AVR Ethersex

Allgemeines zu Ethersex

Auszug aus dem Ethersex-Wiki (http://www.ethersex.de): Ethersex ist eine universelle Plattform um Mikrocontroller per IP-Protokoll anzusprechen und stellt eine solide Basis für eigene Entwicklungen dar. Ethersex wurde im August 2007 von stesie als alternative Firmware für fd0s Etherrape ins Leben gerufen. Namensgebend war seinerzeit die Erweiterung um IPv6-Unterstützung. Seither hat sich jedoch viel getan, sodass inzwischen nicht mehr nur die Etherrape-Hardware als Plattform unterstützt wird, sondern auch diverse andere Atmega Hardware Projekte. Der Code ist inzwischen weitgehend stabil und wird auch im professionellen Umfeld eingesetzt.

Hier nur einige Features, die mit Ethersex genutzt werden können (vollständige Featureliste siehe Ethersex-Wiki): - Bootloader um via Netzwerk neue Software aufzuspielen - Webinterface - Telnet Interface - Ansteuerung von Funksteckdosen - Ein- Ausgangsporterweiterungen via 74HC165 bzw. 74HC595 CMOS-Schieberegister - SD-Kartenansteuerung als Datenlogger - Auslesen von One-Wire Temperatursensoren (DS1820) - usw.

Lauffähig ist Ethersex auf folgenden AVR/Ethernetboards:

• Etherrape: http://www.ethersex.de/index.php/Etherrape
• AVR Webmodul: http://www.ethersex.de/index.php/AVR_Webmodul
• AVR Net-IO: http://www.ethersex.de/index.php/AVR-NET-IO
• einige weitere

Pollin AVR Net-IO

Pollin bietet ein recht funktionelles und preiswertes AVR- Board incl. Ethernetschnittstelle sowohl als Bausatz (ca 20€) als auch als Fertiggerät (ca 28€) an.

• Bausatz: http://www.pollin.de/shop/dt/MTQ5OTgxOTk-/Bausaetze/Diverse/Bausatz_AVR_NET_IO.html
• Fertiggerät: http://www.pollin.de/shop/dt/NjI5OTgxOTk-/Bausaetze/Diverse/AVR_NET_IO_Fertigmodul.html

Die meisten Ein-Ausgangspins sind über einen 25 poligen SUB-D Stecker und einen Wannenstecker (EXT) herausgeführt. Desweiteren ist eine RJ45-Netzwerkbuchse und eine 9 polige SUB-D Buchse (Serielle Schnittstelle) vorhanden. Zu guter Letzt ist noch ein 10 poliger Wannenstecker (ISP) vorhanden, um den Mikrocontroller zu programmieren.

Aufgrund dieser Ausstattung eignet sich das AVR Net-IO ideal, sowohl um in die Ethersex Programmierung einzusteigen (Experimentierplattform) als auch um damit eigene Projekte zu realisieren.

Einziger kleiner Makel des Boards: Es ist "nur" mit einem ATMega32 Controller ausgestattet, der nur 32Kb Flash bietet. Damit ist das Flash bereits beinahe vollständig mit einer Ethersex-Basis-Version ausgelastet. Dieser Controller kann gegen den pinkompatiblen ATMega644 ersetzt werden. Damit können dann zahrlreiche weitere Ethersex Module - wie z.B. Ansteuereung von Funksteckdosen, genutzt werden.

Beschreibung Beispielprojekt

Im folgenden wird die Konfiguration für eine per Netzwerk und Webbrowser ansteuerbare Steckdosenleiste beschrieben, die auch Funksteckdosen schalten kann. Mit dem standardmäßig verbauten ATMega32 können nur Basisfunktionen von Ethersex genutzt werden, da dieser nur 32KB Flashspeicher bietet. Für umfangreichere Projekte ist ein ATMega644 empfehlensert und für folgende Konfiguration Voraussetzung.

