Dispositivo Multifunções com Acesso Remoto (2 a -parte)

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1 2 o -Trabalho de Laboratório - ecos Sistemas Computacionais IST /2009 Dispositivo Multifunções com Acesso Remoto (2 a -parte) 1 Introdução Alguns sistemas embebidos são desenvolvidos sobre plataformas relativamente simples, com escassos recursos, e onde a utilização de sistemas operativos como suporte à aplicação pode não ser viável. No entanto, em muitos outros casos, a existência desse suporte ao nível de sistema operativo (mesmo que com funcionalidade reduzida) pode facilitar grandemente o desenvolvimento das aplicações. Esta parte do trabalho de laboratório tem como objectivo fundamental a familiarização por parte dos alunos com a utilização de núcleos multitarefa para o desenvolvimento de aplicações concorrentes em sistemas embebidos. Em particular, deverão adquirir alguma sensibilidade na utilização de mecanismos de sincronização e comunicação entre tarefas, no contexto de aplicações concorrentes. O núcleo multitarefa (sistema operativo) a utilizar será o ecos (Embedded Configurable Operating System) a funcionar numa plataforma PC. 2 Descrição do problema As limitações inerentes a alguns sistemas embebidos tornam desejável a possibilidade de interacção remota para transferência de informação, ou operações de reconfiguração. No caso da aplicação desenvolvida no 1 o Trabalho, as limitações no que respeita à interface com o utilizador, constituem um exemplo de uma dessas situações. Neste trabalho, pretende-se desenvolver uma aplicação que, funcionando num ambiente com mais recursos (PC), permita oferecer ao utilizador uma interface mais flexível na interacção com o sistema desenvolvido no 1 o Trabalho. Esta aplicação será constituída por várias tarefas (aplicação concorrente) que irão interagir entre si, e com a placa PICDEM-2 (1 o Trabalho) através de uma linha série RS232. Mais concretamente, deverão existir pelo menos três tarefas, responsáveis, respectivamente, pela interface com o utilizador, a comunicação com a placa PICDEM-2, e o processamento da informação recolhida a partir da placa PICDEM Dispositivo multifunções Relativamente à primeira parte do trabalho de laboratório, deverá agora ser acrescentada a seguinte funcionalidade: Comunicação série RS232 para permitir o acesso remoto. 1

2 Realização das operações de reconfiguração e transferência da informação recolhida. 3 Interface com o utilizador Na parte do trabalho que se executa no PC, existe uma tarefa responsável pela interface com o utilizador, que permitirá a este efectuar um conjunto de comandos para interagir, quer com a placa PICDEM-2 (através da(s) tarefa(s) de comunicação), quer com a tarefa de processamento de informação. São os seguintes, os comandos a disponibilizar: Comandos Disponíveis comando argumentos descrição cr - consultar relógio ar < h > < m > < s > - acertar relógio cp - consultar parâmetros (PMON, TSOM, NREG) pm < p > - modificar período de monitorização (segundos - 0 desactiva) ca - consultar alarmes (despertar, temperatura, luminosidade) dd < h > < m > < s > - definir despertar dt < t > - definir limiar temperatura dl < l > - definir limiar luminosidade aa - activar/desactivar alarmes trc < n > - transferir < n > registos (ind. leit. corrente) tri < n > < i > - transferir < n > registos a partir do índice < i > lr - listar registos (memória local) er - eliminar registos locais ap < t > < i > - definir alarme para tarefa de processamento pr < h1 m1 s1 > < h2 m2 s2 > - processar registos (max, min) entre instantes t1 e t2 (h,m,s) No primeiro grupo de comandos, a interacção é feita com a tarefa de comunicação, e no último grupo de comandos a interacção é feita com a tarefa de processamento. Os comandos do grupo central (lr e er), correspondentes, respectivamente, à listagem e eliminação dos registos existentes na memória local, são executados acedendo directamente a essa zona de memória (partilhada pelas várias tarefas). Esta zona de memória está organizada na forma de um buffer circular, com capacidade para NRBUF=100 registos. A actualização dos registos nessa zona de memória é feita pela tarefa de comunicação, aquando da recepção dos registos. O pedido de transferência de registos pode ser desencadeado quer pela tarefa de processamento, quer pela tarefa do utilizador, que transmitem esses pedidos à tarefa de comunicação. Todos os comandos especificados acima que implicam comunicação com outras tarefas têm uma mensagem de resposta (interface síncrona). No caso em que o comando especificado não seja executado com sucesso, a mensagem de resposta terá um código de erro. Os comandos de transferência de registos (entre a placa PICDEM-2 e o PC) possuem duas variantes. Na primeira (trc), apenas se especifica o número (n) de registos pretendidos, sendo estes obtidos (caso existam) a partir do primeiro registo ainda não transferido. Na segunda variante (tri), para além do número n, é ainda especificado qual o índice (i) a partir do qual se pretendem os registos. O índice zero corresponde ao registo mais antigo existente no buffer circular da placa, independentemente de já ter sido transferido ou não. Na interacção com a tarefa de processamento, o utilizador pode especificar as características de um alarme para desencadear as transferências de registos (primeira ocorrência t, e intervalo i, especificados em segundos). Pode também efectuar pedidos de processamento de um conjunto de 2

