L’USB, Universal Serial Bus Les cartes SD · 2011-03-06 · Ecrit sur les services fournis par FreeRtos Nanostack 1.1 est ouvert Drivers pour les modules radio TI CC2420 et CC2430

Communication dans un système

embarqué

L’USB, Universal Serial Bus

Les cartes SD

Protocoles TCP/IP : cas de l’Ethernet

Le 6lowPan

04/03/2011 Communication dans un système embarqué 1

Benjamin Bonny

Guillaume Normand

Loïc Raucy

Theodoros Theodoropoulos

L’USB dans les systèmes

embarqués


Principales caractéristiques:

Architecture Architecture arborescente :

◦ Un hôte unique (le PC)

◦ Des périphériques (souris, disque dur, notre carte avec STM32 !)

◦ Des hubs qui redistribuent le signal et filtrent selon les vitesses

Jusqu’à 127 périphériques connectés en même temps

Branchement à chaud autorisés

Fournit une alimentation de 5V, 500mA maximum

4 broches : Alimentation, masse, et données (D+ et D- :

transmission différentielle)


Principales caractéristiques :

Vitesse USB 1.1 : 2 modes de fonctionnement

◦ Full Speed : 12 Mbit/s

◦ Low Speed : 1,5 Mbit/s

USB 2.0 : 3 modes

◦ Les deux précités

◦ High Speed : 480 Mbit/s


Branchement d’un périphérique

Le périphérique doit indiquer sa vitesse

◦ D+ à 3.3V (pull up) : Full Speed

◦ D- à 3.3V : Low Speed

◦ Un périphérique High Speed se connecte en Full Speed, puis indique à l’hôte qu’il

est High Speed lors du reset

L’hôte identifie le périphérique grâce aux VID & PID, et charge le

pilote correspondant


Protocole de communication

L’hôte dirige tous les échanges

◦ Envoi d’un paquet jeton pour décrire ce qui suit, et à

qui il s’adresse

◦ Envoi/réception de la charge utile

◦ Paquet d’acquittement (positif ou négatif)

◦ Paquet SOF (Start Of Frame) toutes les ms, pour

garder la connexion active


Les Endpoints

Ils sont spécifiques au périphérique, et sont l’interface

entre celui-ci et l’hôte :

◦ L’hôte s’adresse à des endpoints, dans lesquels il écrit

ou lit

◦ Le périphérique communique avec l’hôte à travers ces

endpoints

◦ Ils sont créés par le périphérique, et communiqués à

l’hôte

◦ Tout périphérique doit avoir un endpoint 0, pour la

première communication


4 types de endpoints

Endpoint de contrôle

◦ Pour commander les périphériques, configurer, etc.

Endpoint d’interruption

◦ Permet au périphérique de générer des interruptions malgré le fait que les transmissions sont commandées par l’hôte : latence garanti

Endpoint de transfert isochrone

◦ Pour des transferts périodiques et dépendants du temps (Flux vidéo, audio…) : bande passante et latence garantis

Endpoint de transfert bulk

◦ Pour des données de taille conséquente, qui arrivent en rafale (ex : image provenant d’un scanner). Importance du CRC, détection d’erreur et renvoi.


L’USB dans un STM32

1 à 16 endpoints (8 si bidirectionnels, 16

monodirectionnels)

Réalisation en hardware :

◦ Du CRC & du bit stuffing

◦ Mise en forme des transactions

Gestion des transferts isochrones et bulk,

avec double buffer

Gestion de la suspension/reprise de l’usb


L’USB dans un STM32

Transfert via des buffers

Double buffer :

◦ Pour les endpoint bidirectionnels : un pour la

réception, un pour l’envoi

◦ Pour le bulk & isochrone: double buffering


Comment utiliser l’USB dans un

STM32? ST met à disposition une bibliothèque destinée à

l’utilisation de l’USB sur son STM32 : ◦ http://www.st.com/internet/com/SOFTWARE_RESOURCES/SW_COMPONEN

T/FIRMWARE/um0424.zip

Ainsi qu’un manuel pour son utilisation : ◦ http://www.st.com/internet/com/TECHNICAL_RESOURCES/TECHNICAL_LITE

