Système embarqué TCP/IP

Présentation

Le but de ce projet est principalement de réaliser un système embarqué TCP/IP, qui pourrait représenter grâce aux LEDs ou à des moulins à vent la charge sur les différents commutateurs de l'école, décrivant ainsi l'activité de ces derniers.

Préparation du projet

Matériel requis

• microcontroleur [Arduino Duemilanove] (disponible) ;
• LEDs multicolores (disponibles) ;
• moulins à vent avec moteur à courant continu : nous augmenterons la tension d'alimentation des moteurs proportionnellement à l'occupation des switch ; (commande annulée)
• plateforme Altium ;
• un module ELZ50 [1] (disponible).
• l'Ether card de Jeelabs
• Matrice de leds 8*8

Commentaires des encadrants sur le matériel

Préciser le dispositif "moulin à vent". En particulier, ils doivent être motorisés (comment ?). Vous devez aussi vous préoccuper de la commande des moteurs, ce qui impactera l'architecture à implémenter sous Altium.

Avancement du projet

Objectifs suggérés par les encadrants pour la prise en main du sujet

• Ecrire un programme avec les fichiers fournis permettant dans un premier temps de créer une machine virtuelle répondant à la commande ping :
  • nettoyer les fichiers fournis pour enlever toute référence aux sockets Unix ou Internet ; FAIT
  • réaliser des fonctions de lecture et d'écriture pour une interface TAP ; FAIT
  • écrire une procedure main réalisant les actions suivantes :
    • initialisation d'une variables de pile TCP/IP (type netstack) ; FAIT
    • création d'une interface de type TAP avec les fichiers libtap.c et libtab.h fournis ; FAIT
    • écriture d'un "pilote" pour cette interface (c'est à dire remplissage d'une structure avec le descripteur lié à l'interface et les fonctions de lecture et d'écriture sur l'interface TAP) ;
    • ajout d'une interface réseau et d'une adresse IP à cette pile (par exemple 192.168.0.100/24) ; FAIT
    • démarrage de la fonction de gestion de la pile (stackOn). FAIT
• Test de votre programme; lancement du programme, ajout d'une adresse IP (par exemple 192.168.0.200/24) sur l'interface tap0 créée par le programme, test de réponse de la pile par la commande ping (par exemple sur l'adresse 192.168.0.100). FAIT

Objectifs progressifs

Partie Informatique

• Faire du profiling d'utilisation d'espace mémoire afin de voir de quelle taille il faudrait réduire le programme pour qu'il soit portable sur un arduino FAIT
• Tester une ou deux fonctions sur l'arduino pour savoir qu'est-ce-qu'il faut changer dans le code FAIT
• Inclure les fichiers en-tête de la librairie stack FAIT
• Créer un fichier de compilation, makefile propre à l'arduino FAIT
• Répartir l'analyse des différentes couches des trames
  • Reception d'un paquet Ethernet sur l'arduino FAIT
  • Reception d'un paquet ARP: fonction programmee
  • Reception d'un paquet IP: fonction programmee
  • Reception d'un paquet ICMP: fonction pragrammee
  • Tests fonctions: FAIT
  • Programmer une fontion avec une variable locale pour le paquet (trames ethernet contenant toutes les couches) FAIT
  • Supprimer les tableaux de paquets et utiliser plutôt des pointeurs FAIT
  • Augmenter la table ARP FAIT
  • Faire la reception et le renvoi d'une trame ethernet en test FAIT

• Communication par liaison série
  • Modifier les fonctions pour recevoir et envoyer des paquets par liaison serie FAIT
  • Allumer une led lorsqu'on reçoit un paquet FAIT
  • Eteindre la led lorsque le paquet reponse est envoyé
  • Instancier une variable globale "echo" pour gerer la led multicolore FAIT
  • Changer la couleur de la led RVB en fonction de la taille du paquet reçu

• Perspectives
  • Créer une fonction de renvoi des paquets Ethernet reçus qui contiendra une variable Packet dans laquelle seront stockés les en-têtes dudit paquet pour l'optimisation d'espace mémoire à l’exécution du programme sur l'arduino

• Matrice de leds
  • Ecrire une routine pour réaliser un effet graphique en fonction de l'événement repéré: envoi/réception de paquets par liaison série ou en réseau FAIT
• Module EZL60
  • ecrire un programme permettant à l'arduino d'envoyer et de recevoir des paquets par liaison série vers le module (module finalement non utilisé)

Partie Électronique

• Concevoir le module d'émission/réception de la plate-forme altium vers l'arduino des trames Ethernet.

Note : Dans un premier temps, les tests sont fait avec un petit exécutable développé pour récupérer et envoyer des octets avec un adaptateur USB-Série sur un ordinateur. Dans un second temps, il faudra adapter ce code C pour faire deux fonctions intégrées à l'Arduino.

• Architecture matérielle FAIT
• Émission seule FAIT
  • Récupération d'un paquet Ethernet FAIT
  • Émission du paquet sur la liaison série FAIT
• Réception seule
  • Récupération d'un paquet Ethernet en série FAIT
  • Émission de la requête sur la liaison Ethernet FAIT
• E/R simultanés
  • Processus Multithreadé FAIT
  • Éventuellement : Gestion de la ressource avec un sémaphore
• Réception sur l'Arduino
  • Portage du code C de réception sur l'Arduino
  • Gestion de la simultanéité E/R
• Concevoir le module de réception des commandes actionneur de l'arduino

Difficultés rencontrées

• Partie Informatique
  • Comprendre le code fourni et savoir se servir des fonctions
  • Comprendre la syntaxe d'un makefile avec le compilateur avr dude et une édition de liens entre fichiers codés en C et ceux codés en C++,et maîtriser la compilation modulaire sur l'arduino (impossibilité d'inclure certaines bibliothèques du C)
  • Saisir la particularité du compilateur avr-dude dans le traitement de types de données tels "long int" qui sont tronqués; solution: on a utilisé des "short int"
  • Gérer la communication par liaison série avec l'arduino à l'aide de thread ( bibliothèque time)

• Partie Électronique
  • Conception de l'architecture matérielle avec un buffer associé à la liaison Ethernet
  • Décomposition de la taille du paquet Ethernet (short int = 2 octets) en deux paquets d'un octet chacun, et récupération des deux premiers paquets sur l'arduino pour reconstruire la taille du paquet.