Ethernet+TCP/IP, Самое дешевое решение Опции

[Rst7]

Решил поделиться с народом своим проектом. Положу в отдельную тему, а не в "Исходники...", потому как скорее всего надо будет обсудить

Предыстория такова - давно хотел сделать дешевое и простое подключение своего устройства к Ethernet, естественно с поддержкой TCP/IP. Сначала рассматривались общеизвестные варианты типа RTL8019, Wiznet и т.д. - первый отпал по причине слишком уж камня большого, второй - дорого. Была попытка реализовать PHY-уровень при помощи USART в режиме SPI на Mega88/168, однако оказалось, что если с передачей нет проблем, с приемом все хуже - слишком уж сложной получается схема синхронизации тактовой частоты проца с синхросигналом, выделенном из манчестера, в единичном экземпляре оно конечно поднимается, но о серийном повторении - ну никак.
Потом взгляд переместился на микросхемы PHY, и, при внимательном изучении, оказалось, что довольно просто обеспечить работу с PHY при тактовой проца 20МГц. Да и со стоимостью нет вопросов - Realtek'овский RTL8201BL стоит всего около 1$ (как заметил zltigo, Realtek вообще славится экстремально дешевыми решениями в области Ethernet). Была сделана тестовая платка (схему и pcb прилагаю) и на ней все запущено. Не обошлось без подводных камней, но они были успешно обойдены

.SCH и .PCB файлы в архиве - это схема и разводка тестовой платы. Проц используется ATMega168-20AI, PHY - уже упомянутый RTL8201BL, 74HCT547 - буферный регистр, заодно и преобразование уровней 3.3-5В (только не всех линий, по науке надо было еще кое-что преобразовать, но было лень. Вдруг будете использовать в более-менее серийном устройстве - не забудьте все выполнить как положено)

Сами исходники - под EWAVR5.10.

Код

          1 960 arp.h - заголовочник для ARP-пакетов
          6 404 eeprom_3.s90 - работа с троированным eeprom
          1 668 ethernet.h - заголовочник для Ethernet-пакетов
<DIR>          HTMLsource - каталог с исходными HTML-файлами и компрессором, который генерирует файл pages.c, запустите generate.cmd и посмотрите
            831 icmp.h - заголовочник для ICMP-пакетов
          2 400 ip.h - заголовочник для IP-пакетов
          3 487 mac.c - передатчик Ethernet-пакетов
          3 365 macros.m90 - вот не помню, файл из стандартного иаровского комплекта, зачем перенес в проект - хоть убейте не помню
          6 240 mac_rx.asm - прием Ethernet-пакетов
         21 591 main.c - HTTP-сервер
          4 188 md5cheat.c - MD5 для Digest-авторизации
         16 690 network.c - собственно TCP/IP-стек
            102 network_addr.h - адреса по умолчанию
          5 728 network_routines_avr.c - оптимизированные под AVR всякие процедурки, используемые стеком
         52 023 NikeE.ewp - проект
            159 NikeE.eww - воркспейс
          2 890 nike_e.h - заголовочник всего проекта
          4 993 pages.c - запакованные HTML-странички
          1 159 pages.h - заголовочник от страничек
<DIR>          PCAD - схема/плата
            204 prog.bat - прошиватель
          1 733 stdafx.h - типы данных
          2 731 stuff.asm - тут быстрый i2a (для AVR) и таблица CRC32
          6 256 tcp.h - заголовочник для TCP-пакетов

Заголовочники написаны на основе заголовочников из стека Prottoss'а, за что ему и спасибо.

Есть пара маленьких тонкостей - прием пакета написан на ассемблере, а вот передача - на Си, но я посматривал в листинг, посему исправления нужно вносить очень аккуратно, а вообще-то желательно переписать на ассемблере и посылку пакета. По простому можно заставить IAR сгенерить не листинг, а исходный текст (есть там галочка) и подключить его к проекту вместо mac.c.

На MAC-уровне реализовано управление входящим потоком при помощи метода, среднего между Back-pressure и Collision-Based. При переполненом внутреннем буфере на первый входящий пакет генерируется встречный пакет (как в Collision-Based) из 0x55, который оканчивается, когда буфер освобождается (Back-pressure).

Внутренние буфера 2*256 байт, поэтому, например, ICMP-пакет пинга с -l 209 дропается, а с -l 208 - нормально обрабатывается. Для TCP это не мешает (хотя, конечно, и падает скорость передачи), т.к. максимальный размер пакета регулируется окном.

