Microchip MicrocontrollersのTCPスタックの紹介

イーサネットネットワークに接続できるデバイスを作成する必要があるとします。 かなりの数のオプションがありますが、それらはすべて条件付きで3つのタイプに分けることができます。





•RS-232データストリームを一端でIPパケットに変換し、これらのパケットを受信して​​デコードし、RS-232の形式でコントローラに送信するRS-232-Ethernetコンバータ。通常は仮想COMポートもう一方の端に。 そのようなデバイスの例：Tibbo EM100。 このソリューションの利点は、プログラミングが簡単なことです。 プロトコルの複雑さを詳しく調べる必要はありません。接続されたデバイスは、シリアルポートからではなく、たとえばインターネットからデータが直接来ることをまったく認識しない場合があります。 このソリューションには欠点もあります。SNMP、HTTPなどの高レベルのプロトコルを使用することはできません。 たとえば、WEBインターフェースは忘れられる可能性があります。







•独自のプロセッサ、メモリ、プロトコルスタックを備えた高度なデバイスである「ブラックボックス」は、イーサネットパケットの処理に従事し、RS-232またはSPIを再度送信します。 そのようなソリューションの例：Lantronix XPortは、RG-45コネクタよりもわずかに大きいサイズの完全な超コンパクトな組み込みサーバーです。





WIZNET W5100チップ、およびそれに基づいたArduinoイーサネットシールド：



ここでは、開発者はすでにより多くの自由を持っています。たとえば、このコントローラーでWEBサーバーまたはTelnetを上げて、それらを介して組み込みデバイスを制御できます。 欠点の中でも、柔軟性の低さ（開発者が定めたプロトコルのみを使用できます）と、管理対象デバイスのコストを超えることが多い高コストに注意することができます。



•物理層ドライバー（PHY）を、標準の10 Base-TのENC28J60チップ、または同じMicrochip社の標準10/100 Base-TのENC624J600チップなどのお気に入りのコントローラーに接続して、自分の手で制御します。 PHYを統合したPIC18FXXJXXファミリーコントローラーで、必要なすべてのプロトコルをプログラムで実装します。 プロトコルスタックを自分で書く（非常に簡単なタスクではない）か、既に用意されているスタックを使用できます（さまざまな自由度と品質のさまざまなメーカーのマイクロコントローラー用に、かなり多数のTCPスタックがあります）。 この記事では、この会社のマイクロコントローラーで使用するために設計されたMicrochip TCPスタックの概要を説明します。



そのため、ツールを決定する時間は明確です。

必要なもの：

•これらのスタックでサポートされているコントローラーの1つ。 外部PHYチップを使用する場合、ほとんどすべてのMKはMicrochip、PIC18（8ビット）、PIC24（16ビット）、およびPIC32（32ビット）のファミリによって製造されます。 外部PHYなしでやりたい場合は、PIC18F67J60ファミリから何かを取得します。



•TCP / IP Microchipスタック。 このスタックは、Microchip Application Libraries（以下、MAL）の一部です。 このライブラリは無料で、かなり幅広いマイクロチップコントローラーをサポートしています。また、TCPスタックに加えて、USBスタック、タッチスクリーン、スマートカードなどを操作するためのライブラリも含まれています。 ライブラリの最新バージョンはこちらにあります 。



•開発環境。 無料のMPLab 8 （少し時代遅れですが、長年にわたって実証済み）、またはMPLab-X （2か月前にベータ段階からリリースされた、有望ではあるがまだあまり安定していない開発環境）



•コンパイラ。 公式にサポートされているのは、C18、C30、およびC32です。 入門60日間バージョンは、 サイトからダウンロードできます。 60日後、評価版は機能し続けますが、最適化モードをオフにするため、コードはROMにより多くのスペースを必要とする場合があります。



•プログラマおよび/またはインサーキットデバッガ。 ICD3またはPICKIT3をお勧めします（ICD2も動作しますが、Mplab-X環境ではサポートされておらず、速度が遅くなります）。



ボードをはんだ付けする代わりに、Microchipが製造する多くのデバッグキットのいずれかを使用できます（価格とロシアでの購入の難しさを除いて、すべての人に適しています）。

• PICTailドーターボードを備えたPIC18 Explorer
• PICTail +ドーターカードを搭載したExplorer 16
• IO拡張ボードとPICTail +を備えたPIC32スターターキット（この場合、PIC32スターターキットに既に統合されているため、外部デバッガーは不要です）

Olimex（ENC28J60-H）およびTriton（TRT-Ethernet）の代替ソリューションがあります。

すぐに料金を支払うことにした場合：

PHYが統合されたコントローラーとして使用可能（PIC18F87J60）





または、SPIバスを介して接続された外部PHY（ENC28J60）を備えたコントローラー（ENC28J60など）：



外部配線から必要なのは、トランス（たとえば、PULSE H1012）、RJ-45コネクタ（統合されたトランスとLEDを備えたRJ-45コネクタがあります）、および1ダースの抵抗だけです。 コントローラのクロッキングには、25 MHzのクォーツが必須です（この場合、PLLを使用して内部MK周波数を40 MHzに上げることができます）。

