ANE Configurando a pilha TCP/IP Microchip

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1 - Configurando a pilha TCP/IP Microchip ANE0003 Autor: 1. Introdução Marcelo Martins Maia do Couto A pilha TCP/IP é largamente utilizada para a comunicação entre elementos dentro de uma rede. Este protocolo foi criado em 1977, sendo hoje o mais usado, fazendo o seu entendimento necessário para qualquer implementação que precise se comunicar em uma rede ethernet. Este documento técnico visa preencher algumas lacunas existentes no material que a própria Microchip disponibiliza sobre o assunto. Ela disponibiliza um application note para os seus clientes que já descreve o funcionamento desta pilha, contudo este documento, o AN833b, é datado de 2002 e não mais auxilia de forma eficaz o entendimento das versões mais atuais da pilha. Para o uso desta pilha é necessária a instalação da mesma. A versão aqui referida é a versão v3.75 que é utilizada inclusive no exemplo de firmware que acompanha este ANE. A instalação desta pilha pode ser encontrada na sua versão mais recente no site da própria Microchip. O kit referido é o Sigma128 fabricado pela Exsto Tecnologia; O ambiente de trabalho é o MPLAB 7.61 e o compilador usado é o C30. Ambos são fornecidos de forma gratuita no site da Microchip. Então quando citado kit estamos nos referindo ao Sigma128 usando um dspic33fj128gp706, MPLAB é a versão 7.61 e pilha será a versão v Firmware Em todo o documento, será citado o firmware que se propõe implementar um Webserver simples, que promove a interação entre o usuário e o kit. Este firmware tem como objetivo permitir o controle de alguns dispositivos do kit e ainda mostrar alguns tipos de interação do kit numa pagina web. O firmware tem como base somente a adaptação do exemplo fornecido juntamente com a pilha. Para adaptarmos a pilha temos que ter em mente que tipo de serviço desejamos implementar, como por exemplo um cliente telnet, ftp ou web. Aqui nos concentraremos em alguns arquivos principais da pilha que nos permite configurar o hardware e a habilitação dos serviços Arquivos a modificar: Compiler.h Quando se utiliza a pilha, sempre temos que ter em mente que ela precisa ser adaptada para o microcontrolador escolhido. Esta adaptação abrange tudo, desde o clock de operação e periférico SPI até se haverá algum componente MAC/PHI de integração. Abaixo temos alguns itens que precisam ser modificados para qualquer que seja a implementação usando a pilha: Freqüência de Clock: Define a velocidade de clock adotada para o PIC. Mapeamento de hardware: Aqui definimos as funções de cada pino no hardware. Temos uma base usada no nosso exemplo, sendo que não há impeditivos para adição ou subtração de pinos se necessário. O próprio arquivo está comentado facilitando a identificação da função de cada pino. Aqui devemos observar que é necessário um hardware a mais para o funcionamento que é o CI ethernet da própria Microchip, o ENC28J60 que é adotado automaticamente pela pilha quando o microcontrolador usado não possuir a MAC/PHI interna Stacktsk.h Neste arquivo é onde definimos quais são os serviços que estarão rodando no seu microcontrolador. Entretanto, devemos notar que algumas aplicações demandam de espaço para serem implementadas. Para mais informações, consulte o application note AN833 da Microchip para a lista de serviços disponíveis. Abaixo colocarei algumas que foram usadas para ativação do webserver. MPFS_RESERVE_BLOCK: Reserva uma parte da memória antes da ativação do MPFS, que é um 1

