Linux Embarque

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Les Systmes Embarqus Linux pour l embarqu

Patrice KADIONIKENSEIRB

email http

: [email protected] : http://www.enseirb.fr/~kadionik

Les Systmes embarqus. Linux embarqu -1-

pk/2003 v 2.1 Reproduction et exploitation des fins commerciales interdites sans l'accord exprs des auteurs

HISTORIQUE V1.0 09/02 : cration du document V2.0 09/03 : MAJ des offres Linux embarqu pour plus de clart. Ajout mesures performances TR. V2.1 09/03 : Ajout chapitre sur la mise au point des systmes embarqus.

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CHAPITRE 0 : INTRODUCTION

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INTRODUCTION Cette formation a pour but de prsenter tous les lments techniques pour apprhender le mode des systmes embarqus d aujourd hui : Les systmes embarqus aujourd hui: systmes embarqus, Temps Rel, Linux embarqu, Codesign Le codesign aujourd hui : le mariage du matriel avec le logiciel. La mise au point des systmes embarqus : conception, les outils de debug, trucs et astuces. La connectivit Internet : protocoles Internet pour une connectivit IP. Positionnement par rapport l offre rseau de terrain.

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INTRODUCTION Cette formation a pour but de prsenter tous les lments techniques pour apprhender le mode des systmes embarqus d aujourd hui : Linux embarqu : Les concepts. Le panorama aujourd hui. Prsentation de la mise en uvre de Clinux comme exemple. Le Temps Rel et Linux. Les concepts. Le panorama aujourd hui. Prsentation de la mise en uvre de RTLinux comme exemple.

Des exemples d applications ENSEIRB mettant en uvre les concepts dvelopps prcdemment seront donns.

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CHAPITRE 1 : LES SYSTEMES EMBARQUES AUJOURD HUI. LE BESOIN D EMBARQUER INTERNET

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PARTIE 1 : CARACTERISTIQUES D UN SYSTEME EMBARQUE

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IMPORTANCE DU MARCHE DE L EMBARQUE Les systmes (numriques) embarqus ont vu leur importance progresser au rythme de limportance prise par les microprocesseurs. 1971 : premier microprocesseur 4 bits 4004 dIntel 92,5 kHz vendu 200 $. Le succs a t l tout de suite. Juin 1978 : premier processeur x86 8086 4,77 MHz (technologie 3 m, 29000 transistors), bus d adresse 20 bits 9,1 Mo/s, bus de donnes 16 bits. Juin 1979 : 8088 intgr dans le premier IBM-PC en 1981. Motorola, Zilog, TI ont embot le pas Le march des microprocesseurs est un march qui crot de faon exponentielle.ENSEIRB Les Systmes embarqus. Linux embarqu -8-


IMPORTANCE DU MARCHE DE L EMBARQUE Deux lois empiriques sont vrifies depuis 30 ans (en plus de la loi de Moore) : Loi de JOY : la puissance CPU en MIPS double tous les 2 ans. Loi de RUGE : on a besoin dune Bande Passante de 0,3 1 Mb/s par MIPS. Le march du microprocesseur a aussi tir le march des systmes embarqus (et des tlcommunications !).

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IMPORTANCE DU MARCHE DE L EMBARQUE Grce aux progrs de lintgration sur silicium, on est pass rapidement du processeur 4 bits au : processeur 8 bits. processeur 16 bits. processeur 32 bits. processeurs 64 bits. Il ne faut pas croire que le march du microprocesseur se rsume celui du PC via les processeurs x86.

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IMPORTANCE DU MARCHE DE L EMBARQUE La figure suivante dmontre le contraire (anne 1999) :

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IMPORTANCE DU MARCHE DE L EMBARQUE Il a t vendu 108 millions de processeurs x86 pour le march du PC contre 1,4 milliard de processeurs 8 bits pour le march des systmes embarqus (appel aussi march de lembarqu) ! On voit ainsi que 5 % des processeurs vendus sont pour le march du PC. Dans 85 % des cas, Microsoft Windows est utilis. Pour 95 % des autres processeurs vendus, on utilisera gnralement un autre systme dexploitation (OS : Operating System). On trouvera ici dans 60 % des cas un OS propritaire ; beaucoup optent pour des OS libres comme Linux pour limiter les cotsENSEIRB Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 12 -


LE CHOIX D UN PROCESSEUR POUR L EMBARQUEEmbedded Processor System Requirement I/O Control Feature Benefit I/O Ports with bit-level Efficient control of external control devices Direct interface to actuators, switches and digital status signals Peripheral Communication Serial Ports : SPI, IC, Hardware support for Microwire, UART, CAN expansion & external device networking and communications Precision control of motors Sophisticated timers and Low software overhead and actuators PWM peripherals Quickly resolve complex Conditional jumps Efficiently implement software program control Bit test instructions control oriented algorithms flow Interrupt priority control Fast response to external External interrupts with Program control events multiple priority levels immediately redirected on event occurrence with minimal overhead Conversion of sensor data Analog-to-Digital (A/D) Hardware support for Converters external sensors

Microcontroller

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LE CHOIX D UN PROCESSEUR POUR L EMBARQUE

Embedded Processor

System Requirement Software Filters

DSP

Benefit Digital filtering in few cycles Interface to codecs Hardware support for translation of analog signals High data Throughput from Peripheral DMA Less wasted cycles fetching serial ports data from serial ports Fast data access Harvard architectures and Fast execution of signal variants processing algorithms

Feature Multiply/Accumulate Unit Zero-overhead loops High-speed serial ports

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LE CHOIX D UN PROCESSEUR POUR L EMBARQUEBesoin Taille RAM Taille ROM/FLASH Processeurs Miniature x Mo Go-To Pentium PowerPC

Caractristiques matrielles Exemples dapplications

DragonBall 68K Mcore ColdFire ARM MMU optionnelle

Camra numrique PDA Tlphone

2-4 Mo 4-16 Mo FLASH FLASH MIPS Hitachi SH x86 PowerPC Ardoise Internet Carte unit centrale System on Chip (SoC) Routeur Dcodeur Stockage en rseau Imprimante en rseau

CompactPCI

Commutateur tlphonique Routeur haute performance Serveur central

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SYSTEME EMBARQUE : DEFINITION Un systme embarqu peut tre dfini comme un systme lectronique et informatique autonome ne possdant pas des entres/sorties standards comme un clavier ou un cran d'ordinateur (PC). Le systme matriel et lapplication sont intimement lis et noys dans le matriel et ne sont pas aussi facilement discernables comme dans un environnement de travail classique de type PC.

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SYSTEME EMBARQUE : DEFINITION

Un systme embarqu : Est un systme numrique. Utilise gnralement un processeur. Excute un logiciel ddi pour raliser une fonctionnalit prcise. Remplace souvent des composants lectromcaniques. N a pas rellement de clavier standard (BP, clavier matriciel...). L affichage est limit (cran LCD) ou n existe pas du tout. N est pas un PC. N excute pas une application scientifique ou commerciale traditionnelle.ENSEIRB Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 17 -


SYSTEME EMBARQUE : DEFINITION

Diffrences avec un ordinateur de bureau : L interface IHM peut tre aussi simple qu une led qui clignote ou aussi complexe qu un systme de vision de nuit en Temps Rel. Des circuits numriques FPGA, ASIC ou des circuits analogiques sont utiliss en plus pour augmenter les performances du systme ou sa fiabilit. Le logiciel a une fonctionnalit fixe excuter et est spcifique une application.

