Komunikace mikrokontroléru s PC. Filip Michl. ƒeské vysoké u ení technické v Praze Fakulta elektrotechnická Katedra po íta.

Transkript

1 ƒeské vysoké u ení technické v Praze Fakulta elektrotechnická Katedra po íta Bakalá ská práce Komunikace mikrokontroléru s PC Filip Michl Vedoucí práce: Ing. Teplý Tomá² Studijní program: Elektrotechnika a informatika, strukturovaný, Bakalá ský Obor: Výpo etní technika 27. kv tna 2010

2 iv

3 v Pod kování Na tomto míst bych rád pod koval vedoucímu práce Ing. Tomá²i Teplému za podn tné p ípomínky a paní Mgr. Lence Doleºalové za jazykovou korekturu.

4 vi

5 vii Prohlá²ení Prohla²uji, ºe jsem práci vypracoval samostatn a pouºil jsem pouze podklady uvedené v p iloºeném seznamu. Nemám závaºný d vod proti uºití tohoto ²kolního díla ve smyslu Ÿ60 Zákona. 121/2000 Sb., o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a o zm n n kterých zákon (autorský zákon). V Praze dne

6 viii

7 Abstract This bachelor thesis summarizes possibilities of microcontroller-pc communication using USB or Ethernet interface. The second goal of this work is design and implementation of fully functional bootloader for Microchip PIC family PIC18F MCU's. This bootloader should support programming, erasing, reading and verication of ash memory and EEPROM memory in connected device. Abstrakt Tato práce si klade za cíl shrnout moºnosti komunikace mikrokontroléru Microchip PIC s PC pomocí rozhraní USB a Ethernet. Druhým cílem této práce je navrhnout a realizovat pln funk ní bootloader pro mikrokontroléry Microchip PIC rodiny PIC18F. Tento bootloader by m l podporovat programování, mazání, vy tení a verikaci pam ti ash i pam ti EEPROM p ipojeného za ízení. ix

8 x

9 Obsah 1 Úvod 1 2 Popis rozhraní USB Fyzická vrstva USB Architektura USB Struktura rámce Struktura paket Tokenový paket Datový paket Handshake paket Start of Frame paket Typy datových tok Deskriptory Enumerace Popis rozhraní Ethernet Fyzická vrstva rozhraní Ethernet Adresování Struktura rámce Komunikace prost ednictvím USB Popis USB modulu Komunikace prost ednictvím Ethernetu Mikrokontroléry Microchip PIC s podporou ethernetu Dodate né obvody pro ethernet Moduly Analýza implementované aplikace Výb r aplikace a komunika ního rozhraní Poºadavky na bootloader Poºadavky na vývojovou desku Pouºité technologie a vývojová prost edí Firmware Vývojová deska Klient xi

10 xii OBSAH 7 Návrh aplikace Princip innosti z pohledu uºivatele Rozvrºení pam ti Poºadavky na uºivatelskou aplikaci Popis komunikace Struktura p íkazu Info Struktura odpov di Info Struktura p íkazu Program Flash Struktura odpov di Program Flash Struktura p íkazu Program EEPROM Struktura odpov di Program EEPROM Struktura p íkazu Read Flash Struktura odpov di Read Flash Struktura p íkazu Read EEPROM Struktura odpov di Read EEPROM Struktura p íkazu Erase Flash Struktura odpov di Erase Flash Realizace Firmware soubor main.c soubor usb_descriptors.c soubor HardwareProle.h soubor pic18f4550.lkr Klient t ída Memory t ída Communication t ída HIDInterface t ída QtClient t ída Viewer Záv r 35 Literatura 37 A Instala ní p íru ka 41 A.1 Instalace rmwaru A.2 Instalace klienta B Uºivatelská p íru ka 43 B.1 Tla ítko Naprogramovat za ízení B.2 Tla ítko Vymazat za ízení B.3 Tla ítko Vy íst ash pam B.4 Tla ítko Vy íst EEPROM pam B.5 Tla ítko Vy íst za ízení do souboru C Seznam pouºitých zkratek 47

11 OBSAH xiii D Obsah p iloºeného CD 49

12 xiv OBSAH

13 Seznam obrázk 2.1 USB konektor typu A a typu B (P evzato z [1]) Architektura USB (P evzato z [1]) Hierarchie deskriptor (P evzato z [7]) Nezapojený konektor 8P8C (P evzato z [30]) Schéma p eru²ovací logiky USB modulu (P evzato z [7] Modul SPINET (p evzato z [25]) Vývojové prost edí MPLAB IDE Osazení vývojové desky Vývojové prost edí Microsoft Visual Studio 2008 Professional Edition Nástroj Qt Designer Rozvrºení ash pam ti u mikrokontroléru PIC18F B.1 Hlavní okno aplikace B.2 Prohlíºe pam ti xv

14 xvi SEZNAM OBRÁZK

15 Seznam tabulek 2.1 Struktura tokenového paketu Struktura datového paketu Struktura handshake paketu Struktura Start of Frame paketu Struktura ethernetového rámce mi bitové mikrokontroléry Microchip PIC s integrovanou podporou rozhraní ethernet Struktura p íkazu Info Struktura odpov di Info Struktura p íkazu Program Flash Struktura odpov di Program Flash Struktura p íkazu Program EEPROM Struktura odpov di Program EEPROM Struktura p íkazu Read Flash Struktura odpov di Read Flash Struktura p íkazu Read EEPROM Struktura odpov di Read EEPROM Struktura p íkazu Erase Flash Struktura odpov di Erase Flash A.1 Mikrokontroléry kompatibilní s tímto bootloaderem xvii

16 xviii SEZNAM TABULEK

17 Kapitola 1 Úvod V dne²ní dob se od jednoduchých a snadno implementovatelných komunika ních rozhraní (nap. RS232, Centronics) u osobních po íta upou²tí. Jsou nahrazovány nov j²ími, rychlej²ími a sotiskovan j²ími rozhraními. Pokud tedy chceme mít moºnost p ipojit za ízení zaloºené na mikrokotroléru Microchip PIC k PC, musíme pouºít n které z moderních rozhraní. Tato práce si klade za cíl shrnout moºnosti p ipojení a komunikace mikrokontroléru Microchip PIC s PC pomocí dvou nejvíce roz²í ených rozhraní u PC, tedy USB a ethernet. V první ásti této práce jsou popsány vlastnosti a principy jednotlivých rozhraní. Tyto znalosti jsou nezbytné pro pochopení principu innosti daných rozhraní a pro jejich následné správné pouºití. Pro p ipojení za ízení k PC pomocí daného rozhraní nemáme pouze jednu moºnost. T chto moºností je více a jejich shrnutím a nastín ním jejich pouºítí se zaobírá druhá ást tohoto dokumentu. Tato práce se dále zaobírá realizací USB bootloaderu pro mikrokontroléry Microchip PIC rodiny PIC18F a tomuto je v nována poslední ást v tomto dokumentu. Je zde popsán výb r implementované aplikace, zd vodn n výb r pouºitého rozhraní a vypsány jednotlivé poºadavky kladené na výslednou aplikaci. Následuje výpis pouºitých technologií a vývojových prost edk v etn popisu vývojové desky pouºité pro vývoj a testování této aplikace. Dále se v této ásti nachází popis navrºené aplikace a základních princip, na kterých celá aplikace funguje. V záv ru této ásti je pak stru ný popis samotné realizace jak u ásti aplikace pro mikrokontrolér tak u ásti pro PC. 1

