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Arduino e l’Internet delle cose

Cristian Maglie (c.maglie@arduino.cc)Firenze - 8 Luglio 2013

domenica 8 settembre 13

Arduino e l’Internet delle coseFirenze - 8 Luglio 2013 Cristian Maglie - c.maglie@arduino.cc

-Programmatore Freelance-Entusiasta utilizzatore di tecnologie Open-Collabora con Arduino da oltre 5 anni

Notizie sul relatore

-È un framework opensource per la prototipazione rapida e l’apprendimento veloce dei principi fondamentali dell’elettronica e della programmazione

Cos’è Arduino

-Rendere l’elettronica affrontabile senza il bisogno di avere conoscenze specifiche-Semplificare, focalizzare sull’obiettivo eliminando il superfluo-Stimolare la voglia di “metterci le mani dentro”

Filosofia di Arduino

- Internet-Of-Things-Modalità di connessione a Internet-Arduino Yún

Di cosa parleremo

Internet-Of-Things

-Utilizzare la rete Internet per far comunicare tra di loro “oggetti”-Anche oggetti non strettamente elettronici possono essere collegati o “attuati” tramite Internet

Internet-Of-Things

-Ponte tra il mondo reale e “virtuale”-Potenzialità cloud offerte dal Web (>=2.0) su oggetti che ne sono esclusi per natura

Internet-Of-Things

Mettersi in rete!Ovvero: come ti faccio accedere a Internet

il mio microcontroller?

MCU Internet?10

-Soluzione adatta per MCU di fascia bassa (core a 8 bit)-Semplice e veloce per progetti non complessi

1. Co-processore

MCU Network Unit Internet

-Arduino Ethernet Shield utilizza il co-processore Wiznet W5100-Layer di rete TCP/IP implementato in hardware nel chip-Layer applicativo a carico della MCU

1. Co-processore

MCU W5100 Internet

-Si può trovare nelle MCU di fascia media (es. processori Cortex-M3 in su)-Layer di rete TCP/IP software nel firmware-Strato software consistente, ma permette ancora di svolgere compiti realtime

2. MCU con Ethernet

MCU ETH Internet

- Implementazione della crittografia (HTTPS) non banale-Crescente richiesta di utilizzo di API Web complesse (OAuth, OpenID, etc.)-Microcontroller non adatti a gestire questo tipo di applicazioni

Problemi con le MCU

-SoC con processori di fascia alta-Chipset dedicati per il networking-Software implementa tutti i livelli di rete e applicativi-Kernel multithread-Spesso utilizzato GNU/Linux per il vasto supporto e applicazioni disponibili

3. Embedded PC/SoC

CPU NetworkChipset

Internet

-Anche se sono disponibili GPIO, la presenza del kernel non permette controlli realtime-Mancano (o sono molto complesse da utilizzare) le interfacce elettriche tipiche dei dispositivi elettronici (SPI, I2C...)

Problemi

-Modulo SoC affiancato da un microcontroller- Il micro si interfaccia ai dispositivi elettronici e svolge i task realtime- Il modulo SoC ha il ruolo di supervisione e si occupa della comunicazione internet

4. Ibrido Soc + MCU

CPU NetworkChipset

LEDs / Lights

Relais

Motors

Pot. / Sliders

Sensors

Internet

Riassumendo...Modalità Pro Contro

Co-processore -Firmware leggero-Facilità di integrazione

-Applicazioni Web2.0 medio/complesse non possibili

MCU con Eth integrato

-Elevata integrazione-Bassa latenza di rete

-Firmware complesso-Implementazione complessa

SoC -Sistema Operativo-Disponibiltà di applicativi

-Difficile utilizzo di dispositivi elettronici-Controllo realtime impossibile (o molto difficile)

IbridoSoC + MCU

-Tutti i PRO dei PC Embed-Collegamento con dispositivi elettronici e controllo realtime

-Comunicazione tra CPU e MCU-Bassa latenza di rete non facilmente ottenibile

Ok ma... il WiFi?