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LES 4 TYPES DE SYSTEMES EMBARQUESGeneral Computing Application similaire une application de bureau mais empaquete dans un systme embarqu. jeu vido, set- top box. Control Systems Contrle de systmes en Temps Rel. Moteur dautomobile, process chimique, process nuclaire, systme de navigation arien. Signal Processing Calcul sur de grosses quantits de donnes. Radar, Sonar, compression vido. Communication & Networking Transmission dinformation et commutation. Tlphone, Internet. ENSEIRB Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 19 -


EXEMPLES DE SYSTEMES EMBARQUESOffice systems and mobile equipment Answering machines Copiers Faxes Laptops and notebooks Mobile Telephones PDAs, Personal organisers Still and video cameras Telephone systems Time recording systems Printer Microwave Building systems Air conditioning Backup lighting and generators Building management systems CTV systems Fire Control systems Heating and ventilating systems Lifts, elevators, escalators Lighting systems Security systems Security cameras Sprinkler systems Manufacturing and Process Control Automated factories Bottling plants Energy control systems Manufacturing plants Nuclear power stations Oil refineries and related storage facilities Power grid systems Power stations Robots Switching systems Water and sewage systems

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EXEMPLES DE SYSTEMES EMBARQUESTransport Aeroplanes Trains Buses Marine craft Jetties Automobiles Air Traffic Control Signalling Systems Radar Systems Traffic Lights Ticketing machines Speed cameras, Radar speed detectors Communications Telephone systems Cable systems Telephone switches Satellites Global Positioning System Other equipment Automated teller systems Credit card systems Medical Imaging equipment Domestic Central Heating control VCRs

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EXEMPLE : WIRELESS

Telematics System for Automobiles Hand-held GPS UnitsENSEIRB Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 22 -


EXEMPLE : GUIDAGE MISSILE

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EXEMPLE : ROBOTIQUE

Spider robot constructed with LEGO Mindstorms Components

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EXEMPLE : AUTOMOBILE

Car with an automatic headlight leveling system. 1: Rear distance Sensor, 2: Control unit, 3: Speed signal, 4: Front distance sensor, 5: Motor, 6: Lamps.

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CARACTERISTIQUES D UN SYSTEME EMBARQUE Fonctionnement en Temps Rel : Ractivit : des oprations de calcul doivent tre faites en rponse un vnement extrieur (interruption matrielle). La validit d un rsultat (et sa pertinence) dpend du moment o il est dlivr. Rater une chance va causer une erreur de fonctionnement. Temps Rel dur : plantage. Temps Rel mou : dgradation non dramatique des performances du systme. Beaucoup de systmes sont multirate : traitement d informations diffrents rythmes.ENSEIRB Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 26 -


CARACTERISTIQUES D UN SYSTEME EMBARQUE Faible encombrement, faible poids : Electronique pocket PC , applications portables o l on doit minimiser la consommation lectrique (bioinstrumentation...). Difficult pour raliser le packaging afin de faire cohabiter sur une faible surface lectronique analogique, lectronique numrique, RF sans interfrences. Faible consommation : Batterie de 8 heures et plus (PC portable : 2 heures).

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CARACTERISTIQUES D UN SYSTEME EMBARQUE Environnement : Temprature, vibrations, chocs, variations d alimentation, interfrences RF, corrosion, eau, feu, radiations. Le systme n volue pas dans un environnement contrl. Prise en compte des volutions des caractristiques des composants en fonction de la temprature, des radiations...

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CARACTERISTIQUES D UN SYSTEME EMBARQUE Fonctionnement critique pour la scurit des personnes. Sret : Le systme doit toujours fonctionner correctement. Sret faible cot avec une redondance minimale. Sret de fonctionnement du logiciel Systme oprationnel mme quand un composant lectronique lche. Choix entre un design tout lectronique ou lectromcanique.

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Beaucoup de systmes embarqus sont fabriqus en grande srie et doivent avoir des prix de revient extrmement faibles, ce qui induit : Une faible capacit mmoire. Un petit processeur (4 bits). Petit mais en grand nombre ! La consommation est un point critique pour les systmes avec autonomie. Une consommation excessive augmente le prix de revient du systme embarqu car il faut alors des batteries de forte capacit. Faible cot : Optimisation du prix de revient.ENSEIRB Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 30 pk/2003 v 2.1 Reproduction et exploitation des fins commerciales interdites sans l'accord exprs des auteurs

CARACTERISTIQUES D UN SYSTEME EMBARQUE

SYSTEME EMBARQUE TYPIQUE

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CARACTERISTIQUES D UN SYSTEME EMBARQUE Cycle de vie dun systme embarqu :

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LES SYSTEMES EMBARQUES ET LE TEMPS REEL Gnralement, un systme embarqu doit respecter : des contraintes temporelles fortes (Hard Real Time). on y trouve enfoui un systme d'exploitation ou un noyau Temps Rel (Real Time Operating System, RTOS). Le Temps Rel est un concept un peu vague. On pourrait le dfinir comme : "Un systme est dit Temps Rel lorsque l'information aprs acquisition et traitement reste encore pertinente".

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LES SYSTEMES EMBARQUES ET LE TEMPS REEL Cela veut dire que dans le cas d'une information arrivant de faon priodique (sous forme dune interruption priodique du systme), les temps d'acquisition et de traitement doivent rester infrieurs la priode de rafrachissement de cette information. Pour cela, il faut que le noyau ou le systme Temps Rel soit dterministe et premptif pour toujours donner la main durant le prochain tick la tche de plus forte priorit prte.

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LES SYSTEMES EMBARQUES ET LE TEMPS REEL Une confusion classique est de mlanger Temps Rel et rapidit de calcul du systme donc puissance du processeur (microprocesseur, microcontrleur, DSP). On entend souvent : tre temps Rel, cest avoir beaucoup de puissance : des MIPS, des MFLOPS .

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LES (RT)OS ET LES SYSTEMES EMBARQUES AUJOURD HUI La question d utiliser un systme d exploitation Temps Rel ou non ne se pose plus aujourd hui pour des raisons videntes : Simplifications de l criture de l application embarque. Portabilit. Evolutivit. Matrise des cots. Le systme d exploitation peut tre mme maison : encore dans 50 % des cas !ENSEIRB Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 36 -


LES (RT)OS ET LES SYSTEMES EMBARQUES AUJOURD HUIApplication Application Task Task Task ISRs Application Middleware File System Drivers Java Networking

superboucle Main Loop ISRs Annes 70ENSEIRB

Kernel Annes 80-90

Kernel

Aujourdhui- 37 -

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LES (RT)OS ET LES SYSTEMES EMBARQUES AUJOURD HUI La superboucle n est pas prime aujourd hui mais reste rserve aux petits systmes (8 bits). Le choix doit tre bien sr le bon choix pour minimiser les cots du systme. On n oublie pas les bonne recettes du pass !

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LES SYSTEMES EMBARQUES ET LINUX Linux depuis presque 3 ans est en train de conqurir un domaine o on ne lattendait pas vraiment : lunivers des systmes embarqus. Pourquoi retrouve-t-on Linux dans lembarqu ? Tout dabord pour ses qualits quon lui reconnat maintenant dans lenvironnement plus standard du PC grand public : Libre, disponible gratuitement au niveau source : pas de royalties reverser. Ouvert. Diffrentes distributions proposes pour coller au mieux un type dapplication.ENSEIRB Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 39 -


LES SYSTEMES EMBARQUES ET LINUX Pourquoi retrouve-t-on Linux dans lembarqu ? Tout dabord pour ses qualits quon lui reconnat maintenant dans lenvironnement plus standard du PC grand public : Stable et efficace. Aide rapide en cas de problmes par la communaut Internet des dveloppeurs Linux. Nombre de plus en plus important de logiciels disponibles. Connectivit IP en standard.

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LES SYSTEMES EMBARQUES ET LINUX Linux a aussi dautres atouts trs importants pour les systmes embarqus : Portage sur processeurs autres que x86 : PowerPC, ARM, MIPS, 68K, ColdFire Taille du noyau modeste compatible avec les tailles de mmoires utilises dans un systme embarqu (1024).ENSEIRB Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 267 -


L API sockets Les sockets : interface client/serveur (API) utilise lorigine dans le monde UNIX et TCP/IP. Existe aujourdhui du micro (winsock) au Mainframe. L API sockets est le standard de fait pour la programmation rseau Internet. Il existe d autres APIs de programmation rseau : Streams, TLI, RPC, XDR, propritaires Les applications client/serveur ne voient les couches de communication qu travers lAPI sockets (abstraction) .ENSEIRB Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 268 -


L API sockets Dans l environnement UNIX, les sockets sont traites de la mme manire que les fichiers : on a donc des appels systmes d ouverture (qui permet d avoir un descripteur de rfrence), de lecture, d criture, de contrle et de fermeture.

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L API socketsProtocole Applicatif

Application cliente

Application serveur

API Socket

API Socket

UDP

TCP

UDP

TCP

IP

IP

PhysiqueENSEIRB

Physique



L API sockets Les sockets permettent dtablir un lien de communication en mode connect ou non connect sur un rseau Internet. Les sockets structurent une application : soit en mode client. soit en mode serveur. Les sockets permettent dchanger des donnes entre ces applications.

