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Timestamp:

Jan 28, 2014, 8:57:11 AM (12 years ago)

Author:

jpeeters

Comment:

--

SujetTP1

@@ +1 @@
+= Enoncé de TP1: 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 demander 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.
+
+A 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
+
+= 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:
+{{{
+$ source /users/enseig/jpeeters/m1.peri/export_rpi_toolchain.sh
+}}}
+
+Une fois le terminal configuré, vérifiez que le compilateur est accéssible:
+{{{
+$ which bcm2708hardfp-gcc
+}}}
+Si cette commande ne retourne rien, la configuration n'a pas fonctionnée.
+Appelez le chargé de TP pour vous aider.
+
+Votre suite d'outils (toolchain) contient tous les outils nécessaire pour
+la compilatio, 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
+caractéres: "bcm2708hardfp". Il d'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 le carte Raspberry Pi, il vous faut écrire un Makefile pour
+plus de facilité. Pour cela, suivez la syntaxe de base des Makefile:
+{{{
+cible: dépendences
+    commande
+}}}
+Notez bien que l'indentation de la seconde ligne doit OBLIGATOIREMENT être
+une tabulation et non un série d'espaces.
+
+Vous pourrez donc par exemple, écrire la règle de Makefile suivante:
+{{{
+helloworld.x: helloworld.c
+    bcm2708hardfp-gcc -o $@ $< -O2 -static
+}}}
+
+L'option "-static" est importante ici car la librairie C du compilateur croisé
+n'est pas tout à fait identique à la librairie C sur la carte Raspberry Pi.
+Ajouter "-static" à la ligne de compilation permet de créer un binaire qui
+contient en plus les fonction de la librairie C utilisée par votre programme.
+Ceci permettra à celui-ci de ne pas essayer d'utiliser des fonction de la
+librairie C installée sur la carte.
+
+Essayez toutes les variantes ou combinaison de programme C que vous souhaitez.
+
+== 2. Contrôle de GPIO en sortie ==
+
+Dans cette exercice, on vous propose de manipuler une pin du GPIO en mode
+"sortie" pour contrôler le clignotement d'une LED à une fréquence donnée.
+
+Avant de commencer à écrire du code, déterminez quelles sont les différentes
+étapes nécessaires depuis l'initialisation jusqu'à l'envoi des valeurs 0 ou 1
+sur le GPIO ?
+
+Dans un premier temps, on vous ne demande pas d'écrire le code spécifique
+à la manipulation des registres du contrôleur GPIO. Pour vous aider,
+vous avez à disposition une petite librairie "libgpio".
+
+Pour récupérer cette librairie, exécuter la commande suivante dans un
+terminal et dans le dossier que vous souhaitez pour contenir votre code pour
+ce premier TP.
+{{{
+cp -r /users/enseig/jpeeters/m1.peri/lab1 .
+}}}
+
+Editez le fichier lab1.c et ajouter le code que vous pensez nécessaire à la
+réalisation de cet exercice.
+
+ATTENTION: ne changez pas les valeur de GPIO_LED0 car vous risqueriez
+d'endommager la carte Raspberry Pi.
+
+Ensuite compilez le grâce au Makefile qui vous est fourni.
+
+Pour exécuter votre programme sur une carte Raspberry Pi, vous devez vous
+connecter en SSH sur la machine peri-gw:
+{{{
+$ ssh peri-gw
+}}}
+
+Une fois connecté, allez dans votre dossier qui contient votre programme
+compilé pour la carte. Ensuite téléchargez votre programme sur une des cartes
+disponibles comme indiqué par le chargé de TP.
+
+Qu'observez-vous ? Essayez de changer la fréquence de clignotement.
+
+== 3. Contrôle de plusieurs GPIO en mode "sortie" ==
+
+Refaites le même exercice que précedemment mais cette fois-ci configurer
+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 23.
+
+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 <a définir> en entrée. Et affichez la
+valeur de ces GPIO dans une boucle infinie (boucle d'échantillonnage).
+
+Une fois réalisé, compilé 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
+connecté 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 ?
+
+A supposer que vous êtes capable d'appuyez sur le bouton à une fréquence de
+10Hz (i.e. 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, quelle est la plus petit 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 objets
+précompilé 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 pointer 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 programmtion 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.