RATURE/USER_MANUAL/CD00158241.pdf


http://www.st.com/internet/com/SOFTWARE_RESOURCES/SW_COMPONENT/FIRMWARE/um0424.zip




http://www.st.com/internet/com/TECHNICAL_RESOURCES/TECHNICAL_LITERATURE/USER_MANUAL/CD00158241.pdf



Les cartes SD

C’est la carte la plus utilisé dans les

systèmes embarqués:

◦ appareils photo, lecteurs mp3, GPS,

téléphones portables…

Faible coût (moins de 5€ pour 2Gb)

Grande mémoire NAND (jusqu’à 64Gb)

Simplicité d’utilisation

Marketing


Les cartes SD

Plusieurs types:

◦ SD, SDHC, SDXC

Plusieurs tailles:

◦ microSD, miniSD, SD

Plusieurs vitesses:

- jusqu’à 15MB/s (répartie en classes)

3,3V (possibilité de passer en 1,8V)

DRM: Anecdotique


Les cartes SD

Interface:

◦ Entre 8 et 11 ports

◦ Maitre/esclave

◦ échange de données dans les deux sens

◦ Envoi de commande hôte.

◦ Réponse de la carte.

◦ Utilisation comme une mémoire flash ou en

utilisant un système de fichier fat (16 ou 32)


Les cartes SD

Protocoles:

◦ 2 façons d’accéder/écrire les données:

Via le protocole SPI.

Via le protocole SD (1bit et 4bits)


Les cartes SD

Via le protocole SPI

Une bibliothèque libre pour stm32:

◦ ChaN's FAT-Module


Les cartes SD

Via le protocole SD:

◦ 3 types de signaux:

CLK: 1 bit pour l’horloge

CMD: 1 bit pour les commandes/réponse

DAT: 1 ou 4 bits pour l’échange de données


Les cartes SD

Les commandes:

Les données:

Bit # Value Name

47 1 0 Start bit

46 1 1 for commands, 0 for responses Transmitter bit

45-40 6 Command ID

39-8 32 Argument

7-1 7 CRC

0 1 1 Stop bit

Bit # Value Name

4113 1 0 Start bit

4112-17 512*8 Data bits

16-1 16 CRC

0 1 1 Stop bit


Les cartes SD

Mise en œuvre sur un stm32 via

l’interface hôte.


Les cartes SD

Échange de données:


Pile TCP/IP embarquée

• STMP, POP Application

• TCP/UDP Transport

• IP/ICMP Réseau

• Ethernet Liaison

Ethernet = Une couche MAC et une couche PHY.

Couche PHY = Transmission effective des signaux électriques. (A

besoin d’un RJ45 pour recevoir les données)

Couche MAC = Délimiter Trame + Ajout adresse MAC.


Pourquoi implémenter TCP/IP sur un

micro contrôleur?

◦ Micro serveurs (si peu d’informations)

◦ Entrées/Sorties sur un module embarqué

Volonté de récupérer des infos


STM32

STM32F103

◦ Pas de couche MAC ni PHY : besoin d’un

microchip Ethernet (ex : ENC 28J60)

8ko de RAM (buffer)

Très compact

Si CS est en 1 : travail en cours

Si en 0 : repos.

www.olimex.com/dev/enc28j60-h.html

STM32

Master

ENC28J60

Slave

SPI


STM32

STM32F105/F107

Besoin d’un PHYceiver (ex: ICS1890) et de se

connecter à un RJ45.

www.docstoc.com/docs/46523606/STM32F107-Ethernet-TCP-IP-presentation


Piles TCP/IP gratuites

NicheLite

◦ Petit et rapide

◦ Le driver Ethernet envoie des données

ST Application Note 3000 p19 04/03/2011 Communication dans un système embarqué 25

On a des fichiers de configuration pour les communications avec Ethernet.

ST Application Note 3000 p45


Piles TCP/IP gratuites

uIP / lwIP

◦ Peu de ressources utilisées (40ko en ROM)

◦ Moins complet (TCP, IP, ICMP, UDP, ARP)

◦ 2 API pour programmer.

Protosocket API: proche du BSD Socket.

Besoin d’un OS (tel RTOS)

Raw API : plus bas niveau que Protosocket

meilleures performances, plus complexe.


lwIP utilise un fichier ethernetif.c qui

permet de faire le lien entre la pile et le

controleur Ethernet. (C’est un squelette à

compléter.)


IPv6

Il n’y a plus de place pour les adresses

IPv4.