Zum Einsatz kommen:

• 4 Leistungsrelais, die 230V Steckdosen schalten können
• 2 Reed Relais zum Schalten kleiner Spannungen bzw. potentialfreies Schalten
• 4 Taster zum schalten der 4 Steckdosen an der Frontplatte der Steckdosenleiste
• 1 RFM12-Funkmodul zum Schalten von Funksteckdosen

Im Beispiel wird folgendes Setup verwendet:

PC4: Steckdose_1
PC5: Steckdose_2
PC6: Steckdose_3
PC7: Steckdose_4
PC2: Reed_1
PC3: Reed_2
PB0: Taster_1
PD7: Taster_2
PD6: Taster_3
PD4: Taster_4
SPI-Schnittstelle (MOSI/MISO/SCK): Netzwerkchip des Netio und RFM12-Modul
PD5: Chipselect RFM12 (nSel)
PD3 (Ext. Interrupt INT1): Interrupt RFM12 (nIRQ)
PD2 (Ext. Interrupt INT0): ASK Sense Interrupt RFM12 ()

Hinweis:
Für RFM12 Interrupt und ASK Sense Interrupt müssen externe Interrupt Pins (INT0/INT1/INT2) verwendet werden. Die Steckdosen und Taster können relativ frei über die I/O Ports verteilt werden.

Ethersex Software

Voraussetzungen

Ethersex kann ohne größeren Aufwand nur mit Linux compiliert werden. Es gibt eine Möglichkeit mit cygwin und WinAVR Ethersex unter Windows zu compilieren, die hier aber nicht näher besprochen werden soll. Für Windows-User gibt es aber eine spezielle Linux Live-CD (http://ethersex.de/index.php/Live_CD), die sämtliche Software und Compiler bereits enthält, ohne ein Linux installieren zu müssen.

Voraussetzungen:

• Linux mit Programmierumgebung AVR-gcc - Eclipse nicht nötig
• Linux Live-CD: http://www.ethersex.de/index.php/Live_CD

Ethersex Download

Terminalfenster öffnen und ins persönliche Dokumenteverzeichnis wechseln:

cd Dokumente

Download mittels git Versionsverwaltungstool (dabei wird ein Unterverzeichnis ethersex angelegt):

git clone git://github.com/ethersex/ethersex.git

Ethersex konfigurieren

Ins Ethersex-Verzeichnis wechseln:

cd ~/Dokumente/ethersex

Konfigurationstool starten (Die jeweilige Konfiguration wird gespeichert, sodass auch sequentiell Optionen ausprobiert werden können, und beim nächsten Aufruf nicht erneut alle Optionen einzustellen sind):

make menuconfig

Folgendes graphisches Konfigurationsprogramm wird angezeigt:

• Standardkonfiguration auswählen:
  • Load a Default Configuration
  • Im folgenden Menü mit der Space-Taste den Eintrag Pollin AVR Net-IO auswählen
• Analog dazu folgende Optionen aktivieren:

|-General Setup
|   |-Target MCU:ATmega644
|   |-Enable Debugging
|-Network
|   |-Hostname: beliebig - z.B. Steckdose
|   |-Ethernet (ENC28J60) support
|   |   |-MAC address: Die selbe wie auf dem AVR NET-IO abgedruckt ist
|   |   |-Etherrape IP address: Gewünschte IP-Adresse
|   |-Default gateway: IP-Adresse des Routers (nötig für Zeitsynchronisierung mit Zeitserver im Internet)
|   |-TCP Support
|   |-UDP Support
|   |-ICMP Support
|   |-DNS-Support (bei Bedarf)
|   |   |-DNS Server IP address: IP-Adresse des Routers (nötig für Zeitsynchronisierung mit Zeitserver im Internet)
|- I/O
|   |-I/O abstraction model (Port I/O): Full Featured
|   |-Named and logic state I/O
|   |-RFM12 ASK
|   |   |-RFM12 ASK send
|   |   |   |-Verwendete Funksteckdosensystem(e) auswählen (z.B. Tevion)
|   |   |-RFM12 ASK external filter: Nötig für RFM12 ASK sensing
|   |   |-RFM12 ASK sensing:         Bei Bedarf; ermöglicht den Code von Funkfernbedienungen anzuzeigen 
|   |   |-Debugging ASK sensing:     Falls ASK sensing aktiviert wurde, sollte diese Option aktiviert werden
|-Applications
|   |-System Clock Support
|   |   |-Synchronize using NTP protocol
|   |   |-Adjust Clock to NTP Clock Signal
|   |   |   |-Ntp-Server: IP-Adresse des NTP-Servers (z.B. lokal im Netzwerk, falls NTP-Server installiert). 
|   |   |   |             Default, falls DNS aktiviert: pool.ntp.org / falls DNS nicht aktiviert: 213.133.123.125)