外部ENC624J600 PHYコントローラーには既にフラッシュされたMACアドレスが含まれていますが、ENC28J60およびPIC18F87J60には含まれていないため、MACを含む購入したマイクロ回路を使用するか、プログラムでインストールする必要があります。



また、この段階で、WEBサーバーおよびSNMP mibsのファイルを保存する場所を決定する必要があります。 いくつかのオプションがあります：コントローラープログラムメモリに直接（および必要なモジュールのセットでの平均スタックサイズ〜33kbおよび内部128kb ROMのコントローラーで、〜95kbのファイルスペースが得られます）、外部EEPROMチップ（スタックは25LC1024をサポートします）、FLASH（シリーズSST25）、SDカード、またはUSBドライブ（ボードにUSBを搭載したPIC32が必要です）。



それで、ハードウェアを決定しました。このライブラリが私たちに何を提供できるのか見てみましょう。

サポートされている機能：

•プロトコル：ARP、IP、ICMP、UDP、TCP、DHCP、SNMP、SMTP、HTTP、FTP、TFTP

•TCPおよびUDPのサポート

•SSLサポート

•NetBIOSサポート

•DNSサポート

サポートされているプロトコルスタック：

GETおよびPOST要求、SSL認証およびGZIP圧縮、ICMPクライアントおよびサーバー、SNMPクライアントおよびサーバー（SNMP TRAPを含むバージョン1、2、3）、TCP2UARTソフトウェアブリッジ、サーバーをサポートするhttpサーバーのソースコードがあります。 TELNET、DynDNSクライアント、DNS、DHCPなど。



これらすべてにより、スタックは多くのメモリを消費しません。 そのため、WEBサーバー、DHCPおよびDNSクライアント、イーサネット─シリアルブリッジ、TFTPおよびSNMPサーバー、SMTPクライアントを含む実際のプロジェクトには、約33キロバイトのプログラムメモリ（ROM）と2キロバイトのデータメモリ（RAM）が必要です。 PIC18F67J60の一般的なメモリサイズは128kbです。

スタックパフォーマンス：

ご覧のとおり、速度は驚くほどではありませんが、そのようなFacebookデバイスでのホスティングは誰の目にも思い浮かぶことはないことを忘れないでください。 AJAXといくつかの小さな画像を含む30kBのページは、1秒未満でロードされます（ローカルネットワーク上）。

MALディストリビューションにはいくつかの例が含まれていますが、最も興味深い例は次のとおりです。



•TCPIPインターネットブートローダーアプリ-TFTPを介したコントローラーファームウェアの更新を実装する例。

•TCPIPインターネットラジオアプリ-指定されたサイトからmp3ストリームを再生します（外部mp3デコーダーチップが使用されます）。

•TCPIP WebVendアプリ-Webベースのインターフェイスを備えた自動販売機エミュレーター（GET \ POSTの操作、Ajaxリクエストのデモ）

プロジェクトをまとめる

これらはすべて興味深いものですが、今度はすでに独自のアプリケーションを構築するときです。 これを「デモアプリ」の例とします（Microchip Solutions v2011-12-05 \ TCPIP \ Demo Appディレクトリから）。 このフォルダーに移動すると、MPLABのプロジェクトファイル（* .mcp、* .mcw）と混合された多数の「ファイル」ファイルが表示されます。 デバッグボードに適したプロジェクトファイルを探しています。 ボードがイーサネットスターターキットと呼ばれる場合、プロジェクトC32-PIC32_ETH_SK_ETH795を開きます。 ボードがカスタムの場合は、プロジェクトを最初から作成するか、最も類似したプロジェクトを開いて自分で変更できます。 たとえば、ボードにPHYが統合されたPIC18F67J60を使用する場合、プロジェクトC18-PICDN2_ETH97を使用してファイルを変更します。 改訂は次のとおりです。プロジェクト->ビルドオプション->プロジェクト-> C18に進み、C18-PICDN2_ETH97を「YOUR_BOARD」に変更します。









最も類似したものに基づいて、HWPファイルYOUR_BOARD.hを作成します。 このファイルには、周辺機器を使用するモジュールのポート番号が含まれています。 SPI_EEPROM.cモジュールがそこからSPIポートの名前を取り、外部EEPROMとデータを交換するとします。



#define EEPROM_CS_TRIS (TRISCbits.TRISC0)

#define EEPROM_CS_IO (LATCbits.LATC0)

#define EEPROM_SCK_TRIS (TRISCbits.TRISC3)

#define EEPROM_SDI_TRIS (TRISCbits.TRISC4)

#define EEPROM_SDO_TRIS (TRISCbits.TRISC5)









ユーザー計画でポートが異なる場合は、矛盾を解消します。

デモンストレーションプロジェクトのこのような過度の複雑さは、メーカーがさまざまな「ハードウェア」の最大数でサンプルを実行したいという希望と関連しています。 将来、プロジェクトを「ゼロから」作成するときに、これらすべてをクリーンアップして、シンプルで理解可能な構造を取得できます。

2番目の興味深いファイルはTCPConfig.hです。これは、選択したデバッグボードの種類に応じて、IPプロトコル設定でファイルを呼び出します。 PIC18F87J60を備えたカスタムボードの場合、このファイルはTCPIP ETH97.hと呼ばれます。

さまざまなスタックモジュールがオンとオフになります。



/* Application Level Module Selection

* Uncomment or comment the following lines to enable or

* disabled the following high-level application modules.

