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GNU/LinuxElectronique grand public

Le choix du produit a modifierLinksys NSLU2DemonstrationQuelques liens

L’electronique grand public au service del’instrumentation scientifique

Aurelien Jarno

Reseau des electroniciens de la recherche - Rhone-Auvergne

14 decembre 2006

Aurelien Jarno Electronique grand public et instrumentation scientifique



Introduction

L’electronique grand public

miniaturisationde plus en plus performanteune foule de nouveaux produits

Instrumentation scientifiquenouveaux moyens de communication avec le monde exterieur :

EthernetWi-FiUSB

systemes de plus en plus complexesdeveloppement a l’unite ou en petite serienecessite de developper vite, bien et pas cher




GNU/Linux

Systeme d’exploitation

Le noyau : LinuxL’espace utilisateur : GNU

Systeme UNIX

Logiciel libre

Multitache, temps reel possible (RTAI)

Support TCP/IP natif

Necessite peu de ressources

Fonctionne sur un grand nombred’architectures (15+)

Un grand nombre de distributions




GNU/Linux : vers l’electronique grand public

Au debut, un challenge d’informaticien sur :

les assistants numeriques personnels (PDA)les consoles de jeux (X-Box, PS2, etc.)

Ensuite utilise de base par les fabricants sur :

les consoles de jeuxles assistants numeriques personnelsles baladeurs MP3les (( boxes )) ADSLles routeurs ADSLles points d’acces Wi-Files disques durs reseaules cameras IPles telephones voix sur IPetc.




Des modifications possiblesUtilisationsAvantages

Des modifications possibles

Les sources sont disponibles, profitons en !

Firmware alternatifsSouvent base sur le firmware original, quelques fonctionnalitessupplementaires

Distributions specifiquesSpecifique a un ou plusieurs produitsNombreux logiciels disponiblesLimite par la taille de la memoire FLASH

Distributions generalistesFonctionne sur un grand nombre de machines, du baladeurMP3 au supercalculateur, en passant par le PC de bureauEnvironnement logiciel identiqueUn tres grand nombre de logiciels disponiblesNecessite de rajouter de la memoire de masse (disque dur, cleUSB)





Pour quoi faire ?

Pour l’informaticien :

Serveur

faible coutpetitsilencieux

Plateforme de developpement

Pour le (( bricoleur )) :

Camera autonome

Centrale meteo

Et pour l’electronicien ?





Et pour l’electronicien ?

Exploiter les possibilites d’entrees/sorties, quitte a modifier lacarte

Ethernet, Wi-FiPorts RS232 (µC, capteurs, etc.)Ports USB (disque dur, webcam, Wi-Fi, etc.)I2C (tres nombreux composants)E/S disponibles ((( GPIO )))

Exemples :

Centrale de mesureControle a distanceSurveillance videoTraitement du signal





Avantages

Materielquasiment pret a l’emploipuissance de calculfaibles dimensions, faible consommation

Logicielsysteme multitache, temps reel possibleTCP/IP natiftres grand nombre de logiciels, bibliothequesmeme environnement qu’un PC de bureau

Des langages de programmation (( standards ))

C, C++, C# , Fortran, Java, Ada

Mais aussi des langages de haut niveauShell UNIX, Python, Perl, Ruby, Smalltalk, Eiffel, Lisp, OCaml,etc.




Les criteresLes grande familles de CPULes CPU ARMLes CPU MIPSQuelques exemples de produitsOutils de developpement

Le choix du produit a modifier

CPU supporte par Linux

8 Mo de memoire minimum, 32 Mo conseilles

au moins 4 Mo de memoire FLASH

si possible au moins 1 port USB pour mettre un disque dur /cle USB

des E/S (RS232, I2C, GPIO)

Pour l’electronicien, un produit pour lequel le travailde developpement logiciel a ete fait.





ARM ou MIPS ou ?

Marche reparti entre ARM (60 %) et MIPS (30 %)

ARM sur les assistants personnels

MIPS sur les produits orientes (( reseaux ))

M32R au Japon et en Coree

PowerPC sur les produits haut de gamme

x86 (486, Geode, Via C3 ou C7), mais peu repandu

Une fois GNU/Linux installe, peu de differencespour l’utilisateur, excepte le (( probleme )) big/little

endian.





Les CPU ARM

Processeur RISC 32 bits concu en 1983

Re-orientation vers l’embarque au debut des annees 1990

Faible consommation

Mode (( Thumb )) 16 bits

Jusqu’au dual-coeur 1,2 GHz

Disponible en tant qu’IP

Nombreux fabricants : Intel, IBM, Infineon, NXP,STMicroelectronics, Freescale, Texas Instrument, etc.