Nachdem alle Optionen ausgewählt wurden, kann folgendermaßen bestimmt werden, welche Webseiten im Webserver verfügbar sind:

|-General Setup
|   |-VFS (Virtual File System) support
|   |   |-VFS File Inlining
|   |   |   |-Inline configuration Page
|   |   |   |-Inline RFM12
|   |   |   |-Inline IO (Bei Bedarf. Bietet Zugriff auf sämtliche Controller IO-Ports)
|   |   |   |-Inline Named Pin

Nun können noch sog. Named Pins definiert werden. Damit ist es möglich, Ein- und Ausgänge mit einem selbstsprechenden Namen wie z.B. Steckdose_1 verwendet werden, anstatt PC4 (Port C / Pin4).

|- I/O
|   |-Edit named Pin configuration

Dadurch öffnet sich der Texteditor Nano, mit dessen Hilfe die Named Pins zu editieren. Standardmäßig sieht diese folgendermaßen aus:

# PIN | IN/OUT | When active? | Name
#-----+--------+--------------+----------------
PA0     OUTPUT   HIGH           p1
PA1     OUTPUT   HIGH           p2
PA2     OUTPUT   HIGH           p3
PA3     OUTPUT   HIGH           p4

Für das Beispiel sieht dies z.B. folgendermaßen aus:

# PIN | IN/OUT | When active? | Name
#-----+--------+--------------+----------------
PC4	OUTPUT	 HIGH		Steckdose_1
PC5	OUTPUT	 HIGH		Steckdose_2
PC6	OUTPUT	 HIGH		Steckdose_3
PC7	OUTPUT	 HIGH		Steckdose_4
PC2	OUTPUT	 HIGH		Reed_1
PC3	OUTPUT	 HIGH		Reed_2
PB0     INPUT    LOW            Taster_1
PD7     INPUT    LOW            Taster_2
PD6     INPUT    LOW            Taster_3
PD4     INPUT    LOW            Taster_4

Zum Speichern des Named Pin Files: STRG-O und mit ENTER bestätigen Zum Beenden des Editors: STRG-X

Nach dem Aktivieren aller gewünschter Optionen, das Konfigprogramm mit Exit verlassen und die Änderungen abspeichern.

Zum Schluss muss ethersex noch mitgeteilt werden, an welchen Pins die RFM12 Chip Select und Interrupt's angeschlossen sind:

gedit ~/Dokumente/ethersex/pinning/hardware/netio.m4

Den folgenden Bereich evtl. anpassen:

ifdef(`conf_RFM12', `dnl
/* port the rfm12 module CS is attached to */
pin(SPI_CS_RFM12, PD5, OUTPUT)
RFM12_USE_INT(1)
RFM12_ASK_SENSE_USE_INT(0)
')

Ethersex kompilieren

Evtl. vorhandene alte, während der Compilierung angelegt Files/Objectfiles werden entfernt:

make fullclean

Ethersex neu kompilieren:

make

IN ARBEIT

Optimierung Windows Zugriff

Beim Zugriff auf das Webinterface mittels Windows fällt ein deutlich langsamers Ansprechverhalten als unter Linux auf. Dies liegt daran, dass Ethersex TCP/IP Pakete versendet, die weniger Nutzdaten enthält, als in ein Paket passen würde. Windows wartet in so einem Fall 200ms bis es mit einem ACK antwortet. Ethersex wiederum wartet auf ein positives ACK, bis es das nächste Paket sendet. Dies führt zu den deutlichen Verzögerungen gegenüber Linux, das ankommende Pakete sofort mit einem ACK beantwortet. Man kann aber auch Windows das selbe Verhalten wie Linux beibringen. Dazu sind zwei Registrierungseinträger erforderlich:

• Regedit öffnen
• Schlüssel HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Tcpip\Parameters\Interfaces\<GUID> auswählen. <GUID> GUID ist dabei die GUID der Netzwerkkarte (erkennt man am einfachsten an der IP).
• TcpAckFrequency (Typ DWORD) = 1 setzen
• TcpDelAckTicks (Typ DWORD) = 0 setzen

Hinweis:
Die beiden Schlüssel vom Typ DWORD evtl. neu anlegen, falls diese noch nicht existieren sollten