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L API socketsSERVEUR socket bind listen accept read write closeENSEIRB

MODE CONNECTE

CLIENT

socket connexion requte rponse connect write read close- 272 -

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L API socketsSERVEUR socket bind recvfrom sendto requteMODE NON CONNECTE

CLIENT socket sendto

rponse closeENSEIRB Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 273 -


L API sockets L API sockets permet d changer des octets entre une application cliente et une application serveur. En mode connect, on tablit un flux octets (stream) non structur. Les donnes changes passent en clair sur le rseau. Elles ne sont pas cryptes. L aspect confidentialit des donnes changes est apparue trs tard dans le monde des tlcoms. Pour changer des donnes cryptes (mode scuris), on a dvelopp une nouvelle API : SSL (Secure Socket Layer). Toutes les applications rseau dveloppes utilisent l API sockets (volontairement ou non)...Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 274 -

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PARTIE 3 : LES APPLICATIONS INTERNET

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TELNET ET RLOGIN (RFC 854) Ces commandes permettent un utilisateur de se connecter un ordinateur distant. Les deux utilisent TCP. telnet est aussi un client pour se connecter tout serveur en mode connect (TCP). rlogin ne fonctionne quentre 2 machines UNIX. rlogin fait partie de la famille des commandes UNIX r (rsh, rcp). On a chaque fois un client et un serveur pour les applications Internet.ENSEIRB Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 276 -


NFS (Network File System RFC 3010) NFS permet de rendre transparente lutilisation de fichiers de systmes de fichiers rpartis sur diffrentes machines. NFS utilise UDP mais les nouvelles versions utilisent TCP. NFS est utile quand le systme ne dispose pas de systme de fichiers local (station diskless, systme embarqu).

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FTP (File Transfer Protocol RFC 959) FTP permet le transfert de fichiers dune machine une autre. FTP ncessite la connexion de lutilisateur avec un nom et un mot de passe. Si lutilisateur nest pas reconnu, pas de connexion. Il existe des serveur FTP anonymes : nom d utilisateur anonymous avec son email comme mot de passe.

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TFTP (Trivial FTP RFC 1350)

Transfert de fichiers dune machine une autre. TFTP est plus sommaire (UDP) que FTP (TCP). TFTP permet de tlcharger le noyau d un OS d une machine diskless par exemple.

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SMTP (Simple Mail Transfer Protocol RFC 821) SMTP permet dchanger des courriers lectroniques entre un expditeur et un ou plusieurs destinataires. SMTP utilise TCP. Ladresse est de la forme : nom@domaine. SMTP effectue une remise diffre du courrier (en cas de non disponibilit temporaire du destinataire).

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World Wide Web : HTTP (HyperText Transfer Protocol RFC 1945) HTTP est le protocole de communication et d change de documents multimdia du web . HTTP permet dchanger des documents hypertextes contenant des donnes sous la forme de texte, dimages fixes ou animes et de sons. Un serveur web est crit en utilisant l API sockets pour lequel on structure le flux d octets non structur au dpart sous forme de lignes de commandes ASCII : c est le protocole HTTP ! On utilise toujours le concept d application client/serveur : navigateur (Netscape)/serveur web (Apache, boa, thttpd).ENSEIRB Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 281 -


SNMP (Simple Network Management Protocol RFC 1157) SNMP est le standard de fait dans l administration de rseau. Il a supplant le standard international de l IUT-T dans ce domaine. SNMP permet aussi de contrler distance des matriels. Il est bti autour du concept client/serveur : agent/manager SNMP. SNMP utilise UDP et les transferts de donnes entre agent et manager sont non scuriss !ENSEIRB Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 282 -


PLUS D INFORMATIONS Les RFC (Request For Comment), normes des protocoles Internet (gratuit) : http://www.rfc-editor.org/

Quelques RFC traduites en franais : http://www.guill.net/reseaux/Rfc.html

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PARTIE 4 : LES PROTOCOLES INTERNET POUR LA CONNECTIVITE IP

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BILAN Les protocoles Internet sont indpendants des supports de transmission utiliss. Les supports de transmission prfrentiels sont : Ethernet. Liaison srie. Pour chaque support de transmission est dfinie une trame au niveau liaison : Ethernet : trame Ethernet. Liaison srie : trame SLIP, PPP...ENSEIRB Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 285 -


BILAN Il convient d implanter le protocole de niveau liaison sous forme matrielle ou logicielle : Ethernet : CSMA/CD (par matriel). Liaison srie : SLIP, PPP (par logiciel). Cette configuration est choisie pour un accs Internet par le RTC. Il convient ensuite d implanter les protocoles IP en fonction des besoins du systme lectronique pour assurer la connectivit IP...

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BILANApplication

Internet Server Software

SMTP

SNMP

HTTP

FTP

Application Layer

UDP

TCP

Transport Layer

ICMP IP

Internet Layer

PPP Ethernet Modem UART

Network Access Layer Physical Layer

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CONNECTIVITE IP MINIMALE En fonction des particularits du systme lectronique, on choisira : IP en mode raw : simple, pour un petit systme . Pas de multiplexage (pas de numro de port), pas d interactivit, efficace. Dveloppement du protocole simple, bas niveau, sans tat. UDP/IP : simple, pour un petit gros systme. Multiplexage possible (par numro de port), pas d interactivit, efficace. Dveloppement du protocole simple, bas niveau, sans tat. TCP/IP : compliqu, pour un moyen gros systme. Multiplexage possible (par numro de port), interactivit, peu efficace. Dveloppement du protocole complexe, bas niveau, avec tats. Dans tous les cas, les donnes changes sont non structures (octets).ENSEIRB Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 288 -


CONNECTIVITE IP MINIMALE En marge de ces possibilits de connectivit IP bas niveau, il est fortement conseill d embarquer les protocoles de contrle et de supervision suivants : ICMP : permet de voir si le systme lectronique est actif par un ping . Dveloppement du protocole simple, bas niveau, sans tat. ARP (RARP) : pour que le systme lectronique puisse rcuprer une adresse matrielle. Dveloppement du protocole simple, bas niveau, sans tat. IP ou UDP/IP ou TCP/IP coupls avec les outils ICMP/ARP suffisent pour mettre en place une connectivit IP dans un quipement. UDP/IP est plus performant que TCP/IP si l on a des contraintes Temps Rel respecter.ENSEIRB Les Systmes embarqus. Linux embarqu pk/2003 v 2.1 Reproduction et exploitation des fins commerciales interdites sans l'accord exprs des auteurs

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CONNECTIVITE IP MINIMALE IP ou UDP/IP ou TCP/IP coupls avec les outils ICMP/ARP suffisent pour mettre en place une connectivit IP dans un quipement. UDP/IP est plus performant que TCP/IP si l on a des contraintes Temps Rel respecter.

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CONNECTIVITE IP : PREMIERE AMELIORATION Pour faciliter le dveloppement des applications rseau, il est prfrable d avoir disponible l API sockets. L API sockets assure une portabilit au niveau source des applications et une rduction du temps de dveloppement. On travaille toujours sur des octets ou un flux d octets non structur. Il convient de dvelopper des applications UDP ou TCP s excutant sur le systme traitant ces octets. L utilisation d un OS ou un RTOS embarqu sur le systme est prfrable.ENSEIRB Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 291 pk/2003 v 2.1 Reproduction et exploitation des fins commerciales interdites sans l'accord exprs des auteurs

CONNECTIVITE IP : AUTRES AMELIORATIONS On prfrera au dessus de UDP ou TCP utiliser des protocoles qui vont structurer les donnes si les performances du systme le permettent pour assurer une connectivit IP haut niveau. Le flux d octets non structur est gnralement structur sous forme de chanes de caractres ASCII. Cela va permettre d acclrer le dveloppement et la mise au point de l application serveur embarquer dans le systme.

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CONNECTIVITE IP : AUTRES AMELIORATIONS Les protocoles couramment utiliss pour cela sont : HTTP : mise en place d une application serveur web embarque sur le systme. SMTP : mise en place d une application serveur de emails embarque sur le systme pour l envoi de courriers lectroniques SNMP : mise en place d une application serveur/agent SNMP embarque sur le systme.

