IMA4 2017/2018 P10

Présentation générale

Description

Le but de ce projet est d’effectuer le portage du système d’exploitation RIOT-OS pour le microcontrôleur CC430 dans l’optique IoT. L’IoT, ou en français « Internet des Objets », est en quelque sorte l’extension d’Internet aux objets du quotidien et aux personne. Avec l’IoT, il ne s’agit plus de connecté via Internet seulement des serveurs et des ordinateurs, mais aussi des montres, des caméra, des feux de signalisation ou des capteurs en tout genre. RIOT-OS est un système d’exploitation destiné aux objets connectés, avec comme préoccupation principale une consommation minimale en mémoire et en puissance. C’est un OS OpenSource communautaire dont le site est le suivant : https://riot-os.org/. RIOT-OS a une organisation en module, avec des modules indépendants du hardware utilisé se reposant sur des modules dépendant du hardware utilisé, c’est-à-dire qu’il n’est pas nécessaire de réécrire tout l’OS pour l’adapter au microcontrôleur voulu, seulement les modules dépendant du hardware. Il est possible d’émuler le fonctionnement d’une application utilisant RIOT-OS sur un ordinateur, permettant de tester l’application développer sans les inconvénients du hardware. Le principal intérêt de cette fonctionnalité est de vérifier la viabilité d’une application avant de commencer le portage sur la cible voulue.

Le CC430 est une famille de microcontrôleur de la marque Texas Instrument, intégrant un microprocesseur MSP430 et un module radio CC1101. La famille MSP430 est une famille de microcontrôleur très utilisé dans le domaine professionnel. Le module radio CC1101 est un module radio conçu pour des applications embarquées à basse consommation, aussi de la marque Texas Instrument.

Objectifs

Les objectifs de ce projets sont :

- Rendre compatible RIOT-OS avec le CC430
- Permettre la communication par radio entre deux CC430 ayant RIOT-OS d'installé

Analyse du projet

Positionnement par rapport à l'existant

Il existe de nombreux OS pour l’embarqué et les systèmes connectés (Contiki, FreeRTOS, Linux, Windows For IOT…). Chaque Système d’Exploitation possède ses intérêts et ses défauts. Notre objectif est l’IoT, donc les objets connectés et les réseaux de capteurs. De plus, RIOT-OS est open source, nous allons donc comparer notre projet face à d’autres OS open source visant les objets connectés qui supportent les MSP430, donc proche du CC430.

Analyse du premier concurrent : FreeRTOS

FreeRTOS est l’un des OS les plus populaire du monde de l’embarqué. Très simple à prendre en main avec très peu de fichiers .C, il est disponible pour de très nombreuses plateforme. Les sources de cet OS sont disponible sur leur site https://www.freertos.org/. La plus grande force de FreeRTOS est sa simplicité d’utilisation, en effet, il n’y a qu’un seul fichier source à modifier pour rendre l’OS compatible avec n’importe quelle plateforme supportée. En revanche, FreeRTOS occupe « beaucoup » d’espace en mémoire, avec en moyenne 4kB d’utilisation de RAM et 9kB d’utilisation de ROM, comparé à respectivement 1.5kB de Ram et 5kB de ROM pour RIOT. De plus, dans une optique IoT, FreeRTOS ne supporte que les protocoles TCP, UDP et Ethernet pour la communication par Internet, tandis que RIOT, bien que ne supportant pas Ethernet, supporte TCP, UDP et surtout CoAP, un protocole de transmission d’information via Web optimisé pour les réseaux contraints sans fil. Enfin, il n’est possible que de développer en C sur FreeRTOS, alors que RIOT laisse le choix entre C et C++, permettant l’utilisation de plus bibliothèques.

Analyse du second concurrent : Contiki

Contiki est un OS ayant pour cible des petits microcontrôleurs à faibles cout et faible consommation pour l’IoT. Le site de Contiki est le suivant : http://www.contiki-os.org/. Contiki a été pensé pour les réseaux de capteurs et implémente plusieurs standards et protocoles de communications sans fils et Internet, tel que IPv4 et IPv6, 6loWPAN, RPL ou encore CoAP. Les principales forces de Contiki sont l’importance de la gestion de l’énergie des microcontrôleurs sur lequel il est porté et son émulateur Cooja permettant de simuler des réseaux Contiki et vérifier le bon fonctionnement de l’application développée. En revanche, tout comme FreeRTOS, Contiki est gourmand en mémoire RAM et ROM, nécessitant environ 2kB de RAM et 30kB de ROM. De plus, contrairement à RIOT-OS, les capacités temps réel de Contiki sont limitées, son scheduler est basé sur un algorithme coopératif et non préemptif comme c’est le cas pour RIOT-OS.

Scénario d'usage du produit ou du concept envisagé

Carrie F. est développeuse de systèmes embarqués et doit mettre en place réseau de capteurs afin de mesurer la pollution d’une zone sensible, une usine, une ville, une zone contaminée tel que Tchernobyl, dont les données doivent être transmises à un serveur de manière sécurisé. Elle n'a pas beaucoup de temps et doit choisir un produit lui permettant de réaliser son projet dans le temps qui lui est attribué. Elle fait le choix du CC430 qui est un microcontrôleur possédant nativement des capacités de communications sans fil. Afin de mettre en place rapidement son réseau de capteur, elle a besoin d'un OS pret à l'emploi. La combinaison RIOT-OS-CC430 permettrait de répondre à toutes les problématiques. En effet, à la fois le MSP430 intégré dans le CC430 et RIOT-OS offrent des solutions afin de sécuriser à la fois les transmissions ET le capteur, permettent une communication sans fils via Internet, et RIOT-OS étant axé sur l’économie d’énergie, permet de faire fonctionner plus longtemps les capteurs sur batterie, permettant de soit palier à un défaut d’alimentation, voir de ne dépendre que du soleil afin de s’alimenter.

Réponse à la question difficile

La question difficile était : "Sur quel microcontrôleur de la famille des MSP430 le port doit-il être fait?". Après discussion, il s'est avéré que le sujet réel était "Portage de RIOT-OS sur CC430 pour IOT" et non "Portage de RIOT-OS sur MSP430 pour IOT" , et donc le sujet du projet répondait à cette question : le port doit être effectué sur le CC430, un microcontrôleur de la famille des MSP430 ayant un CC1101. La réponse à la question difficile est donc triviale : le microcontrôleur doit être le CC430.

Préparation du projet

Choix techniques : matériel et logiciel

La référence exacte du CC430 utilisé est : CC430F5137IRGZT (datasheet http://www.ti.com/lit/ds/symlink/cc430f5137.pdf)

Les programmes seront écrit en C et compilés avec le compilateur GCC pour msp430 (http://www.ti.com/tool/msp430-gcc-opensource).

Le CC430 sera flashé grâce à un launchpad de la marque TI : le MSP-EXP430G2 (http://www.ti.com/tool/MSP-EXP430G2).

Afin de vérifier que les CC430 émettent correctement les messages radios, un autre microcontrôleur sera utilisé comme agent de contrôle : le MSP430-CCRF (https://www.olimex.com/Products/MSP430/Starter/MSP430-CCRF/)

Liste des tâches à effectuer

Afin de réaliser le projet, il faut :

- Mettre en place la chaîne de compilation (ggc pour msp430, comprendre comment utiliser le flasheur..)

- Analyser le fonctionnement de RIOT-OS

- Charger la version de RIOT-OS pour MSP430 sur le CC430 et déterminer quelles parties doivent être faites/refaites

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 !! Mise en place de la chaine de compilation	0 !! 8 !! 1