživatelům.
Nahrání firmwaru (soubor web51.hex) do modulu Charon I lze provést pomocí souboru flash.bat (uložen
ve stejném adresáři jako projekt).
9 / 24
16.10.2003
www.HWgroup.cz
HW group
Web51c – Embedded Ethernet Project ver 1.0.0 May 20 2003, 21:20:13 - Keil 7.05
Old T89c51RD2 eeprom settings.
Web51 network interface parameters
MAC addres
IP address
Gateway
Netmask
:
:
:
:
00:0A:59:00:00:01
192.168.2.6
192.168.2.1
255.255.255.0
New T89c51RD2 eeprom settings.
MAC addres
IP address
Gateway
Netmask
:
:
:
:
00:0A:59:00:00:00
192.168.6.68
192.168.6.254
255.255.255.0
Obr. 2: Výstup programu na sériový port 9600, N, 8, 1
Nyní je paměť eeprom nakonfigurována. O tom, že data byla správně zapsána do paměti eeprom se
můžeme přesvědčit pokud vyresetujeme modul Charon I.
První aplikace v systému Web51-C
Následující popis uvádí základní principy použití systému Web51-C. Na jednoduchém příkladu UDP
klienta bude demonstrována komunikace mezi PC a modulem Charon I. Program přijímá data
vyslaná z PC na IP adresu modulu port 2000. Obsah UDP datagramu je zobrazen na standardní
výstup (sériový port).
Projekt otevřeme v prostředí µVision2 (viz postup uvedený v předchozím příkladě). Zdrojový kód
příkladu je uložen v adresáři web51c\app\02.udp.client.
Funkce main
Celý program je obsažen v souboru udpclient.c. Nejdříve musíme vyhradit paměť pro příjem UDP
datagramů (ethernetových rámců).
u_char EthFrmBuf[ ETH_FRM_SIZE ];
data WORD EthProt;
/* paměť pro přijatý UDP datagram */
/* typ zjištěného protokolu */
Následuje inicializace systému Web51-C
•
nastavení sériového portu (9600,N,8,1),
•
načtení konfigurace z eeprom,
•
inicializace ARP CACHE protokolu ARP,
•
inicializace ethernetového řadiče RTL8019as.
W51SystemInit(); /* inicializace systému Web51-C */
W51VerStrComp(); /* zobrazení aktuální verze systému na standardní výstup */
W51SysInfo();
/* zobrazení konfigurace (MAC, IP adresa atd.) */
10 / 24
16.10.2003
www.HWgroup.cz
HW group
Hlavní smyčku programu se dělí na následující dvě části:
Zpracování požadavků od ethernetového řadiče – program testuje výstup RTL8019as, jestli nedošlo
k příjmu ethernetového rámce. Pokud jsou data k dispozici načtou se funkcí W51EthReadData() do
paměti XRAM. Z přijatého datagramu se určí typ zapouzdřeného protokolu (ARP, IP atd.) a podle
toho se postupuje při dalším zpracování.
•
W51ArpInput() – zpracování ARP dotazu/odpovědi,
•
W51IpValid() – ověření intergrity IP datagramu (CRC, cílová IP adresa atd.),
•
W51IcmpInput() – zpracování ICMP dotazu/odpovědi,
•
W51UdpValidCRC() – ověření intergrity UDP datagramu (platné CRC),
•
W51UdpValidPort() – platný(otevřený) UDP port na systému Web51-C,
•
W51DisplayUdpData() – zobrazení UDP datagramu na standardní výstup.
if( RTLIrq0 ) // check for received ethernet data
// test RTL8019as interrupt request line
{ W51EthReadData( &EthFrmBuf[0] ); // read data from ethernet controller
EthProt = MAKEWORD(EthFrmBuf[12], EthFrmBuf[13]);
}
// --- decode received ethernet frame data --- //
if(EthProt == 0x0806) W51ArpInput( (ARP_FRAME *) EthFrmBuf ); // ARP
if(EthProt == 0x0800)
// IPv4