18 2 KAPITOLA 1. ÚVOD

19 Kapitola 2 Popis rozhraní USB USB (Universal Serial Bus) je univerzální sériová sb rnice, která vznikla v roce 1995 za spolupráce rem Compaq, Hewlett-Packard, Intel, Lucent, NEC, Microsoft a Philips. USB vzniklo za ú elem nahrazení starého a jiº nevyhovujícího sériového rozhraní RS232. Tato sb rnice ov²em p inesla n kolik d leºitých novinek oproti zastaralé RS232, a to nap. podporu Plug and Play, moºnost nápájení koncového za ízení p ímo z USB portu a v neposlední ad moºnost p ipojení více za ízení na jeden USB adi. V dne²ní dob se toto rozhraní vyskytuje nejenom u PC, ale také u PDA, mobilních telefon, televizor, multimediálních p ehráva a dal²ích za ízení. První více roz²í ená verze USB v 1.1 umoº ovala dv rychlosti p ipojení. Reºim Low- Speed s p enosovou rychlostí 1,5Mb/s a reºim Full-Speed s p enosovou rychlostí 12Mb/s. Tyto rychlosti v²ak nebyly konkurenceschopné ve srovnání s rozhraním FireWire [14]. Proto v roce 2000 p i²la verze 2.0, která p inesla reºim Hi-Speed s p enosovou rychlostí 480Mb/s. V roce 2008 vy²la specikace zatím nejnov j²í verze USB 3.0, která by v reºimu Super-Speed m la umoºnit p enosové rychlosti aº 5Gb/s. 2.1 Fyzická vrstva USB USB je symetrické poloduplexní rozhraní jehoº kabely se skládají ze ty vodi. Jedná se o vodi se stejnosm rným nap tím +5V, zemnící vodi a dva datové vodi e pro symetrický p enos dat. Délka jednoho kabelu m ºe podle normy dosahovat aº p ti metr. Kabel je zakon en standartizovanými konektory, p i emº norma denuje dva základní konektory - typ A a typ B. Konektor typu A je ur en pro p ipojení do hostitelského za ízení, tedy nej ast ji PC. Konektor typu B je ur en pro koncová za ízení. Krom t chto základních konektor existují je²t dal²í verze (nap. miniusb, microusb), které jsou ur ené p edev²ím pro malá kompaktní za ízení. 2.2 Architektura USB USB pouºívá víceúrov ovou stromovou strukturu, p i emº ko enem tohoto stromu je ko enový rozbo ova na hostitelském za ízení (nej ast ji PC). USB za ízení se pak d lí do dvou 3

20 4 KAPITOLA 2. POPIS ROZHRANÍ USB Obrázek 2.1: USB konektor typu A a typu B (P evzato z [1]) skupin. Za ízení je bu to rozbo ova, anebo koncové za ízení, jeº je v USB terminologii nazýváno funkce. Podle konkrétního stromu zapojení m ºeme rozd lit v²echna p ipojená za ízení do jednotlivých vrstev, p i emº za ízení v jedné vrstv se dají poznat podle toho, ºe jejich hloubka ve stromu je stejná. Jednotlivé rozbo ova e a funkce jsou pak mezi sebou propojeny, a to tak, ºe kaºdý rozbo ova (krom ko enového) a kaºdá funkce je p ipojena k nad azenému rozbo ova i, který je o vrstvu vý²e neº dané za ízení. Rozbo ova e jsou pak navíc p ipojeny k jiným rozbo ova m nebo funkcím z niº²ích vrstev. Specikace USB 2.0 umoº uje, aby t chto vrstev bylo aº 7, p i emº v poslední vrstv jiº nesmí být ºádný rozbo ova, tudíº za sebou m ºe být zapojeno maximáln 5 rozbo ova. Dal²í omezení USB sb rnice spo ívá v moºnosti zapojit na jeden ko enový rozbo ova maximáln 127 za ízení. Kaºdé koncové za ízení má nenulový po et endpoint, coº jsou v podstat datové roury. Jedno za ízení m ºe obsahovat aº 16 endpoint, jejichº prost ednictvím dochází p ímo k p enosu dat. 2.3 Struktura rámce Ve²kerý provoz na sb rnici je ízen ze strany hostitele (PC). V reºimech Low-Speed a Full- Speed se p ená²ejí data pomocí rámc, které trvají p esn 1 milisekundu. V reºimu Hi-Speed se data p ená²í v tzv. mikrorámcích, které trvají 125 mikrosekund. Do (mikro)rámc se pak za azují pakety.

21 2.3. STRUKTURA RÁMCE 5 Obrázek 2.2: Architektura USB (P evzato z [1]) Struktura paket V²echny typy paket mají ur itá datová pole stejná, a proto uvedu jejich vysv tlení uº zde. Sync - slouºí k synchronizaci hodin vysílací a p ijímací strany. Pro reºim Low-Speed a Full-Speed má velikost 8 bit, pro Hi-Speed má velikost 32 bit. Poslední dva bity ur ují, kde za íná datové pole PID. PID (Packet ID) - osm bit dlouhé datové pole ozna ující typ paketu. CRC (Cyclic Redundancy Check) - datové pole obsahující kontrolní sou et. V tokenových a Start of Frame paketech má toto pole délku 5 bit, v datových paketech pak 16 bit. EOP (End of Packet) - pole ozna ující konec paketu Tokenový paket Je první paket, který v dané komunikaci vystupuje. Je vºdy vysílán od hostitele a obsahuje p edev²ím informaci o sm ru p enosu dat.

22 6 KAPITOLA 2. POPIS ROZHRANÍ USB Sync PID ADDR ENDP CRC EOP Tabulka 2.1: Struktura tokenového paketu ADDR - 7 bit dlouhé datové pole, které ur uje adresu cílového za ízení na sb rnici. Délka 7 bit umoº uje pouºít aº 128 r zných adres, nultá adresa se v²ak nedá pouºít pro adresování koncového za ízení, protoºe je vyhrazena pro adresaci za ízení, jemuº je²t nebyla p i azena vlastní adresa. Z tohoto plyne omezení 127 za ízení na jednoho hostitele. ENDP -datové pole o délce 4 bity ozna ující íslo endpointu. Umoº uje adresovat vý²e zmín ných 16 endpoint Datový paket P ená²í samotná data, a to aº 1024 byt dat. Tento paket m ºe být vysílán jak ve sm ru od hostitele, tak ve sm ru k hostiteli, a to v závislosti na p edchozím tokenovém paketu. Sync PID Data CRC EOP Tabulka 2.2: Struktura datového paketu Handshake paket Je paket, který potvrzuje doru ení dat. Tento paket je vºdy odesílán tou stranou, která p ijímala data v datovém paketu. Pole PID m ºe v handshake paketu nabývat r zných hodnot podle toho, zda data byla i nebyla doru ena. Sync PID EOP Tabulka 2.3: Struktura handshake paketu Start of Frame paket Tento paket slouºí k ur ení za átku nového rámce. ƒíslo rámce - 11-ti bitová hodnota 2.4 Typy datových tok Logické spojení mezi hostitelem a endpointem se nazývá roura, p i emº kaºdá roura m ºe pouºívat jiný ze ty zp sob p enos dat (transfer ).