Интерфейс стека с пользовательским софтом выполнен как вызов CallBack-функции, которая должна обрабатывать события TCP_EVENT_CONREQ (запрос соединения), TCP_EVENT_CONNECTED (соеденино), TCP_EVENT_CLOSE (закрыто), TCP_EVENT_ABORT (прервано), TCP_EVENT_ACK (подтверждение ранее переданных данных), TCP_EVENT_DATA (принята новая порция данных), TCP_EVENT_REGENERATE (повтор посылки с начала), TCP_EVENT_SEND (посылка следующей порции). Непосредственно разбор этих сообщений выполняется в HTTP_hook, который вызывает HTTP_hook_DATA_RX для обработки новых данных (например, собственно запроса GET/POST) и HTTP_hook_DATA_TX (генерация данных для передачи).

На данный момент реализованы только слушающие (серверные) сокеты, но нетрудно сделать и клиентские.

В HTTP-сервере реализована digest-авторизация. Соответственно пришлось пободаться с MD5 в плане уменьшения занимаемого места, удалось поместить его в 1100 байт, больше его под AVR не ужмешь видимо (хотя, конечно, пару байт всегда можно сэкономить, я имею в виду глобальное ужимание).

Само наполнение HTTP-сервера сейчас банальное - управление портом С, вывод значений АЦП и отдельная страничка настроек IP/MAC-адресов и задания новых login/pass.


Ну а вот так выглядит спаяное устройство


Ну и о скорости. wget в зависимости от погоды показывает 130-160 КБайт/с (порядка 1 Мбита/с). Теоретический предел приема - гдето под 4Мбита/с. Т.е. дропать пакеты он сможет именно с такой скоростью (и даже быстрее, потому что сначала я проверяю, мой ли пакет, а только потом считаю CRC32, этот расчет выполняется медленнее приема пакета, тут ничего не попишешь)

Прикрепленные файлы

 NikeE.zip ( 106.73 килобайт ) Кол-во скачиваний: 11119

 

[aaarrr]

На LPC и SAM портировать можно, но смысла большого нет - младшие кристаллы с MAC стоят достаточно дешево.

А идея и реализация красивые

[Mc_off]

RESPECT !!!

Спасибо огромное !

[Rst7]

младшие кристаллы с MAC стоят достаточно дешево

Да не скажите, вполне ничего так бесплатное приложение получается к LPC2103 например, или LPC213x-01. Тут нас zltigo все время пугает приходом супер-камней LPC1000 (если не ошибаюсь), тоже может круто получиться (хотя качество кодегенерации у IAR под Cortex оставляет желать лучшего)...

[singlskv]

Немного не по теме основного топика, но начал смотреть Ваш код с main и увидел:

Код

    while(ADCSRA_ADSC);
    __disable_interrupt();
    *p=ADC;
    __enable_interrupt();

и не понял смысл запрещения прерывания на время считывания ADC.
Зачем это сделано ?

Ааа, понял, просто для того чтобы 16бит значение считывалось за раз,
просто я такое чтение ADC в основном цикле никогда не использую и подумал что это нужно(зачем то, иногда) для правильного
считывания ADC.

[zltigo]

zltigo все время пугает приходом супер-камней LPC1000...

Да не пугаю совершенно и не думаю, что они супер по возможностям будут, но цены в нижней ценовой категории скорее всего подвинут. А то Luminary с Ethernet на борту совершенно дикие цены имеют для мелких потребителей. А так скорее всего достаточно обычные Cortex-M3 - софтовую эмуляцию можно пробовать уже сейчас на STR32. Только не могу придумать для чего можно применить подобные решения - для большого количества мелких девайсов уж слишком Ethernet структура громоздкой (не сколько дорогой, сколько именно громоздкой и ненадежной из-за обилия кабелей и свичей) получается. А если девайсы штучные, то и ультраэкономия как-то менее привлекательна. Что остаетя? Что-то офигенно массовое для бытового потребления? Что?

Ааа, понял, просто для того чтобы 16бит значение считывалось за раз,
просто я такое чтение ADC в основном цикле никогда не использую...

А просто, какие-нибудь больше, чем 8bit переменные модифицируемые в прерываниях или других процессах используете? Так вот та-же проблема....

[singlskv]

А просто, какие-нибудь больше, чем 8bit переменные модифицируемые в прерываниях или других процессах используете? Так вот та-же проблема....

Да использую, использую....,
просто при беглом просмотре мне показалось что это защита на время считывания 10бит регистра
ADC, и кстати к аккурантности в этом вопросе есть некоторые предпосылки...,
ну а потом просто понял что здесь 16бит защищенный доступ в чистом виде...