{if( W51IpValid((IPv4_FRAME *) EthFrmBuf))
{if( EthFrmBuf[23] == IP_Prot_ICMP )
// ICMP
W51IcmpInput((ICMP_FRAME *) EthFrmBuf);
if( EthFrmBuf[23] == IP_Prot_UDP )
// UDP
{ if( W51UdpValidCRC( (UDP_FRAME *) EthFrmBuf))
{ // decode received UDP datagram here
if(W51UdpValidPort((UDP_FRAME *)EthFrmBuf))
// available UDP port
{ W51DisplayUdpData( (UDP_FRAME *) EthFrmBuf);
}
}
}
}
}
Management systému Web51-C – správa ARP cache, nalezení příslušné fyzické adresy rozhraní
MAC pro danou IP adresu (ARP resolver).
W51ArpManagement(); // updata arp cache, resolve remote hosts,...
11 / 24
16.10.2003
www.HWgroup.cz
HW group
Test funkčnosti aplikace
Sestavení programu provedeme v menu Project ! Build target, výsledný soubor web51.hex
nahrajeme do modulu Charon I. Dostupnost modulu nejdříve ověříme pomocí programu ping (např.
ping 192.168.6.68).
Zasílá požadavek na ozvěnu hostiteli 192.168.6.68 s 32 bajty dat:
Odezva
Odezva
Odezva
Odezva
Odezva
Odezva
od
od
od
od
od
od
192.168.6.68:
192.168.6.68:
192.168.6.68:
192.168.6.68:
192.168.6.68:
192.168.6.68:
bajty=32
bajty=32
bajty=32
bajty=32
bajty=32
bajty=32
čas=5ms
čas=4ms
čas=4ms
čas=4ms
čas=4ms
čas=4ms
TTL=64
TTL=64
TTL=64
TTL=64
TTL=64
TTL=64
Obr. 3: Odezva systému Web51-C na ping
K testování funkce programu na PC slouží aplikace udp_client.exe uložená v adresáři
web51c\app\02.udp.client\udp.client.pc. Aplikace čte data ze standardního vstupu
(klávesnice) a posílá na IP adresu modulu port 2000.
Spuštění programu UDP klient na PC:
udp_client 192.168.6.68.
-=[ Web51 Demo Application ver 0.1.0 (C) 2002 by www.HW.cz ]=UDP client sends data to remote Web51 board via UDP protocol.
Local host : 192.168.6.67 - 192.168.6.67
Remote host : 192.168.6.68 - 192.168.6.68
Enter any characters or press ESC to terminate program.
Web51-C project based on T89c51RD2 and RTL8019as.
Obr. 4: Program udp_client.exe spuštěný na PC
Zadáme testovací řetězec „Web51-C project based on T89c51RD2 and RTL8019as.“ a na obr. 5
vidíme data přijatá modulem Charon I.
Web51c - Embedded Ethernet Project ver 1.0.0 May 20 2003, 21:20:13 - Keil 7.05
-=[ Web51 UDP Client - Demo Application ver. 0.2.0 (C) 2003 by www.HW.cz ]=UDP client receives data from PC via UDP protocol on port 2000 and
displayes it on serial port.
MAC addres : 00:0A:59:00:00:00
IP address : 192.168.6.68
Gateway
: 192.168.6.254
Netmask
: 255.255.255.0
Received data
Web51-C project based on T89c51RD2 and RTL8019as.
Obr. 5: Přijatá data modulem Charon I zobrazená na sériovém portu
12 / 24
16.10.2003
www.HWgroup.cz
HW group
Demonstrační příklady systému Web51-C
Systém We51-C obsahuje dále uvedené demonstrační příklady řešených aplikací
•
EEPROM – konfigurace paměti EEPROM systému Web51-C.
•
Wake On Lan - zapnutí stanice na lokální síti pomocí UDP datagramu.
•
UDP klient – příjem UDP datagramu a jeho zobrazení na standardní výstup.
•
UDP server – vysílání UDP datagramu na danou IP adresu.
•
UDP echo server – příjem a následné zpětné vyslání UDP datagramu.
•
ICMP ping – test dostupnosti vzdáleného počítače pomocí ICMP zpráv.
•
SNMP I/O Thermometer – použití SNMP protokolu pro monitorování teploty, ovládání
