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Version du 14 octobre 2018 à 19:35
Sommaire
NumWorks et robot
Présentation générale
Description
Le projet consiste à commander un robot classique par une calculatrice NumWorks avec un programme Python. Après avoir conçu un robot classique à base d'Arduino, moteurs, sonar ultrason et suiveurs de lignes, il faudra modifier le logiciel d'une calculatrice NumWorks afin que cette dernière soit capable de communiquer avec le robot. Une fois la communication établie, nous développerons une API afin de contrôler le robot. Finalement, nous écrirons un programme python utilisant l'API pour transformer le robot en un robot suiveur de ligne avec arrêt en cas d'obstacle et redémarrage automatique lors de la disparition de l'obstacle.
Objectifs
- Conception d'un robot classique
- Modification du logiciel d'une calculatrice NumWorks pour établir une communication entre le robot et la calculatrice
- Développer une API permettant le contrôle du robot
- Développer un programme Python transformant le robot en un robot suiveur de ligne avec arrêt en cas d'obstacle et redémarrage automatique lors de la disparition de l'obstacle
Préparation du projet
Cahier des charges
Robot :
- Concevoir un robot à partir d'un Arduino Uno, de moteurs, d'un sonar ultrason et de suiveurs de ligne
Communication :
- Établir une communication entre le robot et la calculatrice NumWorks en tentant de passer le micro-contrôleur en hôte USB et en utilisant le FTDI de l'Arduino
API :
- Développer une API permettant de contrôler le robot :
- fonctions pour contrôler les moteurs
- fonctions pour lire la distance du sonar
- fonctions pour lire l'information des suiveurs de ligne
Programme Python :
- Développer un programme Python se servant de l'API pour transformer le robot en un suiveur de ligne. Il doit permettre au robot de s'arrêter en cas d'obstacle et redémarrer lorsque l'obstacle disparaît
Choix techniques : matériel et logiciel
Robot :
- Kit à assembler déjà disponible
- Arduino Uno
Calculatrice NumWorks
Liste des tâches à effectuer
- Concevoir le robot
- Modifier le logiciel de la calculatrice NumWorks pour établir la communication
- Développer l'API
- Développer le programme Python
Calendrier prévisionnel
Réalisation du Projet
Feuille d'heures
| Tâche | Prélude | Heures S1 | Heures S2 | Heures S3 | Heures S4 | Heures S5 | Heures S6 | Heures S7 | Heures S8 | Heures S9 | Heures S10 | Total |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Analyse du projet | 5H | |||||||||||
| Recherches / documentation | 12H | 6H | ||||||||||
| Conception du robot | ||||||||||||
| Établissement de la communication | 3H | 6H | 6H | |||||||||
| Développement de l'API | ||||||||||||
| Développement du programme Python |
Prologue
Semaine 1
- Acquisition du matériel :
Le matériel nécessaire à la conception du robot était déjà disponible. Récupération d'un kit à assembler pour construire un robot à deux roues, d'un Arduino Uno, d'un sonar ultrason, d'un contrôleur de moteur ainsi que de trois suiveurs de ligne.
- Installation du SDK NumWorks :
Ayant à modifier le logiciel de la calculatrice NumWorks afin de transformer la calculatrice en un périphérique USB hôte pour pouvoir contrôler le robot, j'ai installé le SDK fourni par l'éditeur qui offre un simulateur.
On récupère dans un premier temps le code :
git clone https://github.com/numworks/epsilon.git
Avant de pouvoir lancer le simulateur, il faut installer de nombreuses dépendances :
apt-get install bison build-essential dfu-util flex gcc-arm-none-eabi git libfltk1.3-dev libfreetype6-dev libpng12-dev
Une fois les dépendances installées, on peut compiler :
make PLATFORM=simulator clean make PLATFORM=simulator
Puis on lance le simulateur par la commande :
./epsilon.elf
- Recherches / Documentation :
L'USB On-The-Go (OTG) est une spécification qui permet à un périphérique USB de se comporter comme un hôte ou un esclave selon la situation. Par exemple, cela permet à une tablette (qui est de base un périphérique esclave) de pouvoir communiquer avec un autre périphérique USB tel qu'une souris, un clavier en agissant comme périphérique hôte puis d'être esclave lorsque connecté à un ordinateur. Cette spécification OTG introduit un 5ème pin, le pin "ID". Lorsque ce dernier est connecté à la masse, le périphérique est défini comme hôte par défaut. Si le pin n'est pas connecté, le périphérique est esclave par défaut.