23 2.5. DESKRIPTORY 7 Sync PID ƒíslo rámce CRC EOP Tabulka 2.4: Struktura Start of Frame paketu Control transfery - kontrolní p enosy slouºí ke konguraci p ipojených za ízení a mohou být pouºity i k dal²ím ú el m (nap. ízení dal²ích komunika ních rour). Interrupt transfery - p eru²ovací p enosy slouºí k v asnému a spolehlivému doru ení men²ího mnoºství dat, zpravidla po asynchronní události. Typickým zástupcem p eru²ovacích p enos je stisk klávesy na klávesnici nebo pohyb my²i. Izochronní transfery - izochronní p enosy jsou trvalé p enosy, u nichº je p edem dohodnutá ²í ka pásma a zpoºd ní. Je nutné, aby p i p enosu t chto dat p es rozbo ova e byla dodrºena frekvence p enosu dat a také aby bylo co nejniº²í zpoºd ní. Typickým zástupcem izochronní p enos by byl nap íklad p enos zvuku z mikrofonu do PC p i audiokonferencích. Bulk transfery - slouºí k p enosu v t²ího mnoºství dat, p i emº jsou na n kladeny nejmen²í nároky na zpoºd ní a spolehlivost. Typicky se jedná o p enos dat nap. z PC do tiskárny, ze scanneru do PC atp. 2.5 Deskriptory Pro správnou komunikaci je pot eba, aby existoval unikovaný systém poskytování informací o p ipojeném za ízení, jako je nap. podporovaná p enosová rychlost nebo zp sob napájení. Za tímto ú elem existují ve specikaci USB tzv. deskriptory, které jsou hierarchicky uspo ádány. Obrázek 2.3: Hierarchie deskriptor (P evzato z [7])

24 8 KAPITOLA 2. POPIS ROZHRANÍ USB V nejvy²²í vrstv této hierarchie se nachází deskriptor za ízení. Ten je pouze jeden a obsahuje datová pole platná pro celé za ízení. Mezi nejd leºit j²í datová pole v deskriptoru za ízení pat í: Vendor ID - 2 bytové íslo ozna ující výrobce. Toto íslo p id luje výrobc m USB-IF [28]. Product ID - ozna ení produktu o velikosti 2 byty. Toto íslo je p id lováno výrobcem a je stejné pro v²echny produkty jednoho typu (nap. pro jeden konkrétní typ tiskáren). Podporovaná verze USB - 2 bytová hodnota ozna ující nejvy²²í podporovanou speci- kaci USB. T ída, podt ída a protokol za ízení - hodnoty, podle nichº opera ní systém hledá ovlada k p ipojenému za ízení. Maximální velikost paketu - maximální moºná velikost paketu pro endpoint 0. Verze za ízení. Po et kongurací. V dal²í vrstv se nacházejí deskriptory kongurací. Jedno za ízení m ºe mít více kongurací, nap. jednu konguraci pro napájení z USB a jinou pro napájení z externího zdroje. Dv nejd leºit j²í datová pole deskriptoru kongurace jsou: Po et rozhraní. Maximální odb r - jednobytová poloºka ur ující, jaký maximální proud si bude za ízení v dané konguraci ze sb rnice odebírat. V dal²í vrstv hierarchie se nacházejí deskriptory rozhraní. Jedno za ízení m ºe obsahovat více rozhraní, nap. multifunk ní za ízení m ºe mít jedno rozhraní pro tiskárnu a jiné pro scanner. Rozhraní si m ºeme také p edstavit jako skupinu endpoint. Mezi d leºitá datová pole deskriptoru rozhraní pat í: Po et endpoint. ƒíslo rozhraní - jednozna né ozna ení rozhraní, p i emº první rozhraní má íslo 0. T ída, podt ída a protokol - poloºky, které mohou být pouºity k ur ení t ídy za ízení (nap. HID, mass storage), pro které m ºe opera ní systém pouºít univerzální ovlada. Pokud za ízení spadá do n jaké standartn denované t ídy, není pot eba pro n j mít speciální ovlada. V poslední (nejniº²í) vrstv se nacházejí deskriptory endpoint. Ty jsou denovány pro v²echny endpointy krom endpointu 0. Deskriptor endpointu obsahuje 4 d leºité parametry: Adresu endpointu - ur uje íslo popisovaného endpointu. Atributy endpointu - ur ují typ datového p enosu pro daný endpoint.

25 2.6. ENUMERACE 9 Maximální velikost paketu - maximální moºná velikost paketu zpracovatelná daným endpointem. Interval mezi p enosy - interval mezi jednotlivými p enosy vyjád ený po tem rámc. V²echny deskriptory pak je²t mohou obsahovat lidsky itelné et zcové deskriptory. Ty v²ak nejsou povinné. 2.6 Enumerace Kdyº je za ízení nov p ipojeno k USB sb rnici, hostitel zahájí proces enumerace. Cílem tohoto procesu je identikovat p ipojené za ízení, nebo-li získat informace obsaºené v jeho deskriptorech. P esná podoba procesu enumarace závisí na hostiteli, ale typicky probíhá proces takto. 1. Reset USB za ízení - za ízení nemá v tuto chvíli vlastní, tudíº vystupuje pod adresou Získání ásti deskriptoru za ízení. 3. Reset USB za ízení. 4. P i azení adresy - hostitel p i adí koncovému za ízení unikátní adresu v rámci USB sb rnice. 5. Získání celého deskriptoru za ízení. 6. Získání deskriptor kongurací. 7. Získání ostatních deskriptor. 8. Nastavení kongurace.

26 10 KAPITOLA 2. POPIS ROZHRANÍ USB

27 Kapitola 3 Popis rozhraní Ethernet Ethernet, formáln v²ak standart IEEE CSMA/CD, je sí ový protokol fungující na fyzické a spojové vrstv ISO/OSI [17] modelu. Za al být vyvíjen v roce 1973 ve vývojovém centru Xerox PARC. V roce 1980 jej p evzala instituce IEEE [16] a vytvo ila na základ p vodního Etherneru dnes pouºívaný protokol IEEE CSMA/CD neformáln nazývaný Ethernet. 3.1 Fyzická vrstva rozhraní Ethernet Ethernet je pouze protokol, který m ºe být aplikován na r zná p enosová média. Ve spojení s PC a mikrokontroléry se v²ak nej ast ji pouºívá ethernetová varianta 10/100Base-T. Ta jako p enosové médium vyuºívá metalické vedení, konrétn se jedná o ty i páry kroucené dvojlinky. Z t chto ty pár jsou v²ak pro p enos dat vyuºívány pouze dva. Jeden pár pro symetrické vysílání dat a jeden pár pro symetrické p ijímání dat, p enos je tedy pln duplexní. V p ípad 10/100Base-T m ºe mít kabel maximální délku 100 metr a standartn je zakon en konektorem 8P8C, který je v²ak b ºn ozna ován jako RJ45. Podle normy jsou p ípustná dv r zná zapojení tohoto konektoru - T568A a T568B. Zapojení se mezi sebou li²í prohozením vysílacího a p ijímacího páru vodi. Podle kombinace zapojení konektor rozd lujeme kabely na "k íºené" a "p ímé". K íºený kabel má na svých koncích r zná zapojení konektoru a slouºí k p ímému propojení dvou koncových za ízení (nap. PC). P ímý kabel má na obou koncích stejné zapojení konektoru a slouºí k p ipojení koncového za ízení do sloºit j²í sí ové infrastruktury (nap. p ipojení PC k p epína i). 3.2 Adresování Jelikoº se jedná o sí ový protokol vyuºívající sdílené médium, bylo pot eba zavést ur itý systém adresace. U protokolu Ethernet se bavíme o tzv. MAC adresách. Jedná se o 48 bit dlouhý identikátor, který se b ºn zapisuje jako ²estice byt vyjád ená v ²estnáctkové soustav (nap. 00-1B B-A6). Aby bylo moºné jednozna n ur it koncové za ízení, je pot eba, aby se v síti nevyskytovala dv za ízení se stejnou MAC adresou. Toto zaji² ují jiº 11

