Embedded Linux

[viron]

Για σε όλους,
για οποιον ενδιαφέρεται τα παρακάτw link:
Atmel Arm : www.at91.com
philips Arm : www.lpc2100.com
sharp Arm Board : http://store.earthlcd.com/marmalade
real time java for atmel AT91 family : http://www.rtjcom.com/home.html

Για embedded εφαρμογες ξεχαστε τα mini-itx, δεν ειναι φτιαγμενα για τετοιες εφαρμογες.

Βύρων.

[viron]

Και το τελευταιο που ξεχασα,
για οσους χρειαζονται για επαγγελματικούς λογους
στην http://www.sixnetio.com θα βρείτε PLC και πλήρη σειρά mοdules για industrial automation. (einai me linux , εχει και development κιτ αλλα τσουχτερό 10000$)

Βύρων.

[lefterism]

τσεκαρε την σελιδα του www.cs.man.ac.uk πηγαινε στο apt και στο asynchrnonous design, εκει εχουν κανει καποιους επεξεργαστες (σειρα AMULET) η οποια ειναι συμβατη με τον ARM αλλα Ασυνχρονης τεχνολογιας. Ισως εχει τιποτα παραπανω που να σε βοηθησει. Ειμουνα εκει την περασμενη εβδομαδα, εχουν ασχοληθει πολυ με ολα τα κομματια απο ALU Μεχρι μνημες cache.
(και εγω κανω phd στο newcastle στην ιδια περιοχη, αλλα περισσοτερο ασχολουμαστε με microcontrollers) αν μπορω να βοηθησω.

[pelasgian]

Το καλό με το linux ειναι, οτι μπορείς να κρατάς μεγάλα μερη του κώδικα κοινά. Κατα κάποιο τρόπο ενοποιείται η ανάπτυξη του λογισμικού, ειτε η εφαρμογή γινεται σε pc-based hardware είτε σε custom. Αυτο ειναι το σημαντικο!

Έχω καταφέρει να διατηρώ ΟΛΟΚΛΗΡΟ το software "as-is", σε όποια εφαρμογή αυτοματισμού μπορεί να περιγραφεί από θεωρία πεπερασμένων καταστάσεων (Finite states machine). Το λογισμικό μου ερμηνεύει on-the-fly τη λογική του συστήματος. Αυτή τη λογική τη δέχεται εξωτερικά υπό τη μορφή παραμέτρων, οι οποίες περιγράφουν μία σειρά βιομηχανικών διεργασίων αυτοματισμού ως διάγραμματα πεπερασμένων καταστάσεων.

Το σκεπτικό μου είναι ότι κανένας βιομηχανικός χρήστης δεν θέλει να αναπτύξει δικό του hardware για να αυτοματοποιήσει μία γραμμή παραγωγής. Ούτε θα κάτσει να σχεδιάσει δικά του συστήματα αισθητήρων και δραστών (actuators). Αντιθέτως, γράφουν συχνά το δικό τους λογισμικό, κάθε φορά σε άλλο «λειτουργικό», με άλλη μέθοδο, με άλλη γλώσσα και στο τέλος δημιουργείται ένα αλαλούμ και χρειάζονται glue languages κλπ.

Υιοθέτησα ανοικτό hardware (δηλαδή κάτι που υποστηρίζεται από ανοικτό software) και έγραψα ένα ανοικτό πρόγραμμα που μπορεί να υλοποιήσει οποιαδήποτε λογική μπορεί να περιγραφτεί από διαγράμματα πεπερασμένων καταστάσεων.

Αυτά τα διαγράμματα, μπορώ να εξετάσω με stateflow, όπως μπορώ να εξετάσω και τις αλληλεπιδράσεις πολλών ελεκτών που «συνεννοούνται» μεταξύ τους μέσω δικτύου για να συγχρονίσουν κοινή δράση.

Το λογισμικό το ονομάζω UMS, Universal Mechatronic Software και θέλω να το βελτιώσω ώστε να τρέχει σε οποιοδήποτε POSIX σύστημα. Είναι 200Kb, αλλά μάλλον θα μικραίνει κιάλλο. Προς το παρών είναι multitasking, αλλά θέλω να το κάνω multithreaded.

[sandman]

To κακο με την PC-Based αρχιτεκτονική ειναι οτι απαιτουνται για τις περισσότερες εφαρμογες κάρτες Ι/Ο. Πολυ καλη η χρηση των ΙΤΧ της VIA, αλλα οταν χρειαζεσαι καμμια εικοσαρια ψηφιακές εισοδους-εξοδους (κατ' ελάχιστο) και μερικες αναλογικές, τοτε πρέπει να πάρεις κάρτες. Αυτες οι κάρτες μάλλον ειναι σε μορφή PCI και ειναι και αρκετά ακριβές.

Δεκτό το επιχείρημα αλλά δεν είναι και τόσο μαύρα τα πράγματα όσο τα παρουσιάζεις. Αν θες παραπάνω I/O απ'οτι σου προσφέρουν οι σειριακές, που ούτως ή άλλως σε λίγα χρόνια θα εκλείψουν εντελώς, δεν έχεις παρά να συνδέσεις στην usb μια καρτούλα που προσφέρει επιπλέον IO, σαν αυτές εδώ
http://www.codemercs.com/IOWarriorE.html
http://www.devasys.com/usbi2cio.htm

Οι τιμές είναι αρκετά χαμηλές και μάλλον μπορείς να τις φτιάξεις και μόνος σου αγοράζοντας τα αντίστοιχα τσιπάκια (δεν είμαι ειδικός, αλλά το σχέδιο της πλακέτας φαίνεται πολύ απλό).