*/



#define STACK_USE_UART // Application demo using UART for IP address display and stack configuration

#define STACK_USE_UART2TCP_BRIDGE // UART to TCP Bridge application example

//#define STACK_USE_IP_GLEANING



:

#define MPFS_USE_EEPROM

//#define MPFS_USE_SPI_FLASH



IP- :

#define MY_DEFAULT_IP_ADDR_BYTE1









カスタマイズ可能なバッファサイズなど。 このファイルを手動で編集することもできませんが、スタックに付属のウィザードを使用します。





したがって、TCPポートとパラメーターが構成され、IPアドレスが設定され、コンパイルを開始すると想定します。 すべてがうまくいけば、ファームウェアを入手し、MK、デバッガー、またはプログラマーで縫います。 まず、TCPIP ETH97.hファイルで指定されたアドレスのpingを確認します。 pingがない場合、ボードがDHCPを介して別のIPアドレスを受信した場合、リンクLEDが点灯しているかどうかを確認します。 検証のために、行#define STACK_USE_DHCP_CLIENT



および#define STACK_USE_IP_GLEANING



#define STACK_USE_DHCP_CLIENT



することにより、自動IPアドレスモードをオフにすることができます。 最終的にpingを受信したら、ブラウザーにボードのアドレスを入力しようとします。 エラー404、ページが見つかりませんを参照してください。

当然、WEBサーバーにはまだファイルをアップロードしていません。 この欠陥を修正します。 このためには、ユーティリティ「Microchip MPFS generator」が必要です。





ユーティリティは、ファイルを含む指定されたフォルダーを、組み込みサーバーへのダウンロードに適したイメージファイルに変換します。 ソースディレクトリとして、ダウンロードするファイルのあるディレクトリを指定する必要があります。 形式は、これらのファイルを保存する場所によって異なります。 コントローラの内部ROMをファイルを保存する場所として指定した場合、C18 / C32 Image形式を指定し、出力ファイルMPFSImg2.cを取得します。その中に、バイナリデータの大きな配列が宣言されます。 このファイルをプロジェクトに追加して、再コンパイルする必要があります。

外部FLASHまたはEEPROMチップを使用してファイルを保存する場合は、BIN Image形式を選択します。 結果のMPFSImg2.binファイルは、サーバー上のアップロードフォームを介して、またはMPFSジェネレーターに対応するオプションを含めることでアップロードされます。 ダウンロードしてページを更新し、お楽しみください！

これがどのように機能するかについていくつかの言葉。

静的テキストは、HTMLファイルに直接出力されます。

サーバーのWebページに動的変数を表示するには、〜変数〜の形式でチルダでラップし、HTTPPrint_variable（）の形式のCustomHTPPApp.cファイルのコードで関数を作成します







Ajax変数は同様の方法で作成され、動的変数のみが別のXMLファイルに次の形式で作成されます。

〜var1〜、およびそれらを更新する関数は、HTMLページコードで呼び出されます：document.getElementById（ 'var1'）。innerHTML = getXMLValue（xmlData、 'var1'）;



スタックはOSを使用せず、協調マルチタスクの原理で動作します（ただし、必要に応じて、OSをねじ込むこともできます。AN1264を参照）。 次のようになります。

Main（）は、スタックを提供する関数（StackTaskおよびStackApplications）およびユーザー定義関数（この例ではuser_task（）ですが、何でもかまいません）が呼び出される無限ループをスピンします。



do

{

StackTask();

StackApplications();

user_task();

CLRWDT(); //

}while(1);









同時に、ユーザー関数が長時間実行されないようにする必要があります。 たとえば、この関数で（while）遅延が機能するフォームの「ダム」遅延がある場合。 スタック機能は着信イーサネットパケットを処理できず、この遅延中にデバイスとの接続は失われます。 IPプロトコルの通常の動作に必要なさまざまなタイムアウトを整理するために、スタックはハードウェアMKタイマー（timer0またはtimer1）を使用します。これは割り込みによって機能します（タイマーをオーバーフローさせるためにTickUpdate関数が呼び出されます）。

WEBインターフェイスの実装とSNMPトラップの送信に加えて、このような場合に伝統的なRS-232ポートの代わりにTelnetを使用してデバッグ情報を出力すると非常に便利です。

おわりに

イーサネットのテーマは非常に広範であり、ある記事ではすべてについて話すことは不可能です。 興味のある方は、 Microchip Ethernet Design Centerのウェブサイトの記事を読むことを提案します

夕方に予算のシリアルイーサネットアダプター 、

マイクロコントローラをローカルネットワークに接続する一連の記事



upd：故人の画像ハックから画像をリロードしました