vstupů a výstupů.
Poznámka:
Systém Web51-C využívá pro standardní vstup/výstup sériový port mikroprocesoru
T89c51RD2. K zobrazení dat posílaných na sériový port lze použít libovolný sériový
terminál. Stačí pouze nastavit přenosové parametry 9600, N, 8, 1 a vypnout řízení
toku dat.
Příklad 1 – EEPROM
Systém Web51-C používá pro uložení konfiguračních parametrů (IP adresa, maska, brána atd.)
interní paměti eeprom mikroprocesoru T89c51RD2.
Adresa
0x000
0x006
0x00A
0x00E
0x012
Popis
Web51 MAC adresa
Web51 IP adresa
maska podsítě
IP adresa brány
IP adresa DNS serveru
Délka [B]
6
4
4
4
4
Tab.4 Struktura paměti eeprom systému Web51-C
Program provede následující nastavení konfiguračních parametrů systému Web51-C
•
•
•
•
Web51 MAC - počáteční MAC adresa vyhrazená projektu Web51 00:0A:59:00:00:00.
Web51 IP adresa – 192.168.6.68
Maska podsítě – 255.255.255.0
IP adresa brány – 192.168.6.254
Zdrojový kód příkladu :
Poznámka:
web51c\app\00.eeprom.setup.
Implementace SNMP protokolu využívá vlastní(adaptivní) uspořádání paměti
eeprom, který není slučitelný s popisem uvedeným v tabulce 4.
13 / 24
16.10.2003
www.HWgroup.cz
HW group
Příklad 2 – Wake On Lan (WOL)
Technologie Wake On Lan (Magic Packet Technology) byla vyvinuta firmami AMD a Hewlett
Packard. WOL umožňuje zapnutí počítače na lokální síti pomocí speciálního UDP datagramu
(ethernetového rámce). UDP datagram musí obsahovat sekvenci 6 x FFh za kterou je zopakována
16 x MAC adresa počítače, který má být probuzen. Počítač musí obsahovat síťovou kartu a základní
desku podporující funkci WOL, která musí být zároveň povolena v BIOSu počítače.
web51c\app\01.wake.on.lan.
Příklad 3 – UDP klient
Program přijímá data vyslaná z PC na IP adresu Web51 zařízení port 2000. Obsah UDP datagramu
je zobrazen na standardní výstup (sériový port).
K testování funkce programu na PC slouží aplikace udp_client.exe, která čte data ze standardního
vstupu (klávesnice) a posílá vše na Web51 zařízení. Aplikace je napsaná v jazyce C a lze ji sestavit
pomocí kompilátoru MS Visual C++ nebo volně dostupného kompilátoru LCC-WIN32. IP adresa
zařízení Web51 lze zadat jako parametr programu např. udp_client.exe 192.168.6.68.
web51c\app\02.udp.client.
Příklad 4 – UDP server
Program vysílá každou sekundu UDP datagram z Web51 zařízení na IP adresu PC klienta port 4000.
UDP datagram obsahuje informace o teplotě (simulovaná teplota inkrementující se po 0,1°C při
každém odeslání).
K testování funkce programu na PC slouží aplikace udp_server.exe, která přijímá vyslaná data
z Web51 zařízení. Aplikace je napsaná v jazyce C a lze ji sestavit pomocí kompilátoru MS Visual
C++ nebo volně dostupného kompilátoru LCC-WIN32.
web51c\app\03.udp.server.
Příklad 5 – UDP echo server
Program čte data z libovolného UDP portu, zobrazí je na standardní výstup a odpoví (pošle originální
datagram) co nejrychleji zpět. Jedná se o rozšíření příkladu 3 a demonstrace běžné situace, kdy
obslužný systém funguje formou dotaz – odpověď. K testování funkce programu na PC lze použít
např. aplikaci udp_client.exe.
web51c\app\04.udp.echo.server.
14 / 24
16.10.2003
www.HWgroup.cz