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CONNECTIVITE IP : SERVEUR WEB L utilisation d un serveur web embarqu est trs employe pour le tlcontrle du systme lectronique. Le contrle du systme se fait avec n importe quel navigateur web. L interactivit est possible en utilisant l interface CGI (Common Gateway Interface) qui permet de faire excuter une fonction/application par le systme sur une requte du navigateur web. L action est l initiative de l oprateur.

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CONNECTIVITE IP : SMTP L utilisation d un serveur SMTP embarqu est aussi employe pour le tlcontrle du systme lectronique. Le systme peut envoyer un mail pour alerter un oprateur (qui peut tre relay vers son portable GSM). L action est l initiative du systme.

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CONNECTIVITE IP : AGENT SNMP L utilisation d un agent SNMP embarqu est moins courante pour le tlcontrle du systme lectronique. Le contrle du systme se fait avec un manager SNMP (Openview de HP). Le manager SNMP est moins standard qu un navigateur web pour le grand public... L action est l initiative du systme (Trap SNMP) ou de l oprateur (Get, Set SNMP).

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CONNECTIVITE IP : AUTRES AMELIORATIONS Les autres protocoles/services de l Internet peuvent tre vus comme des services de confort : NFS : montage de partitions NFS sur la machine de dveloppement pour faciliter la mise au point. telnet : connexion distance sur le systme pour mise au point in situ. ftp : serveur ftp embarqu pour tlcharger des mises jour, configurations dans le systme. ...

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CONNECTIVITE IP : LES QUESTIONS AVANT LE (BON) CHOIX Les choix oprer vont dpendre de diffrents critres : systme lectronique simple ou performant ? accs rseau filaire, radio (mobilit) ? profil mtier : concepteur de cartes lectroniques, intgrateur de systme, utilisateur final ? solution cl en main, dveloppement from scratch ? cots ? solution propritaire, logiciels/matriels libres ? dlais (TTM) ? comptence en interne ?ENSEIRB Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 298 -


PARTIE 5 : LES BUS DE TERRAIN ET LA CONNECTIVITE IP

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RESEAU DE TERRAIN ET CONNECTIVITE IP Un BUS / RESEAU DE TERRAIN est : le terme gnrique dun nouveau rseau de communication numrique ddi l automatisme et au contrle de process. un rseau bidirectionnel, multibranche (multidrop), srie reliant diffrents types dquipements dautomatisme : E/S dportes. Capteur / Actionneur. Automate programmable. Calculateur. Un rseau de terrain peut tre vu comme un rseau de communication entre quipements dports dans un zone gographique limite. La connectivit IP n a pas t prise en compte au dpart !ENSEIRB Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 300 -


source : SMAR

Passage de la boucle de courant analogique 4-20 mA au bus de terrain

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RESEAU DE TERRAIN ET CONNECTIVITE IP Un bus de terrain est bas sur la restriction du modle OSI 3 couches : Couche physique. Couche liaison de donnes. Couche application. Cette modlisation est respecte par les standards de fait et internationaux.

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RESEAU DE TERRAIN ET CONNECTIVITE IP Couches 3 6 vides : Pas de besoin dinterconnexion avec un autre rseau (pas de connectivit IP possible priori !). Gain en performance car on a besoin d tre dans la majorit des cas dterministe.application 7 6 5 4 3 LLC 2 MAC physique 1

Bus de terrain et modle OSIENSEIRB Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 303 -


RESEAU DE TERRAIN ET CONNECTIVITE IP Pour mmoire, les rseaux de terrain les plus utiliss sont : CAN, SDS, Devicenet. Profibus. WorldFIP. Interbus. Lonworks.

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RESEAU DE TERRAIN ET CONNECTIVITE IP Deux solutions techniques sont envisages pour assurer la connectivit IP : Solutions qui encapsulent les trames du bus de terrain dans une trame Ethernet (sur Ethernet) ou paquet TCP/UDP. Solutions qui utilisent des machines passerelles entre les 2 rseaux.

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RESEAU DE TERRAIN ET CONNECTIVITE IP Un exemple : PROFINET de PROFIBUS. PROFINET est : F Bas sur l utilisation de technologies standards tablies et rpandues (TCP/IP). F Bas sur une approche objet : objet COM/DCOM de Microsoft, manipulation d objets l aide de Microsoft OLE et ActiveX. F Vendeur indpendant. F Intgrable PROFIBUS sans modification. F Ouvert pour l intgration d autres systmes.

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RESEAU DE TERRAIN ET CONNECTIVITE IP

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RESEAU DE TERRAIN ET CONNECTIVITE IP

Offre PROFINETENSEIRB Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 308 -


PARTIE 6 : CONNECTIVITE IP : SOLUTION MATERIELLES ET LOGICIELLES

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INTRODUCTION Avec une intgration sur silicium de plus en plus importante, les solutions logicielles d'hier deviennent des solutions matrielles aujourd'hui avec le gain en rapidit d'excution et de dcharge pour le processeur qui en dcoule. Il semble que l'volution des solutions matrielles de connectivit IP se fasse au dtriment des solutions logicielles pour le grand bien du concepteur !

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INTRODUCTIONvolution du logiciel Couche 7 : Application.

HTTP

FTP

NFS

BOOTP

Couche 4 : Transport.

ICMP

TCP

UDP

Couche 3 : Rseau. Couche 2 : Liaison.

ARP

RARP

IP

Interface Matrielle

Couche 1 : Physique. volution du matriel

Mdium

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INTRODUCTION Au niveau mdium, on utilise pour la mise en place de la connectivit IP principalement : liaison Ethernet IEEE 802.3 10/100BaseT avec implmentation matrielle de la sous couche MAC CSMA/CD. liaison srie RS.232/V.24 avec encapsulage des datagrammes IP dans des paquets PPP ou plus simplement en utilisant le protocole SLIP. liaison GSM : utilisation d un module lectronique GSM qui permet d envoyer des emails. autres liaisons radiolectriques : dveloppement important du Wireless Internet. courant porteur.ENSEIRB Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 312 -


INTRODUCTION La solution idale reste la liaison Ethernet IEEE 802.3 pour des questions de cots, performances et d infrastructure. Le systme avec sa connectivit IP est directement connect au rseau local de l installation. L accs l Internet est ralis par un routeur IP. Le routeur peut se rsumer un modem RTC intgr un PC pour se connecter un fournisseur d accs. L autre solution couramment utilise est d utiliser une liaison RS.232/V.24 avec PPP et modem RTC .

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POINT 1 : SOLUTIONS MATERIELLES POUR LA CONNECTIVITE IP

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SOLUTIONS MATERIELLES Les solutions utilisant une liaison Ethernet IEEE 802.3 10/100BaseT sont prsentes ici. Il s agit de circuits lectroniques d accs qu il faut intgrer dans son design. On utilisera ensuite les drivers (suivant l OS) pour servir de base l implmentation des protocoles IP.

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SOLUTIONS MATERIELLES : CS8900A CIRRUS LOGIC propose un circuit d'interface IEEE 802.3 : le CS8900A. C est le circuit le plus utilis !

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SOLUTIONS MATERIELLES : CS8900AAdresse web Solution Interfaces Ethernet Implmentation niveau MAC Implmentation niveau IP Implmentation niveaux TCP, UDP Fonctionnalits Schmas de principe d'utilisation Qualit de la documentation Facilit de programmation www.cirrus.com Matrielle Circuit CS8900A TQFP 100 broches 802.3 10BaseT, 10Base2, 10Base5 full duplex Oui (CSMA/CD) Non Non Interface ISA Modes I/O et MEM DMA Oui Excellente Oui Oui Microsoft Windows Linux PSOS, VxWorks SCO Gratuit 61,10 F HT (par 10) revendeur : MEMEC Oui Hotline, SOS par mail Cirrus propose gratuitement de qualifier tout design base du circuit CS8900A

Drivers fournis

Prix des drivers Prix du composant

Support aprs vente

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SOLUTIONS MATERIELLES : RTL8019AS REALTEK propose un circuit d'interface 802.3 : le RTL8019AS.Adresse web Solution Interfaces Ethernet Implmentation niveau MAC Implmentation niveau IP Implmentation niveaux TCP, UDP Fonctionnalits Schmas de principe d'utilisation Qualit de la documentation Facilit de programmation www.realtek.com.tw Matrielle Circuit RTL8019AS PQFP 100 broches 802.3 10BaseT, 10Base2, 10Base5 full duplex Oui Non Non Interface ISA Modes I/O Oui Bonne Oui Oui Microsoft Windows Linux SCO Gratuit ? Non

Drivers fournis Prix des drivers Prix du composant Support aprs vente

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SOLUTIONS MATERIELLES : LANCE AMD, leader dans les circuits d'interface rseau propose lui aussi des circuits d'interface IEEE 802.3 bas sur son clbre circuit LANCE 7990 : les circuits de la srie 79C9xx. Le circuit intressant dans cette srie est le 79C940 ou circuit MACE (Media Access Controller for Ethernet). Il a t spcialement conu pour les applications embarques 16 bits.