28 12 KAPITOLA 3. POPIS ROZHRANÍ ETHERNET Obrázek 3.1: Nezapojený konektor 8P8C (P evzato z [30]) Preambule SFD Cílová MAC Zdrojová MAC Délka Data FCS 7 B 1 B 6 B 6 B 2 B B 4 B Tabulka 3.1: Struktura ethernetového rámce výrobci sí ových za ízení a vyuºívá se zde toho, ºe MAC adresa se dá rozd lit na dv ásti po 3 bytech, p i emº první ást identikuje výrobce a druhá ást pak konkrétní kus. Krom vý²e popsaných unicastových adres existuje je²t broadcastová MAC adresa, jeº je v binárním zápisu tvo ena samými jedni kami (FF-FF-FF-FF-FF-FF). Pokud je rámec poslán na tuto adresu, zpracují jej v²echna za ízení, ke kterým se rámec po síti dostane. 3.3 Struktura rámce Data jsou v Ethernetu p ená²ena pomocí rámc. To znamená, ºe data, jeº je pot eba p enést, jsou ve vy²²ích vrstvách ISO/OSI modelu rozd lena na ásti o velikosti byt, k t m jsou p idány reºijní informace a jako jednotlivé rámce putují sítí k cílovému za ízení, které z nich sestaví p vodní p ená²enou informaci. Ethernetový rámec je tvo en n kolika ástmi. První ást je takzvaná preambule a tvo í ji 7 byt v nichº se st ídají jedni ky a nuly ( ). Preambule slouºí k synchronizaci p ijímací a vysílací strany. Druhou ástí je jednobytový SFD (Start of Frame delimiter), který ozna uje za átek rámce. Dále následuje cílová MAC adresa, zdrojová MAC adresa a délka pole dat. Dále jsou pak v rámci p ímo odesílaná data, jejichº velikost m ºe být variabilní, a to v rozsahu byt. Za datovým polem uº pak následuje jenom pole FCS (Frame Check Sequence), coº je 32-bitový kontrolní sou et, podle n jº se dá vyhodnodnit chyba p i p enosu. Tento kontrolní sou et se vypo ítává ze v²ech polí rámce krom preambule a FCS.

29 Kapitola 4 Komunikace prost ednictvím USB Pro realizaci komunikace pomocí sb rnice USB máme k dispozici n kolik moºností. Na trhu se vyskytuje velké mnoºství obvod od r zných výrobc, které umoº ují p ipojení v podstat libovolného mikrokontroléru a uº standartizovanou sb rnicí (nap. SPI), nebo pomocí vlastního rozhraní. Tyto obvody pak obstarávají celou komunikaci p es USB, o kterou se tudíº mikrokontrolér nemusí starat. Já se v²ak v této práci zam ím na e²ení, které nevyºaduje dal²í dodate né obvody pro ízení USB komunikace. Tímto e²ením jsou mikrokontroléry Microchip PIC, které mají integrovanou podporu USB. 4.1 Popis USB modulu V této podkapitole bych rád nastínil, jak funguje podpora USB v mikrokontrolérech PIC. Jelikoº mám pro testování k dispozici mikrokontrolér Microchip PIC 18F4550, bude se popis hardwarového zapojení USB modulu vztahovat práv na tento mikrokontrolér. Nicmén v jiných modelech s podporou USB by zapojení m lo být principiáln velice podobné. Základem USB modulu je USB Serial Interface Engine (SIE), který umoº uje komunikaci mezi hostitelským za ízením a mikrokontrolérem. Celý modul je ízen pomocí 22 kontrolních registr. Jedná se o registry: USB Control register (UCON) - ídí modul v pr b hu p enosu. USB Conguration register (UCFG) - v t²ina kongurace USB modulu. USB Transfer Status register (USTAT) - stav prob hnuv²í transakce. USB Device Address register (UADDR) - unikátní adresa získaná b hem enumerace. Frame number registers (UFRMH:UFRML) - íslo aktuálního rámce. Endpoint Control registers 0-15 (UEP0 - UEP15) - kongurace jednotlivých endpoint. Nebudu zde dále popisovat obsah a funkci jednotlivých registr, v p ípad pot eby lze podrobný popis najít v [7]. 13

30 14 KAPITOLA 4. KOMUNIKACE PROST EDNICTVÍM USB Pro p enos dat mezi mikrokontrolérem a USB modulem se pouºívá pam t, zvaná USB RAM. Jedná se o speciální dvoubranovou pam t která je namapována do normálního adresního prostoru, a to do bank 4-7, tudíº na adresy 400h-7FFh. Její kapacita je tedy v p ípad na²eho mikrokontroléru 1kB. Banka 4 (400h-4FFh) je vyhrazena pro ízení vyrovnávacích pam tí endpoint (endpoint buer). Toto ízení je realizováno pomocí struktury Buer Descriptor Table (BDT). BDT se skládá z jednotlivých Buer Deskriptor (BD), které denují a ídí jednotlivé buery. Za ízení m ºe implementovat aº 16 endpoint, p i emº kaºdý endpoint m ºe být obousm rný. P i pouºití Ping-Pong bueringu 1 jsou pak pot eba dva buery pro jeden sm r jednoho endpointu. To nám dává celkem aº 64 endpoint buer, a tudíº i 64 BD. Jeden BD se vºdy skládá ze ty byt. BDnSTAT: BD Status register - stav daného endpoint bueru. BDnCNT: BD Byte Count register - velikost endpoint bueru. BDnADRL: BD Address Low register - spodní byte adresy za átku daného endpoint bueru. BDnADRH: BD Address High register - vrchní byte adresy za átku daného endpoint bueru. (P i emº n je íslo daného endpoint bueru, tudíº 0-63.) Pokud budeme uvaºovat v²ech 64 BD, dostáváme 64*4=256 byt, které budou obsazeny pouze BDT. Vzhledem k celkové kapacit USB RAM 1024 byt to znamená, ºe na samotné endpoint buery nám zbývá 768 byt. Umíst ní endpoint buer v této ásti pam ti si musí vývojá hlídat sám, protoºe zde není realizován ºádný hardwarový mechanismus, který by umíst ní zaji² oval. V p ístupu k danému endpoint bueru a BD se st ídají mikrokontrolér a SIE, je proto tedy nutné zajistit mechanismus, který bude toto st ídání ídit. Tímto mechanismem je jednoduchý semafor tvo ený bitem UOWN v registru BDnSTAT. Pokud je hodnota tohoto bitu 1, je daný buer a BD ve vlastnictví SIE a mikrokontrolér by k n mu nem l p istupovat ani zápisem, tak ani tením. Po dokon ení p enosu provede SIE p epnutí UOWN bitu zp t na 0, a tudíº p edání vlastnictví bueru a BD zp t mikrokontroléru. USB m ºe b hem svého provozu generovat velké mnoºství r zných p eru²ení. K obslouºení v²ech t chto p eru²ení modul obsahuje vlastní p eru²ovací logiku. Schéma p eru²ovací logiky m ºete vid t na obrázku 4.1 p evzatém z [7]. Jedná se o dvouúrov ovou logiku, p i emº sekundární p eru²ení jsou logicky s ítána do jednoho primárního p eru²ení UER- RIF(USB Error Interrupt Flag). Primární p eru²ení jsou pak op t logicky s ítána do jediného p eru²ení mikrokontroléru USBIF (USB Interrupt Flag). Sekundární p eru²ení se skládají z chybových stav USB modulu (nap. chybný CRC kontrolní sou et). Kaºdé p eru²ení m ºe být samostatn zapnuto, a to pomocí registru UEIE (USB Error Interrupt Enable Register). Náv ²tí pro identikaci aktuálního p eru²ení je pak umíst no v registru UEIR (USB Error Interrupt Status Register). Primární p eru²ení jsou tvo ena stavovými p eru²eními USB (nap. za átek rámce, dokon ení transakce). Stejn jako sekundární p eru²ení mohou 1 V jednom bueru p ipravuje mikrokontrolér data pro p enos a s druhým pracuje SIE. Poté se buery prohodí, tím je zvý²ena rychlost p enosu dat.