HW group
Příklad 6 – ICMP ping
Program testuje dostupnost vzdáleného počítače pomocí ICMP zpráv echo request a echo reply.
Jedná se o obdobu příkazu ping (Packet Internet Grouper) běžně používaného na PC.
web51c\app\05.icmp.ping.
Příklad 7 – SNMP
Příklad demonstruje detailní popis použití SNMP na jedné rozsáhlé aplikaci, která ovládá binární
vstupy, výstupy, LCD display, sériovou linku RS-232 a 1-Wire teploměr.
Celý příklad je k dispozici v rámci projektu Web51-C, k jeho zkompilování je ale již třeba kompilátor
Keil C51, verze pro SDCC zatím není k dispozici, s pomocí zdrojových kódů pro Keil C51 ji nelze
vytvořit.
V poslední kapitole najdete podrobný popis jak začít používat aplikaci „SNMP I/O Thermometer“,
která je případně k dispozici i jako samostatný text pro tento příklad.
Zdrojový kódy příkladů k problematice SNMP jsou uloženy v adresářích
•
•
•
•
web51c\app\10.snmp.LED,
web51c\app\10.snmp.LED_table
web51c\app\ 10.snmp.LED_variable_all
web51c\app\10.snmp.serial_io
15 / 24
16.10.2003
www.HWgroup.cz
HW group
Programování firmwaru
Atmel Flip
Modul Charon je defaultně dodáván s firmwarem Konvertor Ethernet / RS-232, takže nejdříve je
nutné nahrát do modulu nový firmware, který obsahuje tuto SNMP aplikaci. Upload firmware do
procesorů T89C51RD2 a následovníků se provádí programem Flip od výrobce procesorů – firmy
Atmel.
Program stáhnete buď na
oficiálních stránkách
Atmelu, nebo
odzkoušenou starší verzi
1.6, kterou vidíte na
obrázku najdete na :
www.HWgroup.cz
na stránce DOWNLOAD
mezi užitečnými utilitami.
PSEN – programování
Připojte modul Charon k
sériové lince RS-232 a
osaďte jumper PSEN.
Pozici jumperu PSEN
najdete vyznačenu na vývojové desce (Charon I&II DB vlevo dole – spodní pozice „Forced“, Charon
I DK pod ledkami LINK a POWER).
Po osazení jumperu zapněte napájecí napětí, vyberte ve Flipu typ procesoru (Device ! Select !
T89C51RD2) pak načtěte firmware uložený v souboru s příponou .HEX
Nastavte programování po sériovém portu RS-232 (Settings ! Communication ! RS-232). Pokud
program zahlásí chybu, zkontrolujte osazení jumperu PSEN, použité kabely pro připojení RS-232
(stačí 3. vodičové připojení RxD, TxD, GND), (u Charon I&II DB zkontrolujte zda jste osadili jumper
RESET do pozice x51) a případně modul resetujte.
- Před programování nezapomeňte zaškrtnout i políčka ERASE a BLANK CHECK.
- Po naprogramování a verifikaci odpojte program Atmel Flip ze sériového portu.
- Odstraňte jumper PSEN a proveďte reset zařízení.
- Pokud aplikace podporuje SETUP režim, osaďte jumper SETUP (T0) a proveďte reset
zařízení.
Pro nastavení v SETUPu spusťte libovolný sériový terminál (TeraTerm, Terminal, v nejhorším
případě HyperTerminál z Windows), nebo náš program „Ethernet Converter SETUP“, který lze také
stáhnou ze stránky DOWNLOAD na www.HWgroup.cz.
16 / 24
16.10.2003
www.HWgroup.cz
HW group
Programování firmwaru – RD2-Flasher
Program „RD2-Flasher“ slouží k programování mikroprocesoru Atmel T89c51RD2 metodou ISP přes
sériový port v operačních systémech MS Windows. Jedná se o konzolovou aplikaci určenou pro snadnou
