LAB - RTOS - WIFI

Neste laboratório iremos modificar o exemplo RTOS-WIFI, que realiza uma requisição GET em um webserver (Flask) rodando em seu computador, onde o mesmo após receber essa requisição retorna um dado JSON.

Lab

IoT

IoT (Internet of Things) é um conceito que tem como objetivo a conexão entre objetos e a internet, ela faz parte da revolução da Industria 4.0 e está cada vez mais presentes em nossas vidas. Desenvolver sistemas embarcados muitas vezes envolvem conectar esses sistemas na internet, e isso pode se dar atráves de diversos meios:

1. Cabo de rede (Ethernet)
2. Conexão WIFI
3. 3G/4G/GSM
4. Sistemas de comunicação de baixa energia:
   • LoRa/ ...
5. Sistema de comunicação proprietário
   • AM/FM/...

Para cada aplicação existe uma forma de comunicação ideal, e vocês como engenheiros de computação devem estar cientes dessas formas e saber interagir com elas.

Nesse laboratório iremos explorar um pouco a comunicação WIFI em sistemas embarcados, para isso iremos conectar um módulo externo a nossa placa que servirá como 'placa de rede' do nosso microcontrolador, esse módulo é o WINC 1500.

WINC1500

Existem inúmeros módulos WIFI para serem utilizados em sistemas embarcados, você pode comprar microcontroladores que possuem toda a parte WIFI integrada no chip (exemplo: STM32), nesses casos não é necessário conectar um módulo externo, tudo está integrado no chip (tirando a antena)!

O módulo que iremos utilizar é desenvolvido pela Microchip e chama Winc1500

Esse módulo possui comunicação SPI (similar a UART, porém desenvolvida para comunicação entre chips) que será usada como interface de controle do uC para enviar/ receber um dado wifi, temos que nos comunicar com esse módulo. Essa parte está feita nos exemplos fornecidos, e é chamada de comunicação M2M: Machine-to-Machine.

Exemplo

Esse laboratório faz uso do exemplo disponível no repositório SAME70-Examples/RTOS/WIFI-WINC1500-get-RTOS-EXT1 que possui duas partes:

• python-server: servidor em flask que possui um forms e uma página de status que retorna um valor em json
• WIFI-RTOS-get: firmware a ser executado na nossa placa.

python-server

Acesse a pasta python-server que contém o script server.py, instale o flask via pip e execute o programa:

pip install -r requirements.txt --user
python server.py --host=0.0.0.0

O resultado esperado deve ser o seguinte:

➜  python-server git:(master) ✗ python server.py
 * Serving Flask app "server" (lazy loading)
 * Environment: production
   WARNING: This is a development server. Do not use it in a production deployment.
   Use a production WSGI server instead.
 * Debug mode: on
 * Running on http://0.0.0.0:5000/ (Press CTRL+C to quit)
 * Restarting with stat
 * Debugger is active!
 * Debugger PIN: 278-674-158

O servidor em Flask é simples e permite que alteremos uma variável led via um form e lermos o status via um get:

http://localhost:5000	http://localhost:5000/status

Preparando o WebServer

Para validar, conecte seu celular na mesma rede WIFi e acesse o ip da sua máquina na porta 5000 e valide se o webserver está funcionando.

WIFI-RTOS-get

Vamos agora explorar e executar o nosso firmware.

Conectando o hardware

Conecte o módulo WINC1500 no EXT-1 do kit de desenvolvimento.

Diagrama	Conexão

Entendendo o firmware

Vamos relembrar um pouco de camada física e Tecweb agora, toda vez que você acessa uma página da internet um socket é criado, este socket é um canal de comunicação TCP/UDP entre dois pontos via comunicação internet. Uma vez estabelecido o socket o client (no nosso caso o embarcado) pode fazer uma requisição (get) ou um envio de informação (post). Nesse exemplo iremos fazer um get no servidor que está rodando no seu computador.

Nosso firmware irá seguindo os seguintes passos a seguir:

1. WIFI (camadas: network access e internet)

   1. Conecta no roteador
   2. Busca IP no DCHP

2. Socket (camadas: application e transport)

   1. Cria novo socket
   2. Realiza get
   3. Lê ack
   4. Lê mensagem

tasks

O firmware exemplo possui duas tarefas: task_wifi e task_process, a primeira é responsável por realizar toda a comunicação com o módulo WINC1500 e fazer a inicialização da comunicação socket com o webserver em Python, a segunda é responsável por gerenciar as mensagens que serão enviadas para o servidor.

