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Mar 5, 2015, 4:19:54 AM (9 years ago)

Author:

franck

Comment:

--

SujetTP2-2015

@@ +1 @@
+= TP2 : Outils de développement et GPIO =
+
+La carte Raspberry Pi offre de nombreuses possibilités pour développer des
+applications embarquées. Notamment, elle dispose de ports d'entrées/sorties
+génériques (GPIO) qui permettent de s'interfacer avec un grand nombre de
+périphériques plus ou moins exotiques.
+
+Dans ce TP il vous est demandé de développer une application "user-land"
+qui fasse clignoter une ou plusieurs LED's selon on motif que vous choisirez
+et également de récupérer les informations de plusieurs boutons poussoirs.
+
+À la fin de ce TP, vous devriez avoir acquis les compétences suivantes:
+* Compilation croisée via un compilateur déporté
+* Contrôle distant de système embarqué par liaison réseau (SSH)
+* Manipulation d'un périphérique GPIO et de ses registres "memory mappés"
+* Interface numérique/analogique via des ports GPIO
+* Programmation d'automates de contrôle en C
+
+== 0. Plateforme de développement ==
+
+[[Image(htdocs:png/plateforme-peri-raspberry.png, width=700px, nolink)]]
+
+Pour exécuter votre programme sur une carte Raspberry Pi, vous devez vous
+connecter en SSH sur une carte Raspberry Pi en passant par le routeur peri.
+Le routeur a deux adresses: `132.227.102.36` du coté laboratoire et `192.168.1.1` de l'autre coté.  
+Le routeur crée un sous-réseau (`192.168.1.x`) où sont connectées les cartes. 
+Les cartes sont numérotées de `20` à `24` plus des cartes étudiants (ici n°30), le routeur a été programmé de telle sorte
+que l'adresse internet de la carte n°`X` est comme adresse 192.168.1.`X` 
+(par exemple la carte n°`20` a comme adresse sur ce réseau `192.168.1.20`). 
+Pour faire ça, le firmware du routeur a été remplacé par '''dd-wrt''' qui permet ce type de mode. 
+Le routeur a été également été programmé pour que tous les paquets entrants sur le 
+port `5000`+`X` de l'adresse `132.227.102.36` soient routés vers l'adresse `192.168.1.X`.
+
+Il n'y a qu'un seul compte utilisateur sur une carte Raspberry Pi. Le nom de login est `pi` et le mot de passe est `raspberry`.
+
+Ainsi, pour se connecter en ssh sur la carte n°`22` avec le login `pi`, il faut taper (remarquez que c'est un `p` minuscule):
+{{{
+$ ssh -p 5022 pi@132.227.102.36
+pi@132.227.102.36's password: raspberry 
+}}}
+
+Pour copier un fichier `file.x` depuis votre compte enseignement sur le carte ,°`22` il faut taper (remarquez que c'est un `P` majuscule): 
+{{{
+$ scp -P 5022 file.x pi@132.227.102.36
+pi@132.227.102.36's password: raspberry 
+}}}
+
+Comme, il n'y a qu'un compte par carte et que vous allez devoir vous les partager, 
+vous devez créer un répertoire à la racine avec le nom de votre login sur le réseau 
+enseignement accolé avec un tiret avec le nom de votre binôme si vous en avez un. 
+Par exemple, deux personnes en binôme se nommant respectivement `almada` et `fomentin` vont créer un répertoire `almada-fomentin` (en minuscule).
+
+= 1. Prise en mains des outils de développement: Hello World! =
+
+La première étape consiste à vous familiariser avec les outils de
+développement. Pour cela, vous allez développer un petit programme
+de type "Hello World!" qui affiche une phrase sur la sortie standard
+grâce à un printf.
+
+Pour compiler votre programme, suivez les instructions suivantes.
+
+* Tout d'abord, configurez votre terminal pour utiliser le compilateur croisé (vous pourrez  
+  ajouter cette commande dans le fichier $HOME/.bashrc):
+  {{{
+  $ source /users/enseig/franck/peri/export_rpi_toolchain.sh
+  }}}
+
+* Une fois le terminal configuré, vérifiez que le compilateur est accessible:
+  {{{
+  $ which bcm2708hardfp-gcc
+  }}}
+  Si cette commande ne retourne rien, la configuration n'a pas fonctionné.
+  Appelez le chargé de TP pour vous aider.
+
+Votre suite d'outils (toolchain) contient tous les outils nécessaires pour
+la compilation, l'édition des liens et la manipulation de binaires pour la
+carte Raspberry Pi. Et tous ces outils sont préfixés par la même chaîne de
+caractères: `bcm2708hardfp-`. Il s'agit donc d'un compilateur pour un SoC
+BCM2708 avec l'option hardfp activée (calcul flottant matériel). Il s'agit
+bien du SoC de la carte Raspberry Pi.
+
+Maintenant, pour compiler un programme C vers un binaire qui puisse
+s'exécuter sur la carte Raspberry Pi, il vous faut écrire un Makefile pour
+plus de facilité. Pour cela, suivez la syntaxe de base des Makefile:
+{{{
+cible: dépendances
+    commande
+}}}
+Notez bien que l'indentation de la seconde ligne doit OBLIGATOIREMENT être
+une tabulation et non une suite d'espaces.
+
+Vous pourrez donc par exemple, écrire la règle de Makefile suivante:
+{{{
+helloworld.x: helloworld.c
+    bcm2708hardfp-gcc -o $@ $< -O2 -static
+}}}
+