integraci do libovolného vývojového prostředí (Keil µVision2, SDCC atd.). Zdrojové kódy programu jsou
k dispozici v rámci projektu Web51.
RD2-Flasher představuje alternativní řešení k originálnímu softwaru FLIP. Ve spojení se zavaděčem (plně
kompatibilní s FLIPem) vyvinutým v rámci projektu Web51 umožňuje přímo programovat eeprom paměť
mikroprocesoru T89c51RD2. Umí navíc přepnout modul Charon I přímo do programovacího režimu
pomocí ovládání pinu PSEN mikroprocesoru vývodem CTS z RS232.
Postup ISP programování
Nastavení jumperu PSEN se shoduje s postupem uvedeným u programu FLIP. Detailní popis použití
RD2-Flasheru je uveden na adrese http://www.hw.cz/software/rd2_flasher/flasher22.html.
Příklad nahrání souboru snmp.hex do modulu Charon I :
RD2F -f snmp.hex -c COM1 -b 115200 -m 0 -p 1 -t 2 -q 18 -i 32 -v 1
17 / 24
16.10.2003
www.HWgroup.cz
HW group
Aplikace „SNMP I/O Thermometer„ – první kroky
RS-232 SETUP pro aplikaci SNMP I/O Thermometer
Poté, co nahrajete do modulu aplikaci „SNMP I/O Thermometer“, nastavte parametry sériového
kanálu 9600 Bd 8N1, no handshake. Ověřte, zda jste osadili jumper SETUP a odstranili jumper
PSEN. Zresetujte modul.
POZOR – DŮLEŽITÉ
Po každém nahrání nového
firmware, nebo jeho updatu, je
NUTNÉ provést nejprve RESET
TO DEFAULT, abyste
inicializovali hodnoty
v konfigurační paměti EEPROM.
Proveďte příkaz :
d ... load default setup
Po jeho provedení a opětovném
načtení menu nastavte IP adresu,
Gateway, Masku a „target trap
adress“.
t ... enter target trap
address
Target trap adress je adresa, kam se budou odesílat UDP pakety se SNMP TRAPy. Jedná se tedy
o jedinou adresu, která bude s modulem komunikovat. Pravděpodobně sem nastavte vaší IP adresu.
Pokud používáte DHCP, nebo si ji nepamatujete, nejsnáze ji zjistíte spuštěním v příkazovém řádku
„IPconfig“ – Systém Windows vypíše DNS, IP, MASK a GATEWAY. Další možnosti jsou 0.0.0.0 =
vypnuto, 255.255.255.255 = UDP broadcast.
v ... set port value
Definuje hodnotu I/O portu po zapnutí napájení. Lze tak definovat například vypnutí nějakých zařízení
po restartu systému… Hodnota se nastavuje v desítkové soustavě v rozsahu 0..255
p ... switch port type
Mění typ práce s porty mezi direct – přímý přístup na I/O port a shifted – použití posuvných registrů
a 1-Wire teploměru. Pokud používáte Charon I&II DB nastavte si verzi
s ... Web51 system info
Vypíše aktuální nastavené síťové parametry (MAC, IP, GW, MASK)
Po nastavení potřebných parametrů, odstraňte jumper SETUP a modul restartujte..
Do sériového portu modul vypíše : „EEPROM loading, preserving MAC, getting“.
Závěr
Firmware modulu je nyní nastaven. Je čas připojit se k modulu po SNMP! Pokud si chcete být jisti,
že modul skutečně na síti funguje, zkuste si pingnout na jeho IP adresu, ping je součást ICMP a
funguje samozřejmě i na UDP a SNMP zařízeních, které nepodporují TCP/IP.
18 / 24
16.10.2003
www.HWgroup.cz
HW group
Instalujeme a spouštíme JAVA aplikaci „Thermometer“
Pro obsluhu modulu Charon I, který komunikuje po SNMP můžete používat libovolný SNMP client
(browser), protože MIB tabulka je přiložena k aplikaci, ale pokud se SNMP začínáte použijte naši
