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“Desarrollo de aplicaciones para la conectividad IP de microcontroladores”.

Trabajo de título de Pablo Hernán Naveas Farías, como requisito parcial para optar al título de

Ingeniero Civil Electrónico, mención Computadores.

Departamento de Electrónica

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Desarrollo de aplicaciones para la conectividad IP de microcontroladores

Introducción a los Embedded Internet Systems y objetivos del trabajo.

Tarjeta Easyweb y su interfaz de red.

Aplicaciones de red desarrolladas.

Conclusiones y trabajos futuros.

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Introducción

Presencia de microprocesadores en la vida cotidiana:

Electrodomésticos.Juguetes.Teléfonos celulares.Equipos médicos.

Indispensables en actividad industrial.

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Introducción

Conectividad de estos dispositivos:Obtención y transferencia de información.Control y configuración en forma remota.

Maneras de conectar estos dispositivos a la red:

Solución por hardware.

http://www.lantronix.com

5

Introducción

Implementación de protocolos en el dispositivo:

Programar stack TCP/IP.Ocupar proyectos open source (uIP, lwIP).Adquirir la solución por software.

“En el 2010, el 95% de los sistemas conectados a Internet serán embebidos, no PCs...”

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Objetivos

Programar aplicaciones de red para la tarjeta Easyweb.

Desarrollar aplicaciones que permitan el control y el monitoreo del estado de la tarjeta desde un PC.

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Tarjeta Easyweb

• LCD de 16 x 2 caracteres.• Cuatro pulsadores.• 2 salidas activadas por relé.• Un buzzer.• 1 LED de propósito general.• Un conector para los pines JTAG del

microcontrolador.• Conector P6 (ADC12).

Interfaz de red:• Un controlador de red CS8900A de Cirrus

Logic, con sus componentes externos.

MSP430 F149 más:

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Interfaz de red: conexión MSP430 a controladora de red CS8900.

Datos

Direccionamiento

IOR

/

IOW

uCCS8900

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Interfaz de red: conexión CS8900 a componentes externos.

Conector RJ- 45

Transformador de aislación de pulsos

Link / Data Leds

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Interfaz de red: packet driver y stackTCP/IP.

Se escogen:cs8900a.c (packet driver).Stack uIP.

Programados en C.Código abierto.Portados a la tarjeta Easyweb.

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Interfaz de red: packet driver y stackTCP/IP.

Interacción uIP con packet driver :

Inicialización (cs8900a_init())

Envío de datos (cs8900a_send())

Verificación de llegada de nuevos paquetes (cs8900a_poll())

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Interfaz de red: packet driver y stackTCP/IP.

Stack TCP/IP: uIP.Múltiples conexiones TCP/IP.

Detección de errores.

Permite paquetes fragmentados.

Tiene soporte para datagramas UDP.

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Para programar una aplicación, ¿quéarchivos se deben incluir al proyecto?

+ main.c

Packet driver

Inicializaciones más Loop control

Stack TCP/IPAlg. Checksum.ARP

Aplicación a programar+ aplicacion.c

14

Aplicaciones de red desarrolladas (1).

Conexión de la tarjeta a la red

15

Uso de la API del stack uIP.

uIP invoca periódicamente a una función de la aplicación: UIP_APPCALL.

La API de uIP define el modo en que la aplicación interactúa con las funciones del stack:

Manejo de conexiones.Recepción y envío de datos.

16

Aplicaciones de red desarrolladas.

Desarrollo de primera aplicación y programación de cliente TCP/IP (1):

Aplicación simple -> “msp430”Configuración opciones ->uipopt.hDefinición de la función invocada periódicamente

17

Aplicaciones de red desarrolladas (1).

//*************app1.c***********************#include "uip.h"#include “app1.h"#include <string.h>

void app1_init(void) {uip_listen(HTONS(1234));

}void app1_appcall(void) {

if( uip_newdata() ) {uip_send("msp430\n", 7);

}}//******************************************

Primera aplicación:

18

Aplicaciones de red desarrolladas (1).

//*************app1.h**********************

#include "uipopt.h"

#define UIP_APPCALL app1_appcall

void app1_init(void);void app1_appcall(void);

Configuración de opciones del stack:-IP (host, gateway)-MAC-Archivo de encabe-zado de la aplicación

Invocada periódicamente por el stack

Primera aplicación:

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Aplicaciones de red desarrolladas (1).

Programación de un cliente TCP/IP

Orientado a objetosRápido desarrollo de aplicaciones de red: Sockets y Streams.

20

Aplicaciones de red desarrolladas (1).

Esquema cliente TCP/IP programado

21

Aplicaciones de red desarrolladas (1).

Instancia de un socket con Java

22

Aplicaciones de red desarrolladas (1).

Ejecución del cliente

23

Aplicaciones de red desarrolladas.

Segunda aplicación (2):

Diseño estructurado de aplicaciones: administrador de eventos.Estados en la aplicación.

24

Aplicaciones de red desarrolladas (2).

Diseño estructurado de aplicaciones con uIP.

#define UIP_APPCALL eventhandler_app

void eventhandler_app(void) {if(uip_aborted()) {aborted();}if(uip_timedout()) {timedout();}if(uip_closed()) {closed();}if(uip_connected()){connected();}if(uip_acked()) {acked();}if(uip_newdata()) {newdata();

senddata();}}

Administrador de eventos

25

Aplicaciones de red desarrolladas (2).

Segunda aplicación:

app2_init()

connected()

newdata(),senddata()

acked()

26

Aplicaciones de red desarrolladas (2).

Ejecución del cliente

27

Aplicaciones de red desarrolladas.