Souvent disponible en temps que (( System-on-a-Chip ))

FPU souvent absent





Les CPU MIPS

Processeur RISC 32 bits concu en 1981

Premier CPU 64 bits en 1991

Utilise par Silicon Graphics pour ses stations graphiques

Utilise dans les supercalculateurs

Re-orientation vers l’embarque fin des annees 1990

Faible consommation

Jusqu’au quad-coeur 64 bits a 1,0 GHz

Disponible en tant qu’IP

Nombreux fabricants : NEC, Toshiba, Broadcom, Infineon,NXP, Texas Instrument, etc.

Souvent disponible en temps que (( System-on-a-Chip ))





Quelques exemples de produits

Linksys WRT54G

Netgear WGT634U

Thecus N2100

Netgear SC101

D-Link DSMG600

Linksys NSLU2





Outils de developpement

Les memes que sur un PC

Compilateur GCCDebugger GDBL’editeur de son choix

Possibilite d’installer les outils de developpement

sur la machine ciblesur une autre machine (cross-compilation)limite par les capacites de la machine

Pas de compilation pour la plupart des langages de hautniveau (langages interpretes)

Possibilite d’utiliser un emulateur (par exemple QEMU)




Les supports de masseInstallation de GNU/LinuxPremiere connexionModifications materielles

Un exemple concret : le LinksysNSLU2





Le NSLU2

Fonction originale : (( Network Attached Storage ))

Partage d’un disque dur USB sur un reseau TCP/IP (Ethernet)

Environ 100 e dans les grandes surfaces et chez lesrevendeurs informatiques

Processeur Intel IXP420 133 MHz(ou 266 MHz)

32 Mo de SD-RAM

8 Mo de Flash

Interface Ethernet 100 Mbit/s

Controleur USB 2.0 (2 prises)

Horloge

Interface I2C, interface RS232Aurelien Jarno Electronique grand public et instrumentation scientifique




NSLU2 : La carte





Les supports de masse

Disque dur externe

Disques de tres grande tailleAttention aux disques durs alimentes par l’USB !

Cle USB

Les cles USB de 2 ou 4 Go sont devenues abordablesLe nombre d’ecriture est limite en theorie, peu de problemes enpratiqueEviter les cles USB (( no-name ))

De preference, choisir une cle USB (( rapide ))





NSLU2 : Choix de la distribution

Installation a partir des sources

Installation d’une distribution qui supporte ce produit :

SlugOSGentooDebian

Choix de Debian

InstalleurLogiciels deja compilesEnviron 15 Go de logicielsdisponibles





Installation de Debian GNU/Linux (1/2)

Changer le firmware





Installation de Debian GNU/Linux (2/2)

Connexion via SSH a la machine, utilisation de (( Debian Installer ))





Premiere connexion a la machine

Connexion via SSH a la machine

Shell UNIX standard

Outils d’administration standards





Overclocking

Fonctionne de base a 133 MHz

Specification Intel : 266 MHz sans dissipateur

Une resistance a enlever





Ajouter de la memoire

2 x 16 Mo de base

SD-RAM standard

Superposition des composants





Port RS232

Souder un connecteur a l’emplacement prevu

Logique 3,3 V (si besoin utiliser un composant de typeMAX232)





Bus I2C (1/2)

Bus (( Inter Integrated Circuit )) developpe au debut desannees 1980 par PhilipsBus 3 fils : masse, donnees (SDA), horloge (SCL)Bus maıtre / esclave ; plusieurs maıtres et plusieurs esclavespossibles ; une adresse par esclave100 kbit/s, 400 kbit/s, ou 1 Mbit/sUn grand nombre de composants disponibles :

microcontroleursE/S 8 ou 16 bitsconvertisseurs A/N et N/Amemoires (RAM, EPROM, EEPROM, etc.)capteur de temperatureafficheurs LCD, LED, ...audio, video, teletexteetc.





Bus I2C (2/2)

Il s’agit en fait de broches ((

GPIO ))

Recuperer les broches SDAet SCL sur l’horloge

Recuperer une masse et un+3,3 V ou +5 V pres del’alimentation

Logique 3,3 V




Demonstration




Demonstration (1/3)

WebCam Isolateur I2C




Demonstration (2/3)

E/S 8 bits Thermometre / thermostat




Demonstration (3/3)

CAN 4 entrees 8 bits / CNA 8bits

Ventilateur de PC




Quelques liens




Quelques liens

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

Langages de programmation :http ://fr.wikipedia.org/wiki/Langage de programmation

NSLU2-Linux : http ://www.nslu2-linux.org

Debian : http ://www.debian.org

Debian on the Linksys NSLU2 :http ://www.cyrius.com/debian/nslu2/

Le bus I2C : http ://www.aurel32.net/elec/i2c.php


Documents

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