JAVA aplikaci „Thermometer“ která vám vše přehledně zobrazí s pomocí grafiky a zároveň v ní lze
snadno a rychle modul nastavovat.
Základní pojmy kolem jazyka JAVA
JAVA ještě není běžně rozšířena, proto se vám pokusíme vysvětlit pár základních pojmů :
JAVA SDK (Software Development Kit)
Obsahuje překladač souborů .java na soubory .class a vše potřebné proto, abyste mohli začít
vyvíjet v JAVĚ aplikace. Pokud potřebujete hotové aplikace jen používat, nepřidělávejte si
starosti s instalací kompletního balíku.
JRE – JAVA runtime enviroment
Základní prostředí, které umí JAVA kód spustit a JRE tak potřebujete k tomu, abyste mohli
jakoukoliv JAVA aplikaci vůbec pustit. Poslední dobou firma SUN, která JAVU vymyslela
hodně propaguje tzv. Java Web Start 1.2. Jedná se o jakýsi další balík rozšíření, který
umožňuje spouštět aplikace z jediného souboru, nebo přímo z Internetu atd. Poslední dobou
je standardně obsažen v základním JRE.
.java
Textový zdrojový kód aplikace, jedná se tedy o textový kód.
.class
Tzv. „byte code“ = univerzální spustitelný kód, který není závislý na platformě CPU. Vzniká
přeložením původního textového zdrojového souboru .java.
.jar
Několik souborů .class sloučených do jednoho souboru .jar = finální spouštěná aplikace.
Aplikace je pak jediný soubor, nepotřebujete tolik otevřených souborů, případně komprimovat
programy atd.
19 / 24
16.10.2003
www.HWgroup.cz
HW group
Poslední verzi ovládající JAVA aplikace Thermometer si lze stáhnout z Internetu:
http://www.dfsoft.cz/Charon/
Jak pracovat s aplikací „Thermometer“
K tomu, abyste vůbec spustili soubor „sThermometer.jar“ potřebujete mít napřed nainstalovaný buď
JAVA SDK, nebo JRE. Ten není defaultně součástí Windows, tak si jej stáhněte z Internetu :
http://java.sun.com/products/javawebstart/download-windows.html
Po nainstalování podpory pro JAVA aplikace již na .JAR soubor na disku stačí kliknout a aplikace se
spustí sama. Aplikaci také můžete spustit z výše uvedené WWW stránky.
Pro uložení IP adresy a proměnných slouží soubor „charon_properties.txt“ ve stejném adresáři :
max=50
graph_time=1
min=-20
timeout=5000
IP=192.168.6.16
Aplikace používá freeware Westhawk což je implementace SNMP protokolu pro JAVA aplikace.
20 / 24
16.10.2003
www.HWgroup.cz
HW group
Ovládání aplikace Thermometer
Před spuštěním JAVA aplikace nastavte IP adresu modulu Charon v textovém souboru.
Options
Pokud IP adresu modulu nenastavíte v charon_properties.txt, program bude hlásit, že modul
nenalezl. IP lze nastavit ještě v menu „Options ! Host IP“, spolu s timeoutem po kterém SW nahlásí
chybu SNMP komunikace.
V „Options“ dále nastavíte parametry grafu teploty (rozsah grafu a časy mezi měřeními).
Thermo
Nastavuje alarmy = hodnoty, při kterých SNMP zařízení (modul Charon) nečeká na dotaz klienta (zde
JAVA aplikace) na teplotu a sám hlásí překročení povoleného rozsahu. Hodnota alarmu je zobrazena
vlevo na stupnici teploměru červenou a modrou šipečkou. Hlášení o alarmu se vypisují v textovém
okně nad grafem s průběhem teploty.
Vyzkoušejte alarmy – nastavte horní mez teploty (červená šipka) na cca 31°C a vezměte