31 4.1. POPIS USB MODULU 15 Obrázek 4.1: Schéma p eru²ovací logiky USB modulu (P evzato z [7] být i ta primární jednotliv aktivována, a to pomocí registru UIE (USB Interrupt Enable Register). Pro identikaci vyvolaného p eru²ení je zde registr náv ²tí UIR (USB Interrupt Status Register).

32 16 KAPITOLA 4. KOMUNIKACE PROST EDNICTVÍM USB

33 Kapitola 5 Komunikace prost ednictvím Ethernetu Pokud pot ebujeme p ipojit mikrokontrolér k PC pomocí rozhraní ethernet máme k dispozici dv moºnosti. První moºností je pouºití mikrokontroléru s integrovanou podporou rozhraní ethernet. Druhou moºností je pouºít dodate ný integrovaný obvod, který bude zaji² ovat samotnou ethernetovou komunikaci. Tyto obvody se k mikrokontroléru p ipojují pomocí standartizovaných rozhraní, nej ast ji pomocí rozhraní SPI (Serial Peripheral Interface). 5.1 Mikrokontroléry Microchip PIC s podporou ethernetu Firma Microchip v sou asné dob nabízí 9 mikrokontroléru rodiny PIC18F, které obsahují ethernetový modul, viz tabulka 5.1. V²echny tyto mikrokontroléry spadají do jediné produktové ady a li²í se p edev²ím velikostí integrované ash pam ti a po tem pin. Velikost ash pam ti Model s 64 piny Model s 80 piny Model se 100 piny 64 kb PIC18F66J60 PIC18F86J60 PIC18F96J60 96 kb PIC18F66J65 PIC18F86J65 PIC18F96J kb PIC18F67J60 PIC18F87J60 PIC18F97J60 Tabulka 5.1: 8-mi bitové mikrokontroléry Microchip PIC s integrovanou podporou rozhraní ethernet V²echny vý²e zmín né mikrokontroléry podporují jeden ethernetový port standartu 10Base- T. Tedy p ipojení rychlostí aº 10 Mb/s pomocí kroucené dvojlinky. Mikrokontroléry obsahují 8 kb vyrovnávácí pam ti orgranizované do kruhové FIFO (First In, First Out) fronty s podporou DMA (Direct Memory Access) pro rychlý p esun dat. Dále je zde realizován hardwarový výpo et kontrolního sou tu CRC (Cyclic Redundancy Check), automatické p eposílání rámce p i kolizi a dal²í podp rné mechanismy. Kompletní popis v²ech vlastností t chto mikrokontroléru m ºete najít v [8]. 17

34 18 KAPITOLA 5. KOMUNIKACE PROST EDNICTVÍM ETHERNETU 5.2 Dodate né obvody pro ethernet Druhou moºností jak p ipojit mikrokontrolér k PC pomocí rozhraní ethernet je pouºití dodate ného integrovaného obvodu. Typickým zástupcem tohoto typu obvodu je Microchip ENC424J600. Tento obvod m ºeme k mikrokontroléru p ipojit pomocím rozhraní SPI, nebo pomocí paralelního rozhraní. Obvod disponuje vyrovnávací pam tí o velikosti 24 kb, podporou jednoho portu standartu 10/100Base-T, automatickým rozpoznáním p ijímacího a vysílacího páru vodi a dal²ímy podp rnými mechanismy, podobn jako vý²e uvedené mikrokontroléry. Kompletní popis tohoto obvodu naleznete v [9]. 5.3 Moduly Dodate né obvody pro ethernet na provozování komunikace samy o sob nesta í. Je pot eba k nim p idat n kolik dal²ích sou ástek, p i emº jejich seznam a schéma zapojení je k dispozici v dokumentaci k danému obvodu. Na trhu v²ak existují e²ení, kde jsou tyto integrované obvody uº dopln ny o pot ebné sou ástky a jsou tedy prodávány jako kompletní modul, který uº opravdu sta í pouze p ipojit k mikrokontroléru. Obrázek 5.1: Modul SPINET (p evzato z [25]) Typickým zástupcem této kategorie m ºe být nap íklad modul SPINET [25] dodávaný spole ností ASIX [12]. Tento modul je zaloºen na obvodu Microchip ENC28J60, který je jiº osazen v plo²ném spoji a dopln n v²emi pot ebnými sou ástkami. Modul se k mikrokontroléru p ipojuje pomocí rozhraní SPI.

35 Kapitola 6 Analýza implementované aplikace 6.1 Výb r aplikace a komunika ního rozhraní V sou asné dob se pro výuku p edm tu X34MPC (Mikropo íta e) na kated e mikroelektroniky FEL ƒvut pouºívají mikrokontroléry Microchip PIC ady PIC18F ve vývojových deskách PVK40 [23] od rmy ASIX [12]. Pro programování t chto procesor se pouºívá bootloader (zavad ) Tiny PIC bootloader [26], který ov²em pro komunikaci s PC pouºívá sériové rozhraní RS232. Toto rozhraní v²ak z moderních PC ustupuje, a tudíº zde vznikl poºadavek na nahrazení tohoto bootloaderu. Aplikací, kterou jsem se rozhodl realizovat v rámci této bakalá ské práce, je bootloader pro procesory rodiny PIC18F. P i rozhodování o pouºitém komunika ním rozhraní jsem vycházel z následujících skute ností. Vývojová deska bude od PC uºivatele vzdálena maximáln 3 metry, není tedy nutné pouºít Ethernet kv li v t²í p ekonatelné vzdálenosti. PC uºivatele bude s nejv t²í pravd podobností obsahovat pouze jeden Ethernetový port, který bude vyuºit pro p ipojení do lokální po íta ové sít. Pro pouºití Ethernetu by tedy bylo nutné dokoupit dal²í hardware a to bu v podob sí ové karty do kaºdého PC, nebo v podob sí ového p epína e s dostate ným mnoºstvím port. USB porty jsou sou ástí kaºdého moderního PC a u ²kolního po íta e se nep edpokládá obsazení v²ech port perifériemi jako jsou tiskárny nebo skenery. V sou asné dob nabízí rma Microchip 20 mikrokontrolér ady PIC18F s podporou USB, zatímco pouze 9 mikrokontrolér poskytuje integrovanou podporu Ethernetu. Za ízení se srovnatelnými parametry jsou v p ípad podpory Ethernetu draº²í neº za ízení s podporou USB. Pro moºnost pouºití Ethernetu je k mikrokontroléru nutno p idat v t²í mnoºství dodate ných sou ástek neº v p ípad USB, z ehoº plynou v t²í náklady. Vzhledem k vý²e zmín nýn d vod m jsem pro komunikaci zvolil rozhraní USB, které se pro tyto ú ely jeví jako ideální. 19