Le port USB de la calculatrice NumWorks n'étant censé être utilisé que pour recharger la calculatrice ou la mettre à jour, la calculatrice est un périphérique esclave. Cela est confirmé par le Schematics de la calculatrice sur lequel on voit que le pin ID de l'USB n'est pas connecté :
Le micro-contrôleur STM32F412VGT6 utilisé est cependant compatible avec l'OTG d'après sa Datasheet et l'acronyme "OTG" apparaît à de nombreuses reprises dans le code du logiciel de la calculatrice NumWorks. Il faudra donc creuser dans ce sens pour faire de la calculatrice un hôte USB.
Semaine 2
- Recherches / Documentation :
Recherche et lecture de documentation pouvant aider à l'établissement de la communication entre la calculatrice et le robot. On retiendra trois documents qui pourront nous aider:
- Manuel d'utilisation de la librairie USB host du logiciel de développement des STM32 STM32Cube
- Manuel d'utilisation de la librairie USB On-The-Go des STM32F
- Manuel de référence du STM32F412
- Établissement de la communication entre la calculatrice et le robot :
Début de modification du logiciel de la calculatrice NumWorks afin d'en faire un hôte USB pour pouvoir contrôler le robot. Pour cela, le manuel de référence du STM32F412 est une aide précieuse.
Dans un premier temps, nous modifions les différents registres d'initialisation de l'USB OTG du micro-contrôleur. Cela se passe dans la fonction initOTG() du fichier /ion/src/device/usb.cpp.
Dans ce fichier, on s'aperçoit d'une ligne qui force l'USB à agir en tant qu'esclave :
OTG.GUSBCFG()->setFDMOD(true);
Pour forcer la calculatrice à apparaître comme un hôte USB, on modifie la ligne de la façon suivante :
OTG.GUSBCFG()->setFHMOD(true);
Le manuel de référence du STM32F412 nous propose une démarche pour initialiser l'USB de la calculatrice en tant qu'hôte, nous la suivons donc.
Il faut dans un premier temps initialiser le cœur. On active différents masques et interruptions à travers différents registres ainsi que les modes :
- Host negotiation protocol (HNP) qui permet au cœur de changer dynamiquement son rôle de périphérique A-Host en A-esclave et inversement ou B-host en B-esclave.
- Session request protocol (SRP) qui permet, lorsque la calculatrice est un hôte USB, d'économiser de l'énergie en éteignant le Vbus power si la session USB est suspendue
On procède ensuite à l'initialisation du mode hôte. On active le port de contrôle et le registre de statut, on sélectionne le mode de vitesse supportée. Si un périphérique USB est détecté, on active le processus de reset sur le périphérique, on se règle sur sa vitesse et on configure la taille des queues FIFO pour l'échange des données.
Il faudra ensuite procéder à l'initialisation d'un canal de communication pour que la calculatrice puisse échanger avec le robot.
Semaine 3
- Établissement de la communication entre la calculatrice et le robot :
Initialisation des channels : afin de pouvoir communiquer avec les périphériques connectés à l'hôte, en l’occurrence ici, l'Arduino à la calculatrice, il faut initialiser des canaux de communication. Pour cela, on active les canaux voulus à travers les registres, on active certaines interruptions et masques. Il faut finalement donner une taille au canal en fonction des paquets attendus ainsi que donner les caractéristiques du endpoint que l'Arduino présentera.
Maintenant que l'initialisation a été modifié pour que la calculatrice apparaisse comme un hôte USB, il faut adapter les fonctions de communication. J'ai alors passé pas mal de temps à essayer de comprendre l'architecture du logiciel en terme de communication USB et chercher ce qu'il y a à modifier.
Semaine 4
- Établissement de la communication entre la calculatrice et le robot :
Après avoir passé du temps à essayer de trouver les modifications à apporter aux fonctions de communication USB du logiciel Numworks, j'ai découvert que STMicroelectronics propose des bibliothèques pour aider à la programmation de leurs microcontrôleurs. On trouve dans ces dernières des fonctions toutes faites pour la configuration de l'USB pour un mode hôte ou esclave. En plus de proposer des fonctions réalisant l'initialisation du core, du mode hôte et des canaux de communication comme j'ai pu le faire au cours des deux dernières semaines, ils proposent des fonctions de communication ainsi qu'une interface d'abstraction matérielle permettant de faciliter la portabilité. J'ai donc choisi d'utiliser ces bibliothèques plutôt que de continuer à réaliser les fonctions moi-même et de risquer de faire des erreurs qui seraient sûrement difficiles à trouver au moment des tests. Cela me permettra aussi probablement de gagner du temps.
Après avoir programmé le logiciel Numworks pour utiliser la fonction d'initialisation de l'USB fournie par les bibliothèques STM, je suis confronté à un problème d'intégration au vu des erreurs apparaissant à la compilation.