Tercera Aplicación (3):Cliente de correo para el envío de e-mail.Protocolo cliente – servidor SMTP

Se analizan datos recibidos para elaboración de respuesta.

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uip_connect(,)

connected()

newdata(),

senddata()

acked()

29

Aplicaciones de red desarrolladas (3).

30

Aplicaciones de red desarrolladas.

Cliente TCP/IP con GUI (4):

Control en forma remota del estado de la tarjeta.Desarrollo de una interfaz gráfica para la clase programada.

31

Aplicaciones de red desarrolladas (4).

Control en forma remota de la tarjeta Easyweb: Cliente TCP/IP con GUI.

Interfaz de desarrollo de aplicación GUI

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33

Aplicaciones de red desarrolladas (4).

Control en forma remota de la tarjeta Easyweb:

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Aplicaciones de red desarrolladas (4).

Cliente TCP/IP con GUI:

Escalable (agregar componentes).

Requerimientos (Java, plugins Swing –AWT).

Interfaz más ‘universal’ -> Web

35

Aplicaciones de red desarrolladas.

Conectividad web:uIP contiene la implementación de un servidor web (fs.c, cgi.c, httpd.c)Recursos de memoria -> escasosPoca flexibilidad en el mantenimiento de la aplicación.Función de un microcontrolador: adquirir y procesar datos, controlar procesos.

36

Aplicaciones de red desarrolladas (5).

Conectividad web:Nuevo esquema -> Aplicaciones Web.

37

Aplicaciones de red desarrolladas.

Primera aplicación web (5):Html más Servlet

Accionamiento remoto de un relé.

Página de respuesta con contenido dinámico.

38

Aplicaciones de red desarrolladas (5).

Página web de entrada

39

Aplicaciones de red desarrolladas (5).

Código página web de entrada

<form action="/WebApp1/EasywebServer" method="post">

<input name="iphost" type="text" id="iphost" value="200.1.17.94"><input name="puerto" type="text" id="puerto" value="1510">

<%botón de envío del formulario%> <input type="submit" name="Submit" value="Conectar">

</form>

40

Aplicaciones de red desarrolladas (5).

Página web de respuesta

41

Aplicaciones de red desarrolladas.

Desventaja de servlets:Nula separación entre la presentación de la página de respuesta y el código ‘funcional’.

Solución: Segunda aplicación web (6)Uso de templates -> JSP.Componentes web -> JSF.JavaBeans

42

Aplicaciones de red desarrolladas.

Procesamiento de una página JSP en el servidor

43

Aplicaciones de red desarrolladas (6).

JavaBeans:Clases de Java que cumplen dos convenciones

Constructor sin argumentosMétodos get y set

44

Aplicaciones de red desarrolladas (6).

Estructura de la aplicación:

Bean de sesión

45

Aplicaciones de red desarrolladas (6).

Programación de una página JSP con componentes JSF

46

Aplicaciones de red desarrolladas (6).

Código de la página de bienvenida JSP con componentes JSF

<h:form binding="#{Page1.form1}" id="form1"><h:inputText binding="#{Page1.textField1}" id="textField1“

value="#{SessionBean1.ip}"/><h:inputText binding="#{Page1.textField2}" id="textField2"

value="#{SessionBean1.puerto}"/><h:commandLink action="Conectar" actionListener="#{SessionBean1.Conectar}"<h:outputText binding="#{Page1.linkAction1Text}" value="Conectar"/></h:commandLink>

</h:form>

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Aplicaciones de red desarrolladas (6).

Página de control de la tarjeta Easyweb

#{SessionBean1.disconnect}

#{SessionBean1.toggleLed}

#{SessionBean1.toggleRele}

#{SessionBean1.buzzer}

#{SessionBean1.lcd_send}

#{SessionBean1.adcAdq}

48

Aplicaciones de red desarrolladas.

Control simultáneo de dos o más tarjetas?Aplicación web final (7):-> un Bean y una página JSP por tarjeta.-> cambio página de bienvenida, la conexión se

realiza desde la página de control.

DEMO

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Conclusiones

Documentación del proceso de diseño de aplicaciones de red con stack uIPpara tarjeta Easyweb.Documentación del desarrollo de aplicaciones de red en Java.Nuevo esquema para la conectividad web de la tarjeta Easyweb.

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Trabajos Futuros

Seguridad.

Red de microcontroladores.

Programación del microcontrolador vía interfaz web.

“Desarrollo de aplicaciones para la conectividad IP de microcontroladores”.

Trabajo de título de Pablo Hernán Naveas Farías, como requisito parcial para optar al título de

Ingeniero Civil Electrónico, mención Computadores.

Departamento de Electrónica

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Interfaz de red: Rx y Tx de paquetes con CS8900.

Transmisión:Envío de trama desde el packet driver del microcontrolador hacia el buffer del CS8900.CS8900 prepara el paquete y lo envía hacia la red.

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Interfaz de red: Rx y Tx de paquetes con CS8900.

Recepción:Llegada de un paquete desde la red, se desempaqueta y se almacena en buffer de CS8900.La trama es transferida hacia el buffer del stack.

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Protocolos para la implementación de TCP/IP en microcontroladores.

Fuente: www.ixxat.de ©2003 IXXAT Automation GmbH

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Estados conexión TCP./* The TCP states used in the uip_conn->tcpstateflags. */#define CLOSED 0#define SYN_RCVD 1#define SYN_SENT 2#define ESTABLISHED 3#define FIN_WAIT_1 4#define FIN_WAIT_2 5#define CLOSING 6#define TIME_WAIT 7#define LAST_ACK 8#define TS_MASK 15

#define UIP_STOPPED 16

#define UIP_TCPIP_HLEN 40

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Loop de control del stack uIP (main.c)

UIP_APPCALL();