◦ D’où création de NAT et adresses privées.

Désormais : énormément d’adresses. ◦ Une adresse par périphérique est envisageable.

Simplification des en-têtes de paquets

◦ Routage plus évident.


6loWPan: IPv6 au-dessus des

réseaux sans fil à puissance faible


Contenu

Introduction

802.15.4

6LoWPan couche réseaux

Plates-formes disponibles

Limitations


Introduction

6Lowpan=IPv6 au dessus de réseaux sans fil à faible puissance.

-Intégration Internet des Systèmes Embarqués sans fil

-Des Flux End to End

-Standards ouverts

Applications -Automatisation Bâtiment

-Santé

-Automatisation Industrielle

-Agriculture

-Amusement


802.15.4

Réseau sans fil à faible taux

Structures des réseaux

Reduced Function Device Device Full Function Device

•Réseaux Etoile. •Réseaux Peer to peer.


802.15.4

Types de nœuds -FFD=Full Function Devices responsables de l’arbitration.

-RFD=Reduced Function Devices orientés plus application

Définition de la Couche physique - Possibilité de sélection entre 20kb/s, 40kb/s, 100kb/s, 250kb/s

-Types de modulation simples au niveau du matériel: BPSK, QPSK, ASK.

Définition de la couche Mac. -Mécanisme de CSMACA (Carrier Sense Multiple Access/Collition

Avoidance) pour l’accès au medium de communication.

-Mécanisme de Guaranteed Time Slots permet une limite basse de communication assurée.

-


6LowPan couche réseau

Pourquoi maintenant? -Avec IPv6 il n’y a pas besoin des mécanismes de

NAT ou DCHP pour l’adressage IP.

-Dérivée de l’adresse IP à partir de l’adresse Mac.(Stateless Autoconfiguration)

-Routage et management simple.

Problème principal de l’intégration de l’IP aux Low rate Personal Area networks : la taille du paquet maximum de la couche du dessous.

802.15.4 MTU=127bytes

IP MTU=1280 octets



Solution : la compression du IP header. -La compression est basse du fait qu’il y a une association directe

entre l’adresse MAC et l’adresse IP.

-Le préfixe de l’adresse globale est connu par tous les nœuds du sous-réseau.

-Le préfixe de l’adresse du Link est connu par tous les nœuds du réseau 6lowpan.



Si la compression n’est pas suffisante la

norme décrit la possibilité de fragmenter

les paquets IP.


Plates-formes Disponibles

Nanostack ◦ Ecrit sur les services fournis par FreeRtos

◦ Nanostack 1.1 est ouvert

◦ Drivers pour les modules radio TI CC2420 et CC2430.

Applications

Socket Api

UDP/ICMP

6LoWPAN

802.15.4

FreeRtos

CC240


Plates-formes disponibles

Nous pourrions utiliser les contrôleurs

MAC-PHY TI CC2420, CC2430, utilisant

le SPI pour la configuration et la

communication STM32-TI CC2420

STM32

Master

TI CC2420,

CC2430

Slave

SPI


Limitations

La couche de Transport utilisée est

principalement UDP. -Taille minimum de TCP Header=20 octets.

-Taille de UDP=8 octets

- Logique : plus simple en UDP.

- Pas besoin de stocker les messages envoyés jusqu’à

la réception d’un ACK.


Bibliographie

USB in a NutShell :

http://www.beyondlogic.org/usbnutshell/u

sb1.shtml

Reference Manual des STM32F103xx


http://www.beyondlogic.org/usbnutshell/usb1.shtml



Bibliographie

Sources:

◦ http://wiki.seabright.co.nz/wiki/SdCardProtoc

ol.html

◦ http://www.sdcard.org/

◦ http://fr.wikipedia.org/wiki/Carte_SD

◦ http://gandalf.arubi.uni-

kl.de/avr_projects/arm_projects/arm_memcar

ds/

◦ http://www.st.com/


http://wiki.seabright.co.nz/wiki/SdCardProtocol.html

http://wiki.seabright.co.nz/wiki/SdCardProtocol.html

http://www.sdcard.org/

http://fr.wikipedia.org/wiki/Carte_SD

http://gandalf.arubi.uni-kl.de/avr_projects/arm_projects/arm_memcards/




http://www.st.com/

Q??


Documents

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