A task_wifi gerencia alguns callbacks de software, que são eventos gerados do módulo WIFI, existem vários callbacks que podem ser utilizados, nesse exemplo usamos:

• wifi_cb: callback de eventos relacionado a camada física do WIFI ( conexão, ssid list, ...)
• resolve_cb: callback relacionado a resolução de nome no DNS, se quisermos acessar um HOST_NAME e não um ip (google.com -> 10.21.3.12).
• socket_cb: eventos de socket (conexão/ nova mensagem/ erro/ ...)

A task_process aguarda um socket ter sido criado na task_wifi e quando isso for verdadeiro faz um envio de um comando do tipo get e aguarda por dois pacotes de retorno, o ack e a msg, que contém o payload requisitado (no nosso caso um json).

Essa tarefa foi implementada com a máquina de estados a seguir em mente, usando o operador switch case

 enum states {
    WAIT = 0,
    GET,
    ACK,
    MSG,
    TIMEOUT,
    DONE,
  };

Lab

Vamos agora começar o lab para valer, primeiro vamos executar o exemplo. Mas para isso é necessários configurarmos o módulo WIFI para acessar a rede que está disponível da sua casa.

Preparando o firmware

Devemos configurar o main.h do exemplo adicionando as informações do roteador na qual ele deve se conectar, edite o arquivo com as configurações da sua rede:

A configuração da rede:

/** Wi-Fi Settings */
#define MAIN_WLAN_SSID    "Corsi" /**< Destination SSID */
#define MAIN_WLAN_PSK     "corsiEmarco" /**< Password for Destination SSID */

IP e porta do servidor (seu computador):

#define MAIN_SERVER_PORT  5000
#define MAIN_SERVER_NAME  "192.168.42.42"

Resultados esperados

Terminal Window (Atmel Studio):

Terminal do flask:

192.168.0.107 - - [26/May/2020 16:51:07] "GET /status HTTP/1.1" 200 -
192.168.0.107 - - [26/May/2020 16:51:17] "GET /status HTTP/1.1" 200 -

/** Send buffer of TCP socket. */
#define MAIN_PREFIX_BUFFER                  "GET /status HTTP/1.1\r\n Accept: */*\r\n\r\n"

@app.route('/status', methods = ['POST', 'GET'])
def status():
  global led
  if request.method == 'POST':
      status = request.form
      led = status['LED']
      return render_template("status.html", status = status)
  else:
      return jsonify({'led' : led}), 200

Acionando LED conforme led:status

Vamos agora acionar o LED da placa conforme o status recebido no comando get, se valor igual a 0 apagamos o LED da placa e se valor igual a 1 acendemos o LED da placa.

Para isso, será necessário realizar o parse da mensagem HTML que é enviada pelo servidor, isso deve ser feito dentro da task_process. Lembre que nessa tarefa implementamos uma máquina de estados, e é no estado msg que possuímos a mensagem com o status do nosso LED.

  case MSG:
  printf("STATE: MSG \n");
  memset(g_receivedBuffer, 0, MAIN_WIFI_M2M_BUFFER_SIZE);
  recv(tcp_client_socket, &g_receivedBuffer[0], MAIN_WIFI_M2M_BUFFER_SIZE, 0);

  if(xQueueReceive(xQueueMsg, &p_recvMsg, 5000) == pdTRUE){
    printf(STRING_LINE);
    printf(p_recvMsg->pu8Buffer);
    printf(STRING_EOL);  printf(STRING_LINE);
    state = DONE;
  }
  else {
    state = TIMEOUT;
  };
  break;

A mensagem com o conteúdo (head + json) é salva no buffer p_recvMsg->pu8Buffer).

Content-Type: application/json
Content-Length: 15
Server: Werkzeug/1.0.1 Python/3.6.9
Date: Tue, 26 May 2020 20:23:04 GMT

{
  "led": 0
}

É necessário processar esse buffer e encontrar o valor que está associado ao led. A forma mais 'fácil' de se fazer isso com C é utilizando a função strstr, que retorna um ponteiro para o local de onde foi encontrado a substring.

The C library function char *strstr(const char *haystack, const char *needle) function finds the first occurrence of the substring needle in the string haystack. The terminating '\0' characters are not compared.

Fonte: https://www.tutorialspoint.com/c_standard_library/c_function_strstr.htm