2 sistema de arquivos embarcado utilizado pela Microchip; STACK_USE_ICMP: Ativa o serviço ICMP da pilha, este tipo de protocolo serve de auxiliar ao protocolo IP. A sua função mais conhecida é o PING; STACK_USE_HTTP_SERVER: Este serviço liga o compartilhamento de páginas Web (HTTP) armazenadas no microcontrolador; MPFS_USE_PGRM: Define o local de armazenamento dos arquivos que estarão disponíveis via ethernet. Neste caso, está definido para que seja possível o armazenamento interno. Devemos só respeitar a capacidade de armazenagem da memória de programa do microcontrolador; MY_DEFAULT_HOST_NAME: Nome dado ao seu microcontrolador quando ele estiver na rede, este nome não deve ser colocado em minúsculas e ainda é aconselhável que seu tamanho seja limitado em 16 caracteres; MY_DEFAULT_MAC_BYTE1-6: São os seis octetos que identificam o dispositivo na rede, eles formam o endereçamento de camada dois, também conhecido didaticamente como endereçamento físico. Este valor deve ser único em uma rede e serve como base do encaminhamento feito por dispositivos de camada de enlace como o Switch, por exemplo; MY_DEFAULT_IP_ADDR_BYTE1-4: Este representa os quatro octetos que identificam o dispositivo na rede com relação a camada três do modelo OSI, que é o endereço IP. Este números, que variam entre 0 e 255 devem ser alterados de forma com que o microcontrolador possua um endereço IP único e compatível com a rede onde ele funcionará; MY_DEFAULT_MASK_BYTE1-4: Estes quatro octetos identificam a máscara de sub-rede que nos dá a quantidade de bits que são designadas para a identificação da rede e quais bits identificarão os hosts (elementos de rede). Estes octetos possuem um formato definido e um padrão que deve ser seguido; ANE0003 MY_DEFAULT_GATE_BYTE1-4: Estes quatro octetos são de grande utilidade para quando queremos que o elemento de rede possa acessar outras redes. Este tem o mesmo formato do endereço IP e também é pertencente a rede que está o microcontrolador. Todas as informações que não são enviadas para a rede local são enviadas para o gateway (este numero) que se responsabilizará de encaminhar os pacotes ou datagramas para as outras redes; MY_DEFAULT_DNS_BYTE1-4: Este campo, que também possui o mesmo formato do endereço IP, é responsável por fazer a resolução de nomes. Esta resolução funciona da seguinte forma: Quando precisamos acessar um site, temos somente um nome que o identifica, ex.: Este nome não tem nenhum significado para a rede em si, pois essa só trabalha com endereços IP e cada elemento de rede que está em comunicação em uma rede tem um IP válido. Portanto, o DNS serve como um banco de dados que relaciona nome <-> IP fazendo a identificação do nome com relação ao seu IP. Exemplo: Nome: IP: Assim, quando acessamos um site, na verdade estamos acessando um endereço IP, isto facilita o uso da internet e a forma de lembrar os caminhos, já que tem um formato mais fácil de entender pelas pessoas. Aqui temos que fazer algumas observações importantes. Uma delas é ressaltar que neste arquivo temos várias opções que permitem com que mexamos em várias configurações das camadas TCP/IP, como por exemplo, a quantidade de pessoas conectadas ao webserver. Entretanto isto não será abordado aqui, sendo que essas opções não serão modificadas. Outro detalhe que o desenvolvedor deve ter em mente é que a pilha TCP/IP da Microchip não possui um comportamento de comunicação só entre camadas, sendo que este não é o funcionamento correto, por isso aqui temos opções selecionadas que ativam e desativam 2