) ) )22

WiFi (802.11b/g/n)MCU Network

MCU ETH

CPU NetworkChipset

Internet

WiFi (802.11b/g/n)MCU

Internet

))))))

WiFi Unit

WiFiChipset

-Layer di crittazione (WEP/WPA)-Disturbi elettromagnetici EMF (in particolare se il dispositivo andrà certificato)-Moduli WiFi, esistono ma costosi-Sicurezza nella prima configurazione

WiFi (802.11b/g/n)

Arduino Yún

-Yún significa “nuvola” in Cinese-È un sistema ibrido-GNU/Linux embedded basato sul SoC MIPS Atheros AR9331-S.O. Linino (derivato da OpenWRT)-Microcontroller ATMega32u4 (lo stesso usato nell’Arduino Leonardo)

Arduino Yún

AR9331

Arduino Yún

CaratteristicheAR9331 Mega32U4

FlashRAM

CPU ClockUSBWiFiOS

16MB64MB DDR400MHz

Yes (Host)Yes

Linino (OpenWRT)

32KB2.5KB SRAM

16MHzYes (Device)

-La scheda viene programmata tramite l’IDE di Arduino-La scrittura degli sketch è molto simile alle altre schede Arduino-La comunicazione di rete viene delegata al lato MIPS-È possibile utilizzare la scheda esclusivamente tramite WiFi

Design della Yún

Upload via WiFi

Arduino IDE

Serial Uploader

Discovery

Upload via WiFi

Arduino IDE

Serial Uploader

Network Uploader

Discovery

Upload via WiFi

Arduino IDE

Serial Uploader

Network Uploader

-Selezione della porta indipendente dalla modalità (seriale USB / rete)-Autodiscovery tramite zeroconf-Upload degli sketch via SCP-Riprogrammazione del chip tramite avrdude

Upload via WiFi

Arduino Yún

AR9331

UART ISP

-Scheda in modalità Access Point alla prima accensione-Configurazione tramite WebPanel semplificato-Configurazioni avanzate disponibili tramite WebPanel di OpenWRT (luci) o da linea di comando

Configurazione rete

-Composta da due parti che comunicano: una libreria Arduino e un “demone” linux -Si occupa dello scambio di messaggi tra 32U4 e Atheros- I messaggi sono numerati e verificati da un CRC (no ripetizioni o messaggi persi)-Ad ogni messaggio inviato corrisponde un messaggio di risposta (anche vuoto)

Bridge

-È un storage di coppie chiave-valore che risiede lato linux-Può essere letto e modificato dal 32U4-Può essere letto e modificato tramite chiamate REST

Key/Value storage

REST endpoint:http://...../data/set/KEY/VALUEhttp://...../data/get/KEY

Bridge API:Bridge.put(“KEY”, “VALUE”);String value = Bridge.get(“KEY”);

-Permette di eseguire processi linux dal 32U4-Si possono lanciare processi standalone o usare linee di comando della shell-Cattura dello standard input/output

Process

Process myproc;myproc.begin(“curl”);myproc.addParamater(“http://arduino.cc”);myproc.runAsynchronously();myproc.read(); // read std outputmyproc.write(“.....”) // write std inputmyproc.running();int res = myproc.exitValue();

Process

-È una coda di stringhe di bytes (messaggi)-È possibile inviare o leggere messaggi dalla coda dal 32U4-È possibile inviare o leggere messaggi dalla coda tramite chiamate REST

Message

MessageMailbox Queue

Bridge API:Mailbox.writeMessage(“TURN_ON_LED”);String msg = Mailbox.readMessage();int len = Mailbox.messageAvailable();

write read

REST endpoint:http://....../message/send/TURN_ON_LED

-Utilizzando Keystore, Message e Process è possibile costruire complesse catene di processing-È possibile interfacciarsi alle API dei servizi web più famosi utilizzando linguaggi di scripting o client linux dove già disponibili

3rd party API

3rd party APITwitter client

Facebook client

Linked-in client

-È un sito che offre un servizio cloud per accedere a API di terze parti-Libreria Arduino per accedere al servizio sviluppata in collaborazione con Temboo-Tutti i dettagli per interfacciarsi a API esterne sono già implementati da Temboo

Temboo

TembooTwitter client

Facebook client

Linked-in client

Temboo

Temboo client

Grazie!

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