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SOLUTIONS MATERIELLES : LANCE

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SOLUTIONS MATERIELLES : LANCEAdresse web Solution www.amd.com Matrielle Circuit Am79C940 TQFP 80 broches et PLCC 84 broches 802.3 10BaseT, 10Base2, 10Base5 full duplex Oui Non Non Modes I/O DMA FIFOs en Rx et Tx Mode sleep Oui Trs bonne Oui Oui Microsoft Linux VxWorks SCO Gratuit ? revendeurs : Arrow, Avnet, Tekelec Oui par mail

Interfaces Ethernet Implmentation niveau MAC Implmentation niveau IP Implmentation niveaux TCP, UDP Fonctionnalits

Schmas de principe d'utilisation Qualit de la documentation Facilit de programmation

Drivers fournis

Prix des drivers Prix du composant Support aprs vente

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SOLUTIONS MATERIELLES : DP83905 National Semiconductor a aussi un circuit d'interface IEEE 802.3 : le circuit DP83905.

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SOLUTIONS MATERIELLES : DP83905Adresse web Solution Interfaces Ethernet Implmentation niveau MAC Implmentation niveau IP Implmentation niveaux TCP, UDP Fonctionnalits Schmas de principe d'utilisation Qualit de la documentation Facilit de programmation Drivers fournis Prix des drivers Prix du composant Support aprs vente www.national.com Matrielle Circuit DP83905 TQFP 160 broches 802.3 10BaseT, 10Base2, 10Base5 full duplex Oui Non Non Modes I/O RAM en plus en externe Non Moyenne Moyenne Non Compatible NE2000 9,5 $ (par 1000) revendeurs : Arrow, Avnet Non

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POINT 2 : SOLUTIONS LOGICIELLES POUR LA CONNECTIVITE IP

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SOLUTIONS LOGICIELLES Contrairement ce que l'on pourrait croire, il existe peu de briques logicielles implmentant les protocoles et services Internet (IP, UDP, TCP) disponibles au niveau source, gratuits ou sous licence GPL. En fait, l'implmentation de ces protocoles est toujours lie un systme d'exploitation lourd qui est priori non facilement embarquable. On trouve ainsi au niveau source (en langage C) les protocoles IP que l'on nommera TCP/IP globalement pour les OS (Operating System) UNIX BSD, FreeBSD, NetBSD et Linux sous licence GPL.

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SOLUTIONS LOGICIELLES Avec l'apparition de projets Linux embarqu, on peut avoir Linux sur une plateforme matrielle et une connectivit naturelle Internet Il ne semble pas envisageable de modifier les sources TCP/IP pour s'affranchir de l'OS sous-jacent car les deux sont intiment lis (on y fait appel des appels systmes propres l'OS). Il faut dans cette optique prendre les protocoles IP et l OS Il existe donc peu d'implmentations de protocoles IP non lies un OS (gnralement de type UNIX).

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SOLUTIONS LOGICIELLES On peut citer 2 piles TCP/IP en libre possdant beaucoup de restrictions d'usage : Projet WATTCP (www.wattcp.com) : pile TCP/IP crite en langage C disponible gratuitement au niveau source tournant sous DOS avec le driver PKTDRVR pour un accs Internet par PPP (Cf annexe). KA9QNOS (http://people.qualcomm.com/karn/code/ka9qnos/) (d'un radioamateur la base du packet radio) : pile TCP/IP crite en langage C disponible gratuitement au niveau source tournant sous DOS pour un accs Internet par PPP. Le contrleur de liaison srie doit tre de la famille Zilog Z8530.

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SOLUTIONS LOGICIELLES : TRECK La socit TRECK propose une pile TCP/IP et ses sources. Ses produits sont optimiss et produisent des codes rapides, petits, rentrants et ROMables. A travers ses produits, on a accs TCP/IP, UDP, PPP, ARP, ICMP, DHCP, SMTP et les services ftp, telnet tftp et serveur Web. Les codes ont t tests avec les processeurs PowerPC, 68K, ARM, 320C32 et x86.

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SOLUTIONS LOGICIELLES : TRECK Il n'y a pas obligation d'utiliser un noyau temps rel (Real Time Operating System RTOS) mais l'intgration des produits Treck avec un RTOS est toujours possible (par exemple C/OS II). Les drivers pour piloter les contrleurs Ethernet sont aussi disponibles et notamment pour les 3 solutions matrielles retenues suivantes : CS8900, Am79C940 et DP83905. Treck peut aussi dvelopper le driver pour d'autres contrleurs Ethernet. Les produits Treck intressants sont : Treck Real-Time TCP/IP. Treck RomPager Embedded Web Server (de la socit Allegro). Treck RomPager Light Embedded Web Server.ENSEIRB Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 329 -


SOLUTIONS LOGICIELLES : TRECK Produit Treck Real-Time TCP/IP :Adresse web Solution Interfaces Ethernet Besoin d'un RTOS Implmentation niveau IP Implmentation niveaux TCP, UDP Autres protocoles Interface de programmation Processeurs tests Qualit de la documentation Facilit de programmation Drivers fournis Prix www.treck.com Logicielle Oui par driver d'interface aux principaux contrleurs (ex : CS8900, Am79C940 et DP83905) Non, mise en uvre d'un RTOS possible UC/OS II support Oui Oui ARP, ICMP Oui Sockets BSD PowerPC, 68K, ARM, x86, 320C32 Trs bonne Trs bonne, programmation sockets oui 10000 $ si < 2000 units 20000 $ si pas de royalty

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SOLUTIONS LOGICIELLES : TRECK Produit Treck RomPager Embedded Web Server :

Adresse web Solution Interfaces Besoin d'un RTOS Implmentation niveau HTTP Qualit de la documentation Prix

www.treck.com Logicielle Produit de la socit Allegro Oui par Treck Real-Time TCP/IP Non, mise en uvre d'un RTOS possible Oui version 1.1 Support de HTML version 2.0 4.0 Trs bonne 5000 $ si < 2000 units 10000 $ si pas de royalty

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SOLUTIONS LOGICIELLES : RTIP La socit EBSnet propose des produits logiciels assurant une connectivit Internet et notamment une pile TCP/IP et ses sources : produit RTIP. A travers RTIP, on a accs TCP/IP, UDP, PPP, ARP, ICMP, RARP, BOOTP. Un serveur Web embarqu est aussi propos. Les sources ont t tests avec les processeurs PowerPC, 68K, ARM, x86 Les drivers pour piloter les contrleurs Ethernet sont aussi disponibles et notamment pour les 2 solutions matrielles suivantes : CS8900, Am79C96x.

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SOLUTIONS LOGICIELLES : RTIPAdresse web Solution Interfaces Ethernet www.etcbin.com Logicielle Oui par driver d'interface aux principaux contrleurs (ex : CS8900, Am79C96x) Oui mise en uvre d'un RTOS possible UC/OS II support Oui Oui ARP, ICMP Oui Sockets BSD PowerPC, 68K, ARM, x86 Trs bonne Trs bonne, programmation sockets Oui 8250 $ pour RTIP 2200 $ pour le serveur web pas de royalty

Besoin d'un RTOS Implmentation niveau IP Implmentation niveaux TCP, UDP Autres protocoles Interface de programmation Processeurs tests Qualit de la documentation Facilit de programmation Drivers fournis Prix

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SOLUTIONS LOGICIELLES : INTERNICHE La socit INTERNICHE TECHNOLOGIES propose une pile TCP/IP et ses sources. A travers ses produits, on a accs TCP/IP, UDP, PPP, ARP, ICMP, DHCP, SMTP et serveur Web. Il n'y a pas obligation d'utiliser un noyau temps rel mais l'intgration des produits INTERNICHE avec un RTOS est toujours possible (par exemple uC/OS II) Les produits INTERNICHE intressants sont : Portable TCP/IP. WebPort.