36 20 KAPITOLA 6. ANALÝZA IMPLEMENTOVANÉ APLIKACE 6.2 Poºadavky na bootloader Pro mou aplikaci jsem si stanovil n kolik poºadavk, které musí aplikace spl ovat. 1. Podporovaný opera ní systém: Microsoft Windows - jelikoº rma Microchip pro programování svých mikrokontrolér podporuje nativn pouze Microsoft Windows, byl tento poºadavek z ejmý. 2. Programování, verikace, mazání a vy tení ash pam ti mikrokontroléru. 3. Programování, verikace, mazání a vy tení EEPROM pam ti, pokud je jí mikrokontrolér vybaven. 4. Formát vstupních dat pro programování: HEX soubor [2], generovaný vývojovým prost edím Microchip MPLAB IDE [21]. 5. Moºnost exportu vy tených dat z mikrokontroléru do HEX souboru. 6. Automatické rozpoznání p ipojeného mikrokontroléru a jeho základních parametr. 7. Nezávislost PC ásti aplikace - nebudou existovat r zné verze aplikace pro r zné mikrokontroléry. Pro v²echny mikrokontroléry vybavené tímto bootloaderem bude pln fungovat jedna verze PC aplikace. 6.3 Poºadavky na vývojovou desku Pro moºnost pouºití bootloaderu musí vývojová deska spl ovat následující poºadavky: 1. Korektn p ipojené USB rozhraní k mikrokontroléru. 2. Jedno tla ítko nebo p epína slouºící k nastartování bootloaderu místo uºivatelské aplikace. 3. Jedna stavová LED dioda signalizující stav bootloaderu. 6.4 Pouºité technologie a vývojová prost edí Pro snaz²í orientaci v textu bude dále ást aplikace pro mikrokontrolér ozna ována jako rmware a ást aplikace pro PC jako klient Firmware Pro vývoj rmwaru jsem pouºil vývojové prost edí od rmy Microchip MPLAB IDE ve verzi Toto vývojové prost edí je uzp sobeno k vývoji a lad ní program pro mikrokotroléry PIC a je voln ²í eno na webu rmy Microchip [20]. Pro usnadn ní práce s USB modulem jsem vyuºil USB framework [27] p ímo od Microchipu. Ten je naprogramován jazyce C a pro jeho kompilaci ve vývojovém prost edí

37 6.4. POUšITÉ TECHNOLOGIE A VÝVOJOVÁ PROST EDÍ 21 Obrázek 6.1: Vývojové prost edí MPLAB IDE 8.40 MPLAB IDE je pot eba mít nainstalovaný a nastavený kompilátor MCC18 [19] (MPLAB C Compiler for PIC18 MCUs). Kompilátor je placený software prodávaný spole ností Microchip, ale existuje voln ²í ená studentská verze, která se dá stáhnout z webu spole nosti Microchip. Vzhledem k frameworku jsem v t²inu rmwaru naimplementoval v jazyce C. Pouze n které krátké sekvence programu jsou naimplementovány p ímo v instrukcích assembleru, protoºe výsledný kód potom zabere mén pam ti mikrokontroléru Vývojová deska Pro lad ní a testování rmwaru jsem pouºil vývojovou desku s mikrokontrolérem Microchip PIC 18F4550-I/P. K ní byl pomocí ICSP (In-Circuit Serial Programming) konektoru p ipojený externí programátor kompatibilní s Microchip ICD2 [15]. Na obrázku 6.2 je schéma osazení pouºité vývojové desky, p i emº dále budou popsány sou ásti, které byly v rámci této práce pouºívány. 1. Nápájecí konektor. 2. LED dioda indikující p ipojení napájení. 3. Stabilizátor nap tí 5V ti pinový konektor p ipojený na PORT B mikrokontroléru ti pinový konektor p ipojený na PORT D mikrokontroléru.

38 22 KAPITOLA 6. ANALÝZA IMPLEMENTOVANÉ APLIKACE Obrázek 6.2: Osazení vývojové desky 6. USB konektor typu B. 7. Mikrokontrolér Microchip PIC 18F4550-I/P ti pinový konektor ICSP. 9. Krystalový oscilátor s frekvencí 20 Mhz. 10. Tla ítko pro libovolné vyuºití. 11. LED dioda p ipojená na PORT E, bit 1. Ve rmwaru je pouºita pro signalizaci stavu bootloaderu. 12. Tla ítko RESET p ipojené na MCLR (Master Clear) pin mikrokontroléru. Stisknutí zp sobí okamºitý reset mikrokontroléru ti pinový konektor p ipojený na PORT A mikrokontroléru ti pinový konektor p ipojený na PORT E mikrokontroléru ti pinový konektor p ipojený na PORT C mikrokontroléru. 16. Tla ítko p ipojené na PORT B, bit 2. Ve rmwaru slouºí k volb startu bootloaderu, resp. uºivatelské aplikace Klient Pro implementaci klientské ásti aplikace jsem zvolil programovací jazyk C++. Pro umoºn ní komunikace mezi klientskou aplikací a rmwarem jsem pouºil dynamicky linkovanou knihovnu MCHPHIDClass od spole nosti Microchip. Ta je ²í ena spolu s USB frameworkem a

39 6.4. POUšITÉ TECHNOLOGIE A VÝVOJOVÁ PROST EDÍ 23 Obrázek 6.3: Vývojové prost edí Microsoft Visual Studio 2008 Professional Edition je naimplementována v technologii.net [13]. Proto jsem pro vývoj zvolil Microsoft Visual Studio 2008 Professional Edition [29], coº je vývojové prost edí, které umoº uje realizovat aplikaci v C++ sou asn s podporou.net. Toto vývojové prost edí je placený software, já jsem v²ak pro tuto práci vyuºil verzi ²í enou v rámci MSDNAA [22] (Microsoft Developer Network Academic Alliance) katedry po íta FEL ƒvut. Pro implementaci GUI (Graphical user interface) jsem zvolil knihovnu Qt [24] vyvíjenou spole ností Nokia. Knihovna Qt má krom komer ní verze i verzi voln ²í enou pod licencí GNU LGPL v2.1 [18] (GNU Lesser General Public License), coº je verze, která byla v této práci pouºita. Pro snaz²í vytvá ení formulá uºivatelského rozhraní je spolu s knihovnou Qt ²í en i nástroj Qt Designer, který pokytuje gracké rozhraní pro tvorbu formulá a dialog uºivatelského rozhraní. Jelikoº vývojové prost edí Microsoft Visual Studio 2008 ve své standartní instalaci nepodporuje pouºití gracké knihovny Qt, pouºil jsem navíc dopln k [11] pro vývojové prost edí, který umoºní integraci gracké knihovny.