3 registos compreendidos entre dois instantes de tempo t1 e t2 (especificados na forma h m s). A ausência dos instantes de tempo corresponde a considerar a totalidade dos registos (ou de t1 até ao fim, no caso da ausência de apenas t2). 4 Processamento da informação recolhida A tarefa de processamento é responsável, quer pelo desencadear da transferência dos registos (caso o respectivo alarme esteja activo), quer pelo processamento específico dos registos. Os pedidos de transferência de registos são efectuados através da tarefa de comunicação que a informará quando a transferência estiver concluída. A tarefa de processamento aceita pedidos de processamento de um conjunto de registos compreendidos entre dois instantes t1 e t2 (h1:m1:s1 - h2:m2:s2). Relativamente a estes registos calcula os máximos e mínimos. Este processamento é efectuado sobre os registos existentes na memória, estando disponível independentemente do alarme que desencadeia a transferência de novos registos estar activo ou não. Tal como foi dito acima, a informação recolhida (registos) deverá ser mantida numa zona de memória partilhada, acessível em escrita pela tarefa de comunicação, e em leitura pelas tarefas de processamento e de interface com o utilizador. O acesso coerente a essa zona de memória, por parte das várias tarefas, é de extrema importância para o correcto funcionamento da aplicação. 5 Comunicação entre o PC e a Placa PICDEM-2 A comunicação entre o PC e a placa PICDEM-2 será canalizada através de uma tarefa dedicada (ou duas recepção e transmissão) que faz a interface com o gestor de dispositivo ( device driver ) da porta série fornecido pelo ecos ( /dev/ser0 ). O suporte físico para a comunicação será uma linha série RS232 com as seguintes características: 9600 baud, 8 bits, sem paridade, 1 stop bit. Sobre a linha série RS232 será estabelecido um protocolo simples de troca de mensagens. Uma mensagem é iniciada com um código específico de início de mensagem SOM (ver em apêndice o valor dos códigos), e terminada com um código específico de fim de mensagem EOM: SOM <MSG> EOM A mensagem propriamente dita (<MSG>) começa com o identificador do comando (ver apêndice), sendo este seguido pelos eventuais dados associados a esse comando: <MSG> := <CMD> <DADOS> 3

4 Tipos de mensagens comando dados descrição CRLG [h m s] consultar relógio ARLG h m s acertar relógio CPAR [pars] consultar parâmetros (PMON, TSOM, NREG) MPMN p modificar período de monitorização CALA [h m s t l] consultar alarmes (despertar, temperatura, luminosidade) DDPT h m s definir despertar DLMT t definir limiar temperatura DLML l definir limiar luminosidade AALA activar/desactivar alarmes TRGC n [regs] transferir < n > registos a partir da posição corrente TRGI n i [regs] transferir < n > registos a partir do índice < i > Na tabela acima (Tipos de mensagens), tanto os códigos de comando como cada um dos vários campos de dados, com excepção de regs, têm uma dimensão de um octeto. Cada registo tem uma dimensão de 5 octetos (estampilha temporal: h m s; valor da temperatura; valor da luminosidade). Significado dos campos de dados: h - horas [0.. 23] m - minutos [0.. 59] s - segundos [0.. 59] p - período de monitorização (em segundos) [0.. 99] (0 - desactiva) t - temperatura [0.. 50] l - luminosidade [0.. 5] pars - parâmetros (PMON, TSOM, NREG) regs - registos (dimensão 5 octetos cada - h, m, s, t, l) Na tabela acima, os dados representados entre parentesis rectos ([]) apenas fazem parte da mensagem de resposta e não do pedido (apesar do código do comando ser o mesmo). No caso dos comandos TRGC e TRGI, os campos n e i também fazem parte da mensagem de resposta mas com os seus valores eventualmente ajustados à respectiva resposta. Mensagens cuja resposta não tenha dados, ou em que tenha ocorrido um erro na execução remota do comando, terão o seguinte formato: <MSG> := <CMD> <ERRO> em que <ERRO> pode tomar os valores CMD OK ou CMD ERRO (ver apêndice). A interface de comunicação especificada deve ser estritamente respeitada, de modo a permitir interligar componentes desenvolvidos de forma independente, se assim se desejar. Todas as mensagens recebidas pela tarefa de comunicação, são encaminhadas para a tarefa que efectuou o respectivo pedido, sendo esta a responsável pela sua afixação, se for caso disso. No caso dos comandos de transferência de registos, a tarefa que desencadeou essa operação apenas recebe a notificação da sua conclusão com sucesso ou não. Os registos propriamente ditos são colocados pela tarefa de comunicação na memória partilhada, como se disse anteriormente. Sendo o ecrã do PC um recurso partilhado por mais do que uma tarefa, deverá ser garantida a coerência na sua utilização. 4