Βέβαια υπάρχουν και άλλα προβλήματα στο mini-itx όπως το μέγεθος πράγμα όμως θα βελτιωθεί με την έλευση του nano-itx στο τέλος του χρόνου, όπου όλη η πλακέτα έχει το μέγεθος ενός cd.

[Slammer]

Δεκτό το επιχείρημα αλλά δεν είναι και τόσο μαύρα τα πράγματα όσο τα παρουσιάζεις. Αν θες παραπάνω I/O απ'οτι σου προσφέρουν οι σειριακές, που ούτως ή άλλως σε λίγα χρόνια θα εκλείψουν εντελώς, δεν έχεις παρά να συνδέσεις στην usb μια καρτούλα που προσφέρει επιπλέον IO, σαν αυτές εδώ
http://www.codemercs.com/IOWarriorE.html
http://www.devasys.com/usbi2cio.htm

Τις εχω υπόψη μου, οπως και Ι/Ο με RS-485 βιομηχανικού τυπου, οπως αυτα εδω που ειναι και διαθεσιμα στην ελλαδα σε καλες τιμες....
http://www.motion.gr

Προσωπικά δεν θα εβαζα ποτέ περιφερειακό USB σε βιομηχανικό περιβάλλον. Φαντάσου μια USB καρτα να βρισκεται διπλα σε εναν τριφασικό inverter 10KW και να τον οδηγεί με αναλογικά σηματα.... Δεν θα ενιωθα καθόλου σιγουρος.....Αντιθετα συσκευες σαν αυτές παραπάνω με οδηγηση απο RS485 λειτουργούν αψογα...
(Οπως επίσης, σε καμμια περίπτωση δεν θα εβαζα windows ή windows CE.....)


Το θεμα ειναι οτι ξεφευγουμε απο τα πλαισια ενος embedded βιομηχανικού συστήματος. Ενα PC (σε οποια μορφη, δεν ειναι το προβλημα το μεγεθος) δεν ειναι η καταλληλοτερη λυση για τετοιες εφαρμογες. Το ιδανικό ειναι ενα embedded συστημα (το οποιο κανει boot και μπαινει στο κλειστο βρογχο ελέγχου σε μερικά ms, διαθέτει hardware watchdog, access των Ι/Ο σε επιπεδο μs και πληθος αλλων συστημάτων)

Εδω ομως, τονιζω, το σημαντικό ειναι οτι εχουμε κλασικά embedded συστηματα βασισμενα σε microcontrollers που τρεχουν linux. Το αποτέλεσμα ειναι ότι χρησιμοποιώντας κοινό API απολαμβάνουμε πληθος χαρακτηριστικών οπως TCP/IP, Multitasking κλπ και δεν τα γραφουμε απο την αρχη.
Φυσικά δεν εξετάζω την περίπτωση αγορας εμπορικού embedded λειτουργικού συστήματος που κοστιζει πάνω απο 15000 euro στην καλυτερη περιπτωση. Φυσικά πολύ μεγάλα μερη του κώδικα μπορούν να αναπτυχθούν σε desktop PC και στη συνέχεια να γινουν cross-compile στο target CPU.... Εχοντας δουλεψει λιγο με το τροπο αυτό, σαν διαβεβαιώνω οτι ειναι πολύ ευκολότερη η ανάπτυξη σε σχεση με τον κλασικό τροπο και κάνεις πράγματα τα οποία ηταν αδυνατο να γίνουν (πριν τρια χρόνια εφαγα 4 μήνες για να υλοποιήσω ενα απλό TCP stack σε 8051.... κολαση...)

[pelasgian]

Τα rs-485 δεν είναι άσχημα για έλεγχο. Για USB δεν έχω ακούσει και εγώ καλά λόγια μέχρι στιγμής. Εγώ χρησιμοποιώ κάρτες I/O που κάθονται σε AT και pc104 bus. Οι περισσότερες είναι με ρελέ για να αποφεύγονται «μπαμ» και έχουν οπτικά απομονωμένη είσοδο για τον ίδιο λόγο.

Δεν μπορώ να καταλάβω, γιατί ένα κλασσικό pc (δηλαδή 486/586) που τρέχει ένα πολύ ελαφρύ Linux είναι κακό, ενώ ένας embedded controller, που είναι ακόμα πιο αργός, τρέχοντας uCLinux θα πετύχει πρόσβαση σε Ι/Ο σε μs. Βρίσκεις 586 σε pc104 με 200 ευρώ και κάτω. Χώρια που βρίσκεις έτοιμα πράγματα όπως ethernet, modem, I/O (κάποια με interrupt -> του θέτεις ένα Input pattern και σου στέλνει signal πότε του ήρθε). Αντί να κάθεσε να προγραμματίζεις interrupt σε assembly το κάνει «μαμίσιο» αμέσως. Παίρνουν keyboards και touchscreens έτοιμα από το εμπόριο.

[sandman]

Προσωπικά δεν θα εβαζα ποτέ περιφερειακό USB σε βιομηχανικό περιβάλλον. Φαντάσου μια USB καρτα να βρισκεται διπλα σε εναν τριφασικό inverter 10KW και να τον οδηγεί με αναλογικά σηματα.... Δεν θα ενιωθα καθόλου σιγουρος.....Αντιθετα συσκευες σαν αυτές παραπάνω με οδηγηση απο RS485 λειτουργούν αψογα...

Οκ