teploměrové čidlo do ruky, teplota poroste a při překročení nastavené meze se objeví hlášení :
„04:35:07 [0] '31.13 °C' Temperature High from 192.168.6.16“
Klimatická poznámka : Pokud je 32 – 36 °C běžná teplota, ve které se pohybujete, použijte spodní
mez na cca 15°C a kostku ledu. ☺.
TEA
Tea je algoritmus pro kryptování dat, pokud potřebujete zabezpečit autorizaci protistrany.
21 / 24
16.10.2003
www.HWgroup.cz
HW group
Ethernet
Toto menu slouží ke vzdálenému nastavení parametrů modulu. Kromě standardních IP parametrů,
které lze definovat i v SETUPu přes RS-232 (IP adresa modulu, Maska, Gateway) lze nastavit také
přijímací port modulu (defaultně 2000) a IP adresu a port kam jsou odesílány SNMP Trapy (IP
adresa počítače kde běží JAVA aplikace, nebo standardní SNMP klient).
Specialitou je „Allowed IP adress range“ což je rozsah adres s nimiž modul komunikuje.Rozsah se
definuje hodnotou IP adresy a její maskou, jako v klasických sítí pro rozlišení komunikace v lokální
síti / komunikaci přes Gateway.
Serial
Menu pro nastavení parametrů sériové linky RS-232 na modulu. Parametr „serial timeout“ řídí
„paketizer“ (algoritmus, který souvislý tok dat z RS-232 rozkládá na jednotlivé pakety, které odesílá
do Ethernetu). Parametr definuje maximální délku mezery za posledním přijatým znakem, která se
má respektovat, než je z přijatých dat vytvořen paket a odeslán po SNMP. Počet timeout znaků je
tedy vlastně časové zpoždění, ale udává se ve znacích, aby jej uživatel nemusel přepočítávat při
změně baudové rychlosti.
Pokud je tedy na 9600 Bd nastaveno serial timeout = 7 a přijde souvislý paket 15 znaků (trvá cca 15
ms), čeká po posledním znaku modul dalších 7 ms (7 ms = cca 7 znaků na 9600 Bd) než přijatých 15
bytů sbalí a odešle jako SNMP trap.
Poznámka : Všechny vzdáleně nastavené parametry modul ukládá do interní EEPROM a po
spuštění je aplikace znovu z modulu po SNMP načítá, takže nemusíte mít obavu o ztrátu
konfigurace.
Port
Menu port nastavuje typ přístupu k 8. bitovému I/O portu na modulu Charon.
•
Parallel
I/O port P1 je použit jako přímých 8 pinů. Šířka portu má pak smysl 1..9, kdy 9. bit je vstup
INT0 (druhý jumper vedle jumperu SETUP).
Pokud nastavíte šířku 4, jsou automaticky horní 4 piny přiřazeny jako síťová indikace, podle
následujících funkci :
- P1.4 – PING
- P1.5 – ARP
- P1.6 – SNMP
- P1.7 – UDP
V přímém režimu nelze port dále rozšířit a nelze používat 1-Wire sběrnici, ani posuvné
registry.
•
Special
I/O port je rozšířen pomocí posuvných registrů a dalších periferií podle dokumentace
„Rozšíření sériových portů modulů Charon“, což je plně kompatibilní se schématem
k doporučené vývojové desce Charon I&II Development Board.
- I/O porty lze rozšířit až na 32 vstupů a výstupů
- Na P1.0 lze připojit až 4x 1-Wire teploměr
Popisované aplikace SNMP I/O Thermometer nepodporuje rozšíření o A/D převodníky
(LCD displej zatím není, ale bude brzy podporován), což zmíněná specifikace umožňuje.
22 / 24
16.10.2003
www.HWgroup.cz
HW group
Použití aplikace s obecným SNMP clientem
Pokud budete chtít použít aplikaci s obecným SNMP clientem, budete potřebovat MIB tabulku