5 6 Ambiente de suporte/desenvolvimento Este trabalho será programado na linguagem C, utilizando como sistema de desenvolvimento um PC com o sistema operativo Linux. No entanto, tal como se disse acima, o sistema operativo de suporte à aplicação é o ecos, pelo que o Linux apenas é utilizado como sistema de desenvolvimento. A aplicação final, ligada com o ecos, irá depois ser executada de forma nativa no PC alvo, que será reinicializado com esta aplicação / sistema operativo. 7 Desenvolvimento do projecto No desenvolvimento do projecto, aconselha-se a utilização de uma estrutura modular, com testes faseados. Nesse sentido, podem tirar partido da existência de um alvo sintético do ecos para a plataforma PC, a funcionar no contexto do sistema operativo Linux. Desta forma é possível testar várias partes do trabalho sem necessidade de reiniciar o PC, ou de transferir a aplicação para um PC alvo. Na interface com o utilizador, não se pretende nada de muito complexo (não é esse o objectivo fundamental). Para simplificar a sua concretização, os alunos podem/devem utilizar um interpretador de comandos rudimentar, que é fornecido (ver página da disciplina). A interface de comunicação especificada deve ser estritamente respeitada, de modo a permitir interligar componentes desenvolvidos por diferentes grupos, se assim se desejar. 8 Entrega do trabalho Este trabalho deve ser entregue até às 17:00h do dia 2 de Junho de 2009 no gabinete do docente (Área Científica de Computadores). O material a entregar consiste numa cópia em formato digital de todos os programas desenvolvidos, e numa listagem dos mesmos (em papel). Devem ainda juntar 1 ou 2 páginas A4 com a especificação da estrutura de dados e as partes mais relevantes dos algoritmos (em pseudo-código). Todos estes elementos devem vir identificados com o número do grupo de laboratório e identificação dos alunos que o compõem. A visualização dos trabalhos será efectuada nos dias 3 e 5 de Junho de 2009 (no horário de laboratório) com base nos trabalhos entregues. As discussões dos trabalhos serão realizadas no dia 12 de Junho de 2009 (horário do laboratório), e, eventualmente, no início da semana seguinte. References [1] Microchip Technology Inc. PICDEM 2 Plus Demonstration Board User s Guide [2] Microchip Technology Inc. PIC18FXX2 Data Sheet [3] Microchip Technology Inc. MPLAB C18 C Compiler Getting Started [4] Microchip Technology Inc. MPLAB C18 C Compiler User s Guide

6 [5] Microchip Technology Inc. MPLAB C18 C Compiler Libraries [6] Microchip Technology Inc. MPLAB IDE User s Guide [7] Hitachi. HD44780U (LCD-II) (Dot Matrix Liquid Crystal Display Controller/Driver). [8] Microchip Technology Inc. TC74 - Tiny Serial Digital Thermal Sensor [9] Microchip Technology Inc. 24AA256/24LC256/24FC K I2C CMOS Serial EEPROM [10] Red Hat, Inc. ecos Reference Manual A Códigos dos comandos usados na comunicação série /* Assume-se que os valores de SOM e EOM nao ocorrem na mensagem */ #define SOM 0xFD /* inicio mensagem */ #define EOM 0xFE /* fim mensagem */ #define CRLG 0xC0 /* consultar relogio */ #define ARLG 0xC1 /* acertar relogio */ #define CPAR 0xC2 /* consultar parametros */ #define MPMN 0xC3 /* modificar periodo monitorizacao */ #define CALA 0xC4 /* consultar alarmes (despertar, temperatura, luminosidade)*/ #define DDPT 0xC5 /* definir despertar */ #define DLMT 0xC6 /* definir limiar temperatura */ #define DLML 0xC7 /* definir limiar luminosidade */ #define AALA 0xC8 /* activar/desactivar alarmes */ #define TRGC 0xC9 /* transferir registos a partir da posicao corrente */ #define TRGI 0xCA /* transferir registos a partir do indice especificado */ #define CMD_OK 0 /* comando realizado com sucesso */ #define CMD_ERRO 0xFF /* erro no comando */ 6