+L'option "-static" est importante ici, car la librairie C du compilateur croisé
+n'est pas tout à fait identique à la librairie C sur la carte Raspberry Pi.
+Ajouter "-static" à la ligne de compilation permet de créer un binaire qui
+contient en plus les fonctions de la librairie C utilisée par votre programme.
+Ceci permettra à celui-ci de ne pas essayer d'utiliser des fonctions de la
+librairie C installée sur la carte.
+
+Essayez toutes les variantes ou combinaisons de programme C que vous souhaitez.
+
+== 2. Contrôle de GPIO en sortie ==
+
+Dans cet exercice, on vous propose de manipuler une pin du GPIO en mode
+"sortie" pour contrôler le clignotement d'une LED à une fréquence donnée.
+
+Avant de commencer à écrire du code, déterminez quelles sont les différentes
+étapes nécessaires depuis l'initialisation jusqu'à l'envoi des valeurs 0 ou 1
+sur le GPIO.
+
+Dans un premier temps, on vous ne demande pas d'écrire le code spécifique
+à la manipulation des registres du contrôleur GPIO. Pour vous aider,
+vous avez à disposition une petite librairie "libgpio".
+
+Pour récupérer cette librairie, exécuter la commande suivante dans un
+terminal et dans le dossier que vous souhaitez pour contenir votre code pour
+ce premier TP.
+{{{
+cp -r /users/enseig/jpeeters/m1.peri/lab1 .
+}}}
+
+Éditez le fichier lab1.c et ajoutez le code que vous pensez nécessaire à la
+réalisation de cet exercice.
+
+ATTENTION: ne changez pas les valeurs de GPIO_LED0, car vous risqueriez
+d'endommager la carte Raspberry Pi.
+
+Ensuite, compilez-le grâce au Makefile qui vous est fourni.
+
+Qu'observez-vous ? Essayez de changer la fréquence de clignotement.
+
+== 3. Contrôle de plusieurs GPIO en mode "sortie" ==
+
+Refaites le même exercice que précédemment, mais cette fois-ci configurez
+plusieurs GPIO en sorties.
+
+En plus du GPIO 4 de l'exercice précédent, rajoutez 3 définitions pour les
+LED1, LED2 et LED3 qui sont respectivement connectées aux GPIO 17, 22 et 27.
+
+Avant d'exécuter votre programme, validez votre code avec le chargé de TP !
+
+== 4. Lecture de la valeur d'une entrée GPIO ==
+
+Maintenant que vous maîtrisez le contrôle d'un GPIO en sortie, passons au
+mode "entrée".
+
+Toujours à l'aide de la librairie libgpio fournie avec ce TP, écrivez un
+programme qui configure la GPIO <à définir> en entrée. Et affichez la
+valeur de ces GPIO dans une boucle infinie (boucle d'échantillonnage).
+
+Une fois réalisé, compilez votre programme comme précédemment à l'aide du
+Makefile fourni. Et validez votre code avec le chargé de TP !
+
+Ensuite, copiez votre programme sur la carte comme indiqué dans l'exercice
+précédent.
+
+Les cartes Raspberry Pi sont équipées d'un petit circuit analogique dans
+lequel des boutons poussoir sont connectés aux certains GPIO. Ces GPIO sont
+connectés avec une résistance de Pull-Up, ce qui signifie que lorsque que vous
+n'appuyez pas, la valeur du GPIO vaut 1 et lorsque vous appuyez, le courant
+passe par à la masse et la valeur du GPIO passe à 1.
+
+Qu'observez-vous ?
+
+Quelle est la fréquence d'échantillonnage (approximative) en sachant que le
+processeur de la carte fonctionne à une fréquence de 700MHz ?
+
+À supposer que vous êtes capable d'appuyer sur le bouton à une fréquence de
+10Hz (c.-à-d. 10 fois par seconde) et sachant que le théorème de Shannon dit
+qu'il faut au moins échantillonner au double de la fréquence du signal
+d'entrée pour ne pas perdre de cycle, quelle est la plus petite fréquence d'échantillonnage possible ?
+
+Pour plus de fiabilité, on utilisera une fréquence d'échantillonnage de 100Hz.
+Comment pouvez-vous écrire un programme qui échantillonne à cette fréquence ?
+
+== 5. Manipulation de registres bas-niveau ==
+
+Pour mieux comprendre les implications à bas niveau de l'utilisation d'un
+contrôleur de GPIO, on vous demande de réécrire les fonctions gpio_setup,
+gpio_config, gpio_value et gpio_update.
+
+Vous réaliserez cela étape par étape. Aidez-vous des fichiers objet
+précompilés dans le répertoire lab1.
+
+Par exemple, si vous souhaitez écrire votre propre gpio_setup, créez un
+fichier gpio_setup.c dans lequel vous écrirez votre code. Pour recompiler
+la librairie libgpio, il vous suffit de réutiliser le Makefile fourni.
+
+ATTENTION: pour fonctionner avec le reste de la librairie libgpio, il vous
+faut déclarer dans gpio_setup.c une variable globale gpio_base_p de type
+uint32_t volatile *. Cette variable qui est un pointeur vers un entier
+non signé de 32 bits doit contenir l'adresse de début de la région de mémoire
+virtuelle associée après un appel à la fonction mmap.
+
+== 6. Amusez-vous ! ==
+
+Maintenant que vous maîtrisez tous les aspects liés à la configuration et
+à la programmation des GPIO sur Raspberry Pi, laisser aller votre imagination
+et proposer d'autres programmes à exécuter sur la carte Raspberry Pi qui
+vous est fournie.