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SOLUTIONS LOGICIELLES : INTERNICHE Produit INTERNICHE TCP/IP :Adresse web Solution Interfaces Ethernet Besoin d'un RTOS Implmentation niveau IP Implmentation niveaux TCP, UDP Autres protocoles Interface de programmation Processeurs tests Qualit de la documentation Facilit de programmation Drivers fournis Prix www.iniche.com Logicielle Oui par driver d'interface Non, mise en uvre d'un RTOS possible UC/OS II support Oui Oui ARP, ICMP, BOTP Oui Sockets BSD ARM ? Trs bonne, programmation sockets ? 18000 $ avec WebPort revendeur : Emulations www.emulations.fr

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SOLUTIONS LOGICIELLES : INTERNICHE Produit INTERNICHE WebPort :

Adresse web Solution Interfaces Besoin d'un RTOS Implmentation niveau HTTP Qualit de la documentation Prix

www.iniche.com Logicielle Oui par Treck Real-Time TCP/IP Non, mise en uvre d'un RTOS possible Oui version 1.1 Support de HTML version 2.0 ? 18000 $ avec TCP/IP revendeur : Emulations www.emulations.fr

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POINT 3 : SOLUTIONS MIXTES POUR LA CONNECTIVITE IP

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SOLUTIONS MIXTES D'autres solutions mixtes (matriel et logiciel) existent et permettent toutes une connectivit IP immdiate Internet gnralement par liaison srie. Ces solutions utilisent un processeur (microcontrleur) dont des broches d E/S sont ddies la mise en place de la connectivit IP (liaison srie, contrle d une interface Ethernet). La connectivit IP est intgre en dur dans le processeur ou apparat comme une bibliothque de services (fonctions) lier avec son application.

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SOLUTIONS MIXTES : ICHIP La socit CONNECT ONE propose pour assurer une connectivit IP des produits bass sur un circuit spcifique qu'ils ont cr et commercialisent : circuit iChip. Ce circuit assure une connectivit Internet par l'intermdiaire d'un modem connect RTC via le protocole PPP. L'interface hte est du type UART en utilisant des commandes ASCII AT conformes la norme HAYES. Leur produit permet en fait de recevoir, mettre des emails et des pages HTML. Le circuit iChip implmente ainsi les protocole PPP, IP, UDP, TCP et SMTP.

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SOLUTIONS MIXTES : ICHIP

Adresse web Solution Interfaces Ethernet Implmentation niveau MAC Implmentation niveau IP Implmentation niveaux TCP, UDP Schmas de principe d'utilisation Qualit de la documentation Facilit de programmation Drivers fournis Prix des drivers Prix du composant

www.connectone.com Matrielle Circuit iChip PLCC 68 broches Non Accs par modem jusqu' V.90 PPP Oui Oui SMTP support Oui Bonne Bonne Non 50$ (< 100) revendeurs : Impact Memec

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SOLUTIONS MIXTES : S7600A La socit SEIKO propose un circuit pour assurer une connectivit Internet : circuit S-7600A appel aussi iChip. Ce circuit assure une connectivit Internet par l'intermdiaire d'un modem connect RTC via le protocole PPP. L'interface hte est compatible avec la famille 68K de Motorola et x86 d'Intel. Un kit de dveloppement est propos pour dvelopper des applications ainsi qu'une carte d'valuation.

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SOLUTIONS MIXTES : S7600A

Adresse web Solution Interfaces Ethernet Implmentation niveau MAC Implmentation niveau IP Implmentation niveaux TCP, UDP Schmas de principe d'utilisation Qualit de la documentation Facilit de programmation Drivers fournis Prix des drivers Prix du composant

www.seiko-usa-ecd.com Matrielle Circuit iChip S-7600A QFP 48 broches Non Accs par modem PPP Oui Oui Oui Kit de dveloppement disponible Trs bonne Trs bonne 199$ (< 100)

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SOLUTIONS MIXTES : SCENIX La socit SCENIX propose des microcontrleurs RISC de la famille SX permettant une connectivit Internet en utilisant des broches d'E/S. SCENIX introduit le concept de priphriques virtuels (Virtual Peripheral) qui se prsentent sous forme de bibliothques logicielles utilisant une ou plusieurs broches d'E/S du microcontrleur. Comme prcdemment, on assure une connectivit Internet par l'intermdiaire d'un modem connect RTC via le protocole PPP.

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SOLUTIONS MIXTES : SCENIXAdresse web Solution Interfaces Ethernet Implmentation niveau MAC Implmentation niveau IP Implmentation niveaux TCP, UDP www.scenix.com Matrielle et logicielle Microcontrleurs SX Non Accs par modem PPP Ajout dune interface Ethernet possible Oui Oui SMTP, HTTP supports suivant le choix du microcontrleur Oui Trs bonne Trs bonne revendeur : A2M -

Schmas de principe d'utilisation Qualit de la documentation Facilit de programmation Drivers fournis Prix des drivers Prix du composant

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SOLUTIONS MIXTES : EZ80 Le produit eZ80 de Zilog est une volution du clbre Z80 auquel on a rajout une connectivit IP. Le CPU n'implmente pas d'interface Ethernet IEEE 802.3. Elle est ralise par l'ajout d'un circuit externe. La carte d'valuation eZ80 utilise le circuit CS8900A prsent prcdemment. L'intrt rside dans les protocoles Internet fournis pour le eZ80 IP, TCP, UDP, ARP, RARP, ICMP, PPP, HTTP, DHCP/BOOTP, SLIP, SMTP, SNMP, Telnet, TFTP. utilitaire de configuration. convertisseur HTML to C. driver Ethernet (CS8900). compilateur CENSEIRB Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 345 -


SOLUTIONS MIXTES : EZ80

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SOLUTIONS MIXTES : EZ80Adresse web Solution Description du matriel www.zilog.com/ez80/ Mixte microprocesseur Z80 (version eZ80190) 50 MHz processor, multiply and accumulate engine, 16 Mbyte linear addressing, 3.3V operation, 2 DMA channels, Universal ZiLOG Interface (selectable UART, I2C, SPI), 6 PRTs with prescalers 8KB SRAM, 32-bit GPIO with interrupt support, On-chip oscillator, Optimized pipeline architecture, ZiLOG Debug Interface (ZDI) non la carte d'valuation utilise le circuit CS8900A Non Oui Oui ARP, RARP, ICMP, PPP, HTTP DHCP/BOOTP, IGMP, SLIP, SMTP, SNMP, Telnet, TFTP Oui Trs bonne Trs bonne Non non oui Revendeur en France : Futur Electronics carte d'valuation disponible

Interfaces Ethernet Implmentation niveau MAC Implmentation niveau IP Implmentation niveaux TCP, UDP

Schmas de principe d'utilisation Qualit de la documentation Facilit de programmation Besoin d'un RTOS Interface de programmation Support Prix

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POINT 4 : SOLUTIONS CLE EN MAIN POUR LA CONNECTIVITE IP

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SOLUTIONS CLE EN MAIN Cette partie prsente des solutions cl en main alliant la fois matriel et logiciel. Il n y a pas de dveloppement matriel, l essentiel se rsume au dveloppement de son application logicielle... On trouvera en fait deux sortes de produits : serveur web embarqu permettant de contrler des E/S. La connectivit Internet assure un contrle distance de ces E/S via un navigateur client. systme dexploitation Linux allg embarqu sur une plateforme matrielle utilisant gnralement un microcontrleur. La connectivit IP est assure pleinement par Linux o les piles de protocoles Internet sont intiment lies au noyau.

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SOLUTIONS CLE EN MAIN Linux embarqu : Il est clair que cet OS, fiable, disponible au niveau source sous licence GPL se prte plus quaucun autre des portages sur des plateformes autres que des PC. Cette solution est une voie davenir dans l embarqu avec en plus une extension Temps Rel possible (RTlinux, RTAI). L'adresse web collectant les projets linux embarqu est www.linuxembedded.com .