[Rst7]

ну а потом просто понял что здесь 16бит защищенный доступ в чистом виде...

Причем, именно для записи значения, для считывания из ADC он нафиг не нужен.

[GDI]

Идея очень хорошая и ее по праву можно поставить в один ряд с софтовой реализацией USB на AVR. Сам когда то думал о таком, но дальше идеи дело не зашло.

Теперь это надо как то красиво назвать, например EtherAVR или AVR-MAC и разместить где нибудь в интернете, например на embedders.org, могу дать контакты, если что.

[alexander55]

Что-то офигенно массовое для бытового потребления? Что?

Дешевая замена Xport - первое, что приходит в голову.
PS. Если удастся подключать через OPC-драйверы, то тогда открывается широкая дорога в АСУТП.
Представьте только, WinCC, InTouch совместимость.

[Rst7]

PS. Если удастся подключать через OPC-драйверы,

Я так понимаю, имеется в виду уже поступившее предложение о конверторе Modbus<->Modbus over TCP?

Ну давайте попробуем реализовать. Можете кратенько написать, чего надо? Только не надо отсылать читать мануал по Modbus over TCP

[alexander55]

Я так понимаю, имеется в виду уже поступившее предложение о конверторе Modbus<->Modbus over TCP?

Да.

Ну давайте попробуем реализовать. Можете кратенько написать, чего надо? Только не надо отсылать читать мануал по Modbus over TCP

Вобщем-то уже реализовано.
По-простому.
Используется протокол TCP/IP, соответствующего WinSock 1.1.
Сервис использует TCP/IP порты, незадействованный в системе.
Обычно контроллеры общаются с другими через сервер данных (база данных) по изеру и выступают в качестве клиентов.
Протокол OPC является посредником, он интерпретирует данные TCP/IP портов в пакетах и разносит их по полям ее. Этот протокол предназначен для стыковки с любым типом оборудования. Он весь гибко программируется (порты, поля пакетов).
Каждый производитель систем автоматизации считает своим долгом разработать свой набор :
- сервер данных (по их мнению наиболее быстрый)
- драйвер OPC
- систему визуализации.
Надо не релизовывать, а проверять на предмет конфигурируемости и совместимости с тем или иным продуктом.
PS. Надеюсь, что не запутал Вас.

[A.l.e.x.]

Я так понимаю, имеется в виду уже поступившее предложение о конверторе Modbus<->Modbus over TCP?

Ну давайте попробуем реализовать. Можете кратенько написать, чего надо? Только не надо отсылать читать мануал по Modbus over TCP

В MODBUS может использоваться 2 режима передачи данных: ASCII или RTU. RTU более интересен, т.к. применяется CRC16, а скорость передачи вдвое выше. Также его реализация получается проще(или компактнее).
В RTU-режиме сообщение начинается с интервала тишины равного времени передачи 3,5 символов. Максимальная длина фрейма - 255 байт. Для Modbus over TCP разбирать содержимое фрейма необязательно, достачно знать начало и его длину. Алгоритм работы приблизительно такой:
Со стороны USARTа: ожидание начала пакета, приём пакета до интервала между ними в 3,5 символа или до длины 255, пересылка полученного пакета в ethernet. Аналогично со стороны ethernet.

Возможно, лучше было бы пересылку пакетов осуществлять после проверки CRC.
Вот так выглядит фрейм:
---------------T----------T-----------T-----------T----------T---------------¬
¦ старт_____¦ адрес_¦функция_¦ данные_¦ CRC__¦ конец ¦
+-------------+---------+-----------+-----------+----------+---------------+
¦T1-T2-T3-T4¦ 8 бит ¦ 8 бит ¦n x бит ¦ 16 бит ¦T1-T2-T3-T4 ¦
L--------------+---------+-----------+-----------+----------+---------------

[alexander55]

Этот вариант самый удобный для реализации контроллера, т.к. ПО не изменяется.
Некоторая засада заключается в том, что запросы должен делать сервер (выполнять функцию мастера), что не очень вписывается в идеологию, которую я рассказал выше (вот здесь и могут быть вопросы). Вероятно, возможен какой-то программный мост между OPC и мастером.

[Erv&Sed]

RST7 я вас правильно понял, у вас реализован в том числе и HTTP протокол???

[Rst7]

у вас реализован в том числе и HTTP протокол???

Весьма неполный, как Вы понимаете.