3 protocolos de outras camadas, como por exemplo, na ativação do HTTP_SERVER, o TCP é ativado também MPFSImg.c Este arquivo é o centro de informações de toda a informação que será disponibilizada e/ou armazenada pelo microcontrolador na rede. Este é um sistema de arquivos utilizado pela microchip, sendo na verdade, uma imagem de um diretório que está no seu computador. Este diretório será a raiz do sistema dentro do microcontrolador e conterá todos os arquivos e diretórios que por ventura estejam dentro do diretório. Este sistema de arquivos inicialmente é gerado por um programa que está também dentro do projeto-exemplo desta ANE. O funcionamento do programa é muito simples, já que ele converte todos os dados do diretório em um só arquivo, chamado MPFSImg.c. Então depois de escolhido o diretório que será embarcado, devemos usar o programa de conversão chamado MPFS.exe da seguinte forma: MPFS diretorio MPFSImg.c /c Onde diretório é a pasta que você deseja converter para ser colocada no microcontrolador. Depois de feito este processo é só substituir o arquivo MPFSImg.c existente no projeto pelo novo. Temos que observar que, no caso deste exemplo, não usamos memória externa para armazenar as informações. Por isso o programa mais a imagem do diretório que ser dimensionado para ocupar, no Maximo, 70% da memória de programa do microcontrolador. Outra coisa importante é que a página principal deve ter o nome de INDEX.HTM, este nome pode ser mudado em HTTP.C, que não é recomendado MainDemo.c Como o próprio nome já diz, este é o arquivo que ativa todos os serviços e realmente utiliza estes serviços para alguma finalidade, que é a finalidade do programa. Mais uma vez vemos que as opções selecionadas no arquivo Stacktsk.h fazem com que algumas opções sejam ativadas ou desativadas. A analise do programa é bem intuitiva na sua inicialização, onde o desenvolvedor talvez não encontre muita dificuldade em entender se ele possui conhecimentos em inglês, entretanto alguns pontos devem ser esclarecidos, principalmente na forma com que o programa interage com o kit. Primeiro vamos comentar o funcionamento das principais funções que estão presentes em qualquer aplicação: InitializeBoard(): Inicialização do Hardware, configurado em Compiler.h; TickInit(): Sincroniza todos os elementos de cada camada da pilha; MPFSInit(): Inicia o sistema de arquivos do microcontrolador. InitAppConfig() e StackInit: Inicia o programa e ativa as camadas da pilha. Os próximos passos do programa seguem agora a funcionalidade escolhida, por exemplo, no nosso programa-exemplo a função HTTPInit() será habilitada Interações uc - Webserver As rotinas de configuração da página em tempo real na verdade se baseia na leitura e escrita dos arquivos CGI que estão dentro do diretório do webserver. Estas interações são feitas através de duas funções chamadas HTTPGetVar e HTTPExecCmd. Iniciando então, o programa define valores de marcação para cada item que vai modificar na página padrão. Estes campos são entre outros os estados dos leds na placa, versão da pilha e etc. Estes campos podem ser encontrados entre as linhas 280 e 318 no arquivo MainDemo.c e devem ser alterados conforme a necessidade. As duas funções já citadas são responsáveis respectivamente por ler os status que estão sendo controlados na placa e colocalas na página e a outra em pegar as modificações feitas no site e faze-las na placa. 3

4 Portanto, as modificações para qualquer uma das duas situações acima tem que ser feitas nas suas respectivas funções como descrito acima. 3. Organização do exemplo: Source Files: Localização das fontes.c Header Files: Localização dos cabeçalhos.h Linker Scripts: Biblioteca do uc utilizado Dentre esses arquivos podemos citar alguns como: ENC28J60.c: É o fonte que contem todos os parâmetros de uso do CI responsável pela comunicação do uc com a ethernet. HTTP.C: É o fonte que rege as funções do servidor http. MPFS.C: É o fonte que faz o acesso a imagem MPFSImg.c TCP.C: Fonte que monta o funcionamento do protocolo TCP. Com isso, vemos que a pilha é muito versátil e ainda que nem todos os arquivos aqui listados precisem ser utilizados Pasta Header Files: 3.1. Detalhamento das Pastas: Pasta Source Files: Aqui temos a maioria dos arquivos que são utilizados por padrão na pilha da microchip, mas devemos notar que nem todos são utilizados na compilação devido a aplicação da pilha, que só ativa os módulos necessários para a aplicação escolhida. Esta pasta possui as definições estáticas de cada fonte respectivamente. Podemos ressaltar algumas utilizadas como: ARP.h: Define todas as bibliotecas e variáveis estáticas para o uso do ARP, que é um protocolo que identifica o endereço IP relacionado a um endereço MAC. MAC.h: Define as variáveis de funcionamento da camada MAC 4

5 juntamente com as bibliotecas necessárias e atribuição das funções utilizadas Pasta Linker Files: Aqui é somente a definição dos itens de link para o microcontrolador escolhido. 4. Bibliografia de consulta: Segue abaixo as bibliografias necessárias para um maior entendimento dos tópicos aqui citados: AN833 TCP/IP Microchip Stack; Redes de Computadores Andrew Tanenbaum; Google Funcionamento CGI. 5. Futuras adições e/ou modificações: Abaixo segue campos de sugestão para revisão deste material. Este deve ser escrito abaixo: Maior detalhamento do funcionamento de uma rede TCP/IP; Mais detalhamento da interação entre o uc e a página; 5