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SOLUTIONS CLE EN MAIN : PICOWEB La socit LIGHTNER ENGINEERING propose un serveur web embarqu appel PICOWEB sur une carte possdant un accs IEEE 802.3 10BaseT. Cest un systme autonome autorisant une connectivit Internet via TCP/IP et HTTP. La partie matrielle est construite autour dun microcontrleur ATMEL AT90S8515 possdant 8 Ko de mmoire flash, 512 octets dEEPROM et 512 octets de RAM aussi que 32 E/S.

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SOLUTIONS CLE EN MAIN : PICOWEB Sur la carte est intgr un contrleur Ethernet REALTEK ainsi quun circuit UART. Le dialogue entre un systme hte et PICOWEB se fait dailleurs par la liaison srie de lUART, ce qui permet ainsi un dialogue entre un navigateur web et lhte. On peut aussi contrler distance les E/S restantes du microcontrleur non utilises par PICOWEB.

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SOLUTIONS CLE EN MAIN : PICOWEB LIGHTNER ENGINEERING propose les schmas de son produit PICOWEB (sous licence) ainsi quune version allge avec le logiciel au niveau objet (version breadboard) gratuite pour des utilisations non commerciales. Un kit de dveloppement complet comprend une carte PICOWEB et est disponible pour 149 $. Une licence est acqurir (9 $ lunit) pour chaque produit bas sur PICOWEB vendu. Une licence grand volume est possible.

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SOLUTIONS CLE EN MAIN : PICOWEB

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SOLUTIONS CLE EN MAIN : PICOWEBAdresse web Solution Description du matriel www.picoweb.net Mixte Atmel AT90S8515, 8 Ko flash, 512 o EEPROM 512 o RAM, 32 E/S, contrleur Ethernet Realtek, UART 10BaseT Oui Oui Oui HTTP Oui Trs bonne Trs bonne Non Non, dialogue par la liaison srie Web [email protected] 145 $ pour le kit de dveloppement royalty pour le firmware : 9 $ par PICOWEB

Interfaces Ethernet Implmentation niveau MAC Implmentation niveau IP Implmentation niveaux TCP, UDP Schmas de principe d'utilisation Qualit de la documentation Facilit de programmation Besoin d'un RTOS Interface de programmation Support Prix

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SOLUTIONS CLE EN MAIN : IPC@CHIP Le produit IPC@CHIP (versions SC01, SC02, SC11, SC12) est une solution mixte se prsentant sous forme d'un botier DIL 32 broches incorporant hardware et software. Ce botier englobe en fait un microcontrleur Intel 80186-80188 20 MHz selon la version avec au plus 512Ko de RAM et 512 Ko de Flash ainsi qu'un interface Ethernet IEEE 802.3 10BaseT. Un kit d'valuation est disponible (kit DK40) permettant de tester rapidement l'IPC@CHIP.

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SOLUTIONS CLE EN MAIN : IPC@CHIP Du point de vue logicielle, l'offre est des plus compltes : noyau Temps Rel embarqu autorisant l'excution des application DOS : on dveloppe donc son application sous DOS partir de son PC que l'on tlcharge ensuite dans le composant. Cet environnement est bien cibl car c'est gnralement celui des PME ! un interprteur de commandes DOS like. une pile TCP/IP complte implmentant l'interface sockets TCP et UDP. un client DHCP. un serveur Web capable d'excuter des scripts CGI.

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SOLUTIONS CLE EN MAIN : IPC@CHIPAdresse web Solution Description du matriel www.bcl-online.de Mixte Microcontrleur Intel 80186-80188 20 MHz 512Ko de RAM, 512 Ko de Flash 14 I/O programmables, 7 sorties Chip Select, entres d'interruption INT, PWM, entre Timer, sortie Timer, 2 UARTs, bus I2C, 2 canaux DMA, watchdog 10BaseT Oui Oui Oui HTTP, ftp, DHCP Oui Trs bonne Trs bonne Non Oui Sockets BSD oui SC12 : 76,56 euros Licence Run Time pour 1 SC12 : 29 euros kit d'valuation DK40 : 58 euros

Interfaces Ethernet Implmentation niveau MAC Implmentation niveau IP Implmentation niveaux TCP, UDP Schmas de principe d'utilisation Qualit de la documentation Facilit de programmation Besoin d'un RTOS Interface de programmation Support Prix

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SOLUTIONS CLE EN MAIN : Linux embarqu Le projet uClinux fait partie des solutions mixtes o l'on retrouve Linux embarqu. La plateforme matrielle est originellement une carte SIMM 30 broches (kit Csimm) mettant en uvre un microcontrleur MOTOROLA de la famille 68K, le 68EZ328. La carte SIMM possde 8 Mo de DRAM, 2 Mo de flash ROM, un port srie RS.232 et une interface Ethernet IEEE 802.3 10BaseT via la circuit CRYSTAL CS8900A. Concernant le logiciel, les noyaux linux 2.0.38 et 2.4.x ont t ports sur cette plateforme, ce qui permet de bnficier naturellement de la connectivit IP !

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SOLUTIONS CLE EN MAIN : Clinux

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SOLUTIONS CLE EN MAIN : ClinuxAdresse web Solution Description du matriel www.uclinux.org Mixte MOTOROLA 68EZ328 16 MHz, 2 Mo flash, 8 Mo RAM, contrleur Ethernet CRYSTAL CS8900A, UART 10BaseT Oui Oui Oui HTTP et autres Non Trs bonne Trs bonne Oui Sockets BSD Web [email protected] 495 $ pour le kit de dveloppement complet

Interfaces Ethernet Implmentation niveau MAC Implmentation niveau IP Implmentation niveaux TCP, UDP Schmas de principe d'utilisation Qualit de la documentation Facilit de programmation Interface de programmation Support Prix

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POINT 5 : NIOS D ALTERA SOLUTION DE CODESIGN AVEC CONNECTIVITE IP

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NIOS D ALTERA Loffre SoPC Excalibur dAltera permet la flexibilit de programmation des PLD (Programmable Logic Device) avec les performances de temps de traitement dun processeur embarqu sur silicium pour rpondre au besoin dun court TTM.

Logic

Memory

HighPerformance I/O

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NIOS D ALTERA

200

ARM Core

MIPS Core

100

Performance (MIPs)50

20

Core

0

Soft Core

Hard Cores

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NIOS D ALTERA

Pour Altra : Nios : An Embedded Concept

NIOS CPU Core

BUS BUS

NIOS SystemUART Timer PIO

User Programmable Circuitry

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NIOS D ALTERA Linux Development Kit (depuis 09/2001) Open-Source Clinux Operating System Development Kit Contents Clinux Source Code

Ethernet Development Board SDRAM / Flash Memory Module SDRAM Controller Core IDE Interface Compact Flash Interface Real Time Clock Reference Design Quartus Project Web Server Application Price $2495 (www.microtronix.com)

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NIOS D ALTERA Software Development Tools RedHat GNUPro Toolkit (Compiler, Debugger) Nios Ethernet Development Kit (TCP/IP Stack)

Operating System Support Linux Development Kit ATI Nucleus C OS II

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NIOS D ALTERA Loffre SoPC Excalibur/NIOS dAltera complte du portage Linux (Clinux) sur NIOS de Microtronix permet davoir une vritable plateforme de Codesign. Une interface Ethernet IEEE 802.3 10BaseT (utilisant le composant CS8900A) permet davoir naturellement une connectivit IP sous Clinux.

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PLUS D INFORMATIONS Plus d informations : http://www.enseirb.fr/~kadionik/embedded/embedded.html http://www.enseirb.fr/~kadionik/embedded/connectivite_ip/connec tivite_ip.html http://www.enseirb.fr/~kadionik/embedded/uclinux/uclinux.html

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PARTIE 7 : CONNECTIVITE IP : QUELQUES EXEMPLES

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INTRODUCTION Quelques exemples de mises en uvre de la connectivit IP l ENSEIRB sont donns maintenant travers 4 projets : tlinstrumentation : projet europen RETWINE (REmoTe Worldwide Instrumentation NEtwork). tlmesure : MEDICIS (Mesure DIstance de CIrcuitS). carte 68HC11ETHER : carte microcontrleur 68HC11 avec Internet embarqu. Ces 3 projets mettent en uvre la connectivite IP travers une liaison Ethernet.