40 24 KAPITOLA 6. ANALÝZA IMPLEMENTOVANÉ APLIKACE Obrázek 6.4: Nástroj Qt Designer

41 Kapitola 7 Návrh aplikace 7.1 Princip innosti z pohledu uºivatele Bootloader, neboli zavad, je program, který startuje p ed uºivatelským programem a p idává systému ur itou funkcionalitu, nezávislou na uºivatelské aplikaci. V p ípad mikrokontroléru se zpravidla jedná o moºnost p eprogramování pam ti. Bootloader tedy umoº uje uºivateli nahrát do za ízení jiný program bez nutnosti pouºití externího za ízení (programátoru). Výhoda nepot eby externího programátoru je ov²em vykoupena men²ím mnoºstvím vyuºitelné pam ti, jelikoº ást pam ti zabere samotný bootloader. Uºivatel tedy musí pouºít externí programátor pouze p i prvním pouºití daného mikrokontroléru, kdy do za ízení naprogramuje samotný bootloader. Ve chvíli, kdy je v pam ti za ízení bootloader, není jiº programátor pot eba. Po resetu za ízení nejprve nastartuje rozhodovací ást bootloaderu, kde má uºivatel cca 2 s na stisknutí tla ítka pro vstup do bootloaderu. Pokud uºivatel tla ítko stiskne, dojde k nastartování bootloaderu a zapnutí USB modulu. V této chvíli sta í na po íta i spustit obsluºný program a bootloader je p ipraven provád t své innosti (nap. naprogramování ash pam ti, smazání ash pam ti). V p ípad, ºe uºivatel tla ítko v daném asovém intervalu nestiskne, dojde k nastartování samotné uºivatelské aplikace. 7.2 Rozvrºení pam ti Firmware umíst ný v pam ti se snaºí být v i uºivateli co nejvíce transparentní. Uºivatel tudíº nemusí v d t, jak p esn bootloader funguje a kam se jeho program fyzicky do pam ti umístí. Na obrázku 7.1 je vid t rozvrºení ash pam ti s bootloaderem pro mikrokontrolér s 32 kb ash pam ti. U mikrokontrolér rodiny PIC18F, pro kterou je tento bootloader ur en, se na adrese 0x0000 nachází tzv. reset vector. Reset vector je místo v pam ti, které se za ne provád t po resetu za ízení. Z obrázku je vid t, ºe 8 byt pam ti od adresy 0x0000 aº do adresy 0x0008 je obsazeno Reset vectorem bootloaderu. Zde je umíst na instrukce GOTO [7], která zp sobí p esko ení uºivatelského programu a pokra ování startu bootloaderu. Bootloader zabírá v pam ti 6912 byt, p i emº dal²ích 64 byt na konci pam ti je vyhrazeno pro uºivatelský reset vector. Bootloader tedy v p ípad 32 kb pam ti za íná 25

42 26 KAPITOLA 7. NÁVRH APLIKACE 0x0000 0x0008 0x0018 Bootloader reset vector Uživatelská obsluha přerušení Uživatelská aplikace 0x64C0 Bootloader 0x7FC0 0x7FFF Uživatelský reset vector Obrázek 7.1: Rozvrºení ash pam ti u mikrokontroléru PIC18F4550 na adrese 0x64C0 (pro v t²í pam je pot eba jej adekvátn posunout) a zde nejprve dojde k detekci stisknutí tla ítka pro vstup do bootloaderu. Pokud je v asovém intervalu tla ítko stisknuto, program z stane v oblasti bootloaderu a na provád ní uºivatelského kódu v bec nedojde. V p ípad, ºe tla ítko stisknuto nebude, bude proveden skok (instrukce GOTO) na poslední 64 bytový blok pam ti, v tomto p ípad tedy na adresu 0x7FC0. Na této adrese se nachází prvních 8 byt uºivatelského programu, tedy instrukce, které by za normálních okolností byly umíst ny na adrese 0x0000, neboli uºivatelský reset vector. Zbytek uºivatelského kódu je pak umíst n p ímo do t ch míst pam ti, kam by byl umíst n p i programování externím programátorem. 7.3 Poºadavky na uºivatelskou aplikaci Z vý²e uvedeného rozmíst ní v pam ti vychází poºadavky, které musí uºivatelská aplikace spl ovat, aby se dala pouºít spolu s bootloaderem. 1. Aplikace se musí vejít do volného místa v pam ti. - Velikost pouºitelné pam ti je zmen²ena o velikost bootloaderu. Uºivatelský kód tedy musí zabírat maximáln velikost pam ti-6976 byt. Tento poºadavek je kontrolován klientskou ástí aplikace, která neumoºní naprogramování v t²í aplikace, tedy aplikace, která by zasahovala do instrukcí bootloaderu. 2. Aplikace musí v prvních 8 bytech obsahovat instrukci GOTO, která zp sobí skok na provád ní zbytku kódu uºivatelské aplikace. - Vzhledem k p emíst ní uºivatelského reset vectoru na konec pam ti je nutné, aby aplikace nespoléhala na fakt, ºe po provádení

43 7.4. POPIS KOMUNIKACE 27 instrukce na adrese 0x0007 dojde k provád ní instrukce na adrese 0x0008, k tomu totiº kv li p emíst ní uºivatelského reset vectoru nedojde. Uºivatelský kód m ºe za ínat nap íklad takto: org 0x00 ; reset vector GOTO START org 0x08 ; vektor preruseni vyssi priority GOTO Prerus1 org 0x18 ; vektor preruseni nizsi priority GOTO Prerus2 START Toto samoz ejm není jediná moºná funk ní varianta, ale pokud bude uºivatelský program za ínat touto sekvencí p íkaz, bude pouºitelný soub ºn s bootloaderem. Nespln ní této podmínky nemá vliv na rmware bootloaderu, a proto není klientem ani rmwarem kontrolována. 7.4 Popis komunikace P i implementaci rmwaru jsem zvolil t ídu USB za ízení HID [10] (Human Interface Device). Tuto t ídu za ízení a z toho vyplývající zp sob komunikace jsem zvolil hlavn kv li tomu, ºe pro za ízení není pot eba instalovat do po íta e ovlada, nýbrº sta í pouze ovlada, který je jiº obsaºen ve standartní instalaci opera ního systému Microsoft Windows. HID za ízení komunikují pomocí tzv. Report, coº je v podstat ur ité p edem dohodnuté mnoºství byt, které se posílají jako jeden celek. Standartní velikost HID reportu je 64 byt. Celá komunikace je navrhnuta na modelu p íkaz-odpov, neboli na kaºdý p íkaz o ekává klient odpov d od rmwaru. Struktura kaºdého reportu je trochu jiná. V em se shodují je první byte, který obsahuje identikaci daného p íkazu/odpov di. Pokud se n které datové pole skládá z více byt, jsou zapsány zp sobem big-endian, tudíº první byte zleva je MSB (Most Signicant Byte) Struktura p íkazu Info Prvním p íkazem, který zde bude popsán, a zárove prvním p íkazem, který je po navázání komunikace volán, je p íkaz Info. Slouºí ke zji²t ní informací o p ipojeném za ízení pot ebných k dal²ímu fungování bootloaderu. ID p íkazu 0xFF 1 B 63 B Tabulka 7.1: Struktura p íkazu Info Popis struktury p íkazu Info z tabulky 7.1.

44 28 KAPITOLA 7. NÁVRH APLIKACE ID p íkazu - jeden byte specikující p íkaz, v tomto p ípad má hodnotu 0x20. Tento p íkaz jiº nemá ºádná dal²í datová pole a komunika ní knihovna jej tudíº dolpní 63 byty 0xFF aby byla dodrºena velikost reportu Struktura odpov di Info Tento report je odeslán jako odpov na vý²e uvedený p íkaz Info. Velikost Velikost Adresa Adresa ID p íkazu ash pam ti EEPROM pam ti bootloaderu EEPROM 0xFF 1 B 3 B 2 B 3 B 4 B 51 B Tabulka 7.2: Struktura odpov di Info Popis struktury odpov di Info z tabulky 7.2. ID p íkazu - v tomto p ípad 0x21. Velikost ash pam ti - 3 bytová hodnota, ve které je odesílána velikost programové pam ti ash v bytech. Velikost EEPROM pam ti - 2 bytová hodnota obsahující velikost EEPROM pam ti v bytech. Adresa bootloaderu - 3 bytová hodnota s adresou, na které za íná kód bootloaderu. Slouºí ke kontrole velikosti uºivatelského kódu. Adresa EEPROM - 4 bytová hodnota s adresou, která má být povaºována za za átek EEPROM pam ti. Report je dopln n 51 byty 0xFF pro dodrºení velikosti Struktura p íkazu Program Flash Tento p íkaz slouºí k naprogramování jednoho 32 B bloku dat do ash pam ti. V p ípad programování v t²í ásti kódu je tento p íkaz volán cyklicky. ID p íkazu Adresa Blok dat 0xFF 1 B 4 B 32 B 27 B Tabulka 7.3: Struktura p íkazu Program Flash Popis struktury p íkazu Program Flash z tabulky 7.3. ID p íkazu - 0x10. Adresa - 4 bytová hodnota ur ující adresu, na kterou má být 32 B blok dat uloºen. Blok dat - 32 byt dat pro uloºení do ash pam ti. P íkaz je dopln n na poºadovanou velikost 27 byty 0xFF.