k aplikaci v modulu Charon. Tuto tabulku najdete buď v adresáři příkladů k originálnímu „ANSI C SNMP Development System“ nebo je ke stažení spolu s .HEX souborem a zde popsanou aplikací
sThermometer.jar
Pro ověření funkce nebo pro reálnou aplikaci lze použít libovolný SNMP Client. Po nainstalování
clienta, je třeba nahrát do příslušného adresáře .mib soubor. K tomu aby jej SNMP client vzal
k dispozici je třeba nahranou tabulku přikompilovat k výběru používaných MIB. Po úspěšném
přikompilování by měl client SNMP zařízení Web51 rozpoznat a zobrazit strom s proměnnými, které
obsahuje.
23 / 24
16.10.2003
www.HWgroup.cz
HW group
Závěr
Projekt Web51 má za sebou již několik let vývoje a stovky aplikací, což se positivně promítá do jeho
současného stavu. V oblasti implementace síťových technologií do embedded zařízení si našel své
stále místo. Verze Web51-C rozšiřuje stávající možnosti projektu zvláště v oblasti managementu sítí.
Implementace SNMP protokolu otevírá cestu k monitorování aktivních prvků sítě, dálkovému řízení a
změně konfigurace sítě. Použití programovacího jazyka C zpřehledňuje a zpřístupňuje celý systém
většímu okruhu vývojářů. Programování v jazyku C má za následek rapidní snížení doby vývoje
aplikací v porovnání s psaním v assembleru.
Literatura & zajímavé odkazy
•
[1] Modul Charon I http://www.hwgroup.cz/products/charon1/
•
[2] Projekt Web51 - http://web51.hw.cz/
•
[3] Keil C51 – http://www.keil.com/
•
[4] SDCC – http://sdcc.sourceforge.net/
•
[5] RD2-Flasher http://www.hw.cz/software/rd2_flasher/flasher22.html
•
[6] Atmel FLIP – http://www.atmel.com/
•
[7] Charon I - SNMP I/O Thermometer – http://www.hwgroup.cz/products/charon1/snmp/
•
[8] LCC-WIN32 – http://www.cs.virginia.edu/~lcc-win32/
•
Vše o SNMP - http://www.snmplink.org/
•
http://www.castlerock.com - SNMPc Network Manager
•
SNMP Client který lze licencovat na 30. denní trial verzi - http://www.mg-soft.com
•
Server se zajímavými nápady kolem SNMP - http://www.pcmeasure.com
•
CodeGen - Generátor kódu, parser a merger - program analyzuje MIB a generuje kostru kódu
podle zadané šablony. Usnadňuje vytváření MIB - http://www.dfsoft.cz/products.htm
Související dokumentace
•
web51c\app\Readme.txt
Všechny SNMP aplikace mají propracované readme v angličtině.
•
Charon I&II Development Board – Schémata a popis rozšířeného vývojového kitu.
•
Charon I – Dokumentace – Schéma a popis samotného modulu a programování
•
Projekt Web51 - http://web51.hw.cz/
•
www.Hwgroup.cz - Dokumentace k finálním produktům a řešením.
24 / 24
16.10.2003
www.HWgroup.cz

Web51-C - první kroky

Transkript

Podobné dokumenty

HTemp-485 - HW group

Stáhnout návod

Zde si stáhněte PDF soubor - Čtenář

Časopis 2007 PDF, 1,63 MB PDF, 1,63 MB Stáhnout - OR-CZ

SensDesk Mobile – online senzory ve Vaší kapse Společnost HW

ALA Kit - HW group

Open Source Programování

různé způsoby výpočtu příčné indukčnosti u online metody

Programování MCU ve vyšších programovacích jazycích

Introduction - Web51

PortStore5 MANUÁL

Bootloader v mikrokontrolérech AVR

CHARON I

Pocítacové systémy - Jednocipové mikropocítace (mikrokontroléry)