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CONNECTIVITE IP : PROJET RETWINE Mise en place d un parc dinstrumentation depuis Internet pour effectuer des mesures distance pour : Un partage dinstruments onreux. Un accs aux instruments facile et offrant des possibilits nouvelles. Une exploitation maximale des dcalages horaires.

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CONNECTIVITE IP : PROJET RETWINE Implmentation matrielle :

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CONNECTIVITE IP : PROJET RETWINE Implmentation logicielle : World Wide Web Requte HTTPBase Serveur de donnes Contrle d accs

WWW Excution du script CGI (Shell)

UNIX

Script CGI Serveur GPIB

Bus GPIB

Commande ou rponse GPIB Instrument GPIB HP8510B

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CONNECTIVITE IP : PROJET RETWINE Analyseur de rseau HP8510B : Mesure de paramtres S : coefficients de rflexion et de transmission. taux donde stationnaire TOS. impdance. ...

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CONNECTIVITE IP : PROJET RETWINE Driver du HP8510B : Dveloppement en langage C. Contrle le HP8510B via le bus GPIB. Surcouche NI-488.2M Driver pour des stations de travail SUN. Gnration des fichiers de rsultats de mesure.

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CONNECTIVITE IP : PROJET RETWINE Interface graphique (GUI) : Applet Java tlcharge puis excute par le navigateur web de celui qui contrle l appareil. Dialogue entre l applet Java et le serveur web RETWINE pour le pilotage de l instrument.

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CONNECTIVITE IP : PROJET RETWINE Mesures : fichier texte des rsultats de mesure. Visualisation sous forme graphique avec une applet Java.

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CONNECTIVITE IP : PROJET RETWINE Plus d informations : http://retwine.net http://retwine.ixl.u-bordeaux.fr:8080

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CONNECTIVITE IP : PROJET MEDICIS Mise en place l ENSEIRB des fins d enseignement d un outil qui permet de tester automatiquement un circuit programmable FPGA de XILINX. MEDICIS est coupl la CAO Mentor Graphics : criture en VHDL. Simulation avec ModelSim. Synthse logique avec Leonardo. Programmation, vecteurs de tests issus de la simulation, rcupration de la mesure avec MEDICIS. Visualisation des rsultats de mesure post synthse sous ModelSim.ENSEIRB Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 380 pk/2003 v 2.1 Reproduction et exploitation des fins commerciales interdites sans l'accord exprs des auteurs

CONNECTIVITE IP : PROJET MEDICIS Mise en oeuvre :VHDL source VHDL pin attributsCONCEPTION

Behavioral Simulation (ModelSim) Synthesis (Leonardo) Placement & Routing (Xilinx)

.LST File (signal list) .BIT File FPGA programming .PAD File pin description .DAT File (data file) VHDL component VHDL function librarie FPGA circuit MEDICIS Client MEDICIS Server

Post synthesis Simulation (ModelSim)

COMPARISONSimulation ForReal Measurement display (ModelSim)

MEASUREMENT

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CONNECTIVITE IP : PROJET MEDICIS Implmentation matrielle :HP16500A and its pattern generator board DUT : Xilinx FPGA 4006E circuit probes

RS.232 link Workstation with simulation/synthesis tools workstation MEDICIS Java application

Ethernet LAN

Workstation with simulation/synthesis tools

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CONNECTIVITE IP : PROJET MEDICIS Interface graphique (GUI) : Application Java cliente autonome qui dialogue avec une application serveur qui contrle l appareil HP16500. Utilisation ici de l API de programmation rseau socket sous Java.

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CONNECTIVITE IP : PROJET MEDICIS Plus d informations : http://www.enseirb.fr/~nouel/medicis

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CONNECTIVITE IP : PROJET 68HC11ETHER Dveloppement des fins d enseignement d une carte base de 68HC11 avec une interface rseau IEEE 802.3 10BaseT (circuit CS8900A). Utilisation d un noyau TR (RTOS) : C/OS II. criture en langage C de la suite des protocoles Internet afin d assurer la connectivit IP : ARP, ICMP IP, UDP, TCP connexion entrante. Telnet, miniserveur web (page d accueil). Une des motivations est de voir dans quelle mesure on peut embarquer Internet dans un environnement (trs) contraint !ENSEIRB Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 385 pk/2003 v 2.1 Reproduction et exploitation des fins commerciales interdites sans l'accord exprs des auteurs

CONNECTIVITE IP : PROJET 68HC11ETHER Implmentation matrielle :RJ45

Cble Ethernet

Rseau Ethernet

RAM LBus d'adresse 16

CS8900

8

Bus de donnes

RAM H

Altra ROM H

68HC11 E1

Port A

Port E RS232

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CONNECTIVITE IP : PROJET 68HC11ETHERTrame reue

Implmentation logicielle :

Trame mise Gestion ICMP Sem2 Sem1 Sem3 Gestion UDP

Tche principale

Gestion IP et ARP

Trame mise Sem4 Gestion TCP

C/OS II

Sem5

Application UDP

Trame mise

Gestion HTTP

Gestion TELNET

Donnes_application

Performance : 100 kb/s (datagramme IP de 1518 octets) pour un processeur 8 MHz (/4) !ENSEIRB Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 387 pk/2003 v 2.1 Reproduction et exploitation des fins commerciales interdites sans l'accord exprs des auteurs

CONNECTIVITE IP : PROJET 68HC11ETHER Plus d informations : http://www.enseirb.fr/~kadionik/68hc11/carteether_enserb/carte_6 8hc11_ether.html les sources en langage C sont libres d accs (GPL). pile TCP/UDP/IP/PPP en libre sous C/OS II (C/IP) : http://ucip.sourceforge.net/

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PARTIE 8 : BILAN SUR LA CONNECTIVITE IP

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CONNECTIVITE IP : BILAN FINAL La connectivit IP permet de raccorder tout systme lectronique (systme embarqu) au rseau Internet. Elle met en uvre une suite protocoles Internet que l on doit embarquer dans le matriel. La connectivit IP permet de contrler un quipement lectronique de n importe o dans le monde. Cet quipement peut aussi prvenir un oprateur n importe o dans le monde. C est en fait l aboutissement d un lent processus de modernisation du tlcontrle allant de la liaison srie RS.323/V.24 dporte sur un terminal VT100 l applet Java excute par un navigateur web interrogeant un serveur web embarqu !ENSEIRB Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 390 -


CONNECTIVITE IP : BILAN FINAL La connectivit IP prsume inconsciemment l utilisation d interfaces graphiques modernes et banalises (navigateur web) en adquation avec les besoins (de confort) actuels des clients. Avec une frontire de plus en plus floue entre matriel et logiciel, on voit apparatre maintenant de vritables offres de codesign. En consquence, l ajout de la connectivit IP qui se faisait en grande partie en logiciel a tendance maintenant tre remplace par son homologue matriel (utilisation d un bloc IP).

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CONNECTIVITE IP : BILAN FINAL Les protocoles Internet sont indpendants des supports de transmission utiliss. Les supports de transmission prfrentiels sont : Ethernet. Liaison srie. Des solutions de connectivit IP utilisant des liaisons radio ou sur courant porteur commencent apparatre...

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CONNECTIVITE IP : PETIT SYSTEME Solution maison :Taille systme Liaison Interface rseau Composant Petit Srie Ethernet UART Interface Ethernet CS8900A PIC, 68HC11, 68HC12 Avec prise en compte de la connectivit IP : iCHIP, SEIKO S-7600A, SCENIX, eZ80 PPP IP UDP ICMP/ARP TCP et plus Par une application spcifique Miniserveur web spcifique Non On peut utiliser un RTOS (C/OS II avec C/IP)

Connectivit IP minimale Connectivit IP de confort Interaction minimale Interaction de confort Besoin dun OS/RTOS

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CONNECTIVITE IP : PETIT SYSTEME Solution cl en main :Taille systme Liaison Petit Srie Ethernet GSM, courant porteur Suivant le module PPP IP UDP Suivant le module Suivant le module : serveur web, email, SNMP Picoweb, IPC@CHIP Produits eDevice, Webdyn ICMP/ARP

Composant matriel Connectivit IP minimale Connectivit IP de confort Interaction Solutions

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