45 7.4. POPIS KOMUNIKACE Struktura odpov di Program Flash Tento report slouºí k ov ení provedení zápisu dat na danou adresu, nikoliv v²ak pro kontrolu zapsaných dat. ID p íkazu Adresa 0xFF 1 B 4 B 59 B Tabulka 7.4: Struktura odpov di Program Flash Popis struktury odpov di Program Flash z tabulky 7.4. ID p íkazu - 0x11. Adresa - 4 bytová hodnota specikující adresu, na kterou byl p ená²ený blok dat uloºen. Report je dopln n 59 byty 0xFF pro dodrºení velikosti Struktura p íkazu Program EEPROM Tento p íkaz slouºí k naprogramování aº 60-ti byt dat do pam ti EEPROM. Pokud je pot eba naprogramovat v t²í mnoºství dat, je tento p íkaz volán cyklicky. ID p íkazu Adresa Po et dat Data 0xFF 1 B 2 B 1 B 1-60 B 59-0 B Tabulka 7.5: Struktura p íkazu Program EEPROM Popis struktury p íkazu Program EEPROM z tabulky 7.5. ID p íkazu - 0x50. Adresa - 2 bytová hodnota ur ující adresu pro uloºení dat. Tato adresa je pouze v rámci pam ti EEPROM, nemá na ni tudíº vliv hodnota Adresa EEPROM získaná pomocí p íkazu Info (viz kapitola 7.4.2) Po et dat - tato poloºka m ºe nabývat hodnot od 1 do 60 a specikuje mnoºství dat posílaných v daném p íkazu. Data byt dat ur ených pro uloºení do pam ti EEPROM. P íkaz je na poºadovanou velikost dopln n 0 aº 59 byty 0xFF podle po tu ukládaných dat.

46 30 KAPITOLA 7. NÁVRH APLIKACE ID p íkazu Adresa 0xFF 1 B 2 B 61 B Tabulka 7.6: Struktura odpov di Program EEPROM Struktura odpov di Program EEPROM Tento report funguje podobn jako opov Program Flash (viz kapitola 7.4.4). Slouºí tedy pouze k ov ení faktu, ºe programování pam ti EEPROM prob hlo. Popis struktury odpov di Program EEPROM z tabulky 7.6. ID p íkazu - 0x51. Adresa - 2 bytová hodnota ur ující adresu v rámci pam ti EEPROM, kam byla data zapsána. Report je dopln n 61 byty 0xFF pro dodrºení velikosti Struktura p íkazu Read Flash P íkaz read ash slouºí k vy tení aº 59 byt dat z ash pam ti za ízení. P íkaz se pouºívá p i vy ítání dat z mikrontroléru a p i verikaci obsahu ash pam ti. ID p íkazu Adresa Po et dat 0xFF 1 B 4 B 1 B 58 B Tabulka 7.7: Struktura p íkazu Read Flash Popis struktury p íkazu Read Flash z tabulky 7.7. ID p íkazu - 0x40. Adresa - 4 bytová hodnota s adresou v rámci ash pam ti, od které se mají za ít vy ítat data. Po et dat - tato poloºka m ºe nabývat hodnot od 1 do 59 a specikuje po et byt dat, které mají být z ash pam ti vy teny. P íkaz je na poºadovanou velikost dopln n 58 byty 0xFF Struktura odpov di Read Flash Tento report vrací 1 aº 59 byt dat vy tených z ash pam ti. Popis struktury odpov di Read Flash z tabulky 7.8. ID p íkazu - 0x41.

47 7.4. POPIS KOMUNIKACE 31 ID p íkazu Adresa Data 0xFF 1 B 4 B 1-59 B 58-0 B Tabulka 7.8: Struktura odpov di Read Flash Adresa - 4 bytová hodnota specikující po áte ní adresu vy tených dat v rámci ash pam ti. Data - 1 aº 59 byt dat vy tených z ash pam ti v závislosti na p íkazu Read Flash. Report je kv li dodrºení velikost dopln n 0 aº 58 byty 0xFF Struktura p íkazu Read EEPROM Tento p íkaz slouºí k vy tení dat z pam ti EEPROM. V rámci jednoho p íkazu m ºe být vy teno aº 61 byt dat. Tento p íkaz se pouºívá pro vy ítání dat z pam ti EEPROM a pro verikaci jejího obsahu po programování. ID p íkazu Adresa Po et dat 0xFF 1 B 2 B 1 B 60 B Tabulka 7.9: Struktura p íkazu Read EEPROM Popis struktury p íkazu Read EEPROM z tabulky 7.9. ID p íkazu - 0x60. Adresa - 2 bytová hodnota, jeº ur uje adresu pro vy ítání dat pouze v rámci pam ti EEPROM. Po et dat - tato poloºka m ºe nabývat hodnot od 1 do 61 a specikuje po et byt dat, které mají být z EEPROM pam ti vy teny. P íkaz je na poºadovanou velikost dopln n 60 byty 0xFF Struktura odpov di Read EEPROM Tento report vrací 1 aº 61 byt dat vy tených z EEPROM pam ti. ID p íkazu Adresa Data 0xFF 1 B 2 B 1-61 B 60-0 B Tabulka 7.10: Struktura odpov di Read EEPROM Popis struktury odpov di Read EEPROM z tabulky 7.10.

48 32 KAPITOLA 7. NÁVRH APLIKACE ID p íkazu - 0x61. Adresa - 2 bytová hodnota specikující po áte ní adresu vy ítaných dat. Data - 1 aº 61 byt dat vy tených z EEPROM pam ti v závislosti na p íkazu Read EEPROM. Report je kv li dodrºení velikost dopln n 0 aº 60 byty 0xFF Struktura p íkazu Erase Flash Tento p íkaz slouºí ke smazání 64 B bloku dat z ash pam ti za ízení. ID p íkazu Adresa 0xFF 1 B 4 B 59 B Tabulka 7.11: Struktura p íkazu Erase Flash Popis struktury p íkazu Erase Flash z tabulky ID p íkazu - 0x30. Adresa - 4 bytová hodnota s adresou bloku, který má být smazán z ash pam ti. Mazat lze pouze zarovnané bloky dat, pokud tedy adresa bude nabývat nap. hodnoty 0x10, dojde ke smazání bloku 0x00-0x3F. P íkaz je na poºadovanou velikost dopln n 59 byty 0xFF Struktura odpov di Erase Flash Tento report pouze potrvzuje provedení p íkazu na smazání bloku dat z ash pam ti. ID p íkazu Adresa 0xFF 1 B 4 B 59 B Tabulka 7.12: Struktura odpov di Erase Flash Popis struktury odpov di Erase Flash z tabulky ID p íkazu - 0x31. Adresa - 4 bytová hodnota specikující adresu smazaného bloku dat. Report je kv li dodrºení velikost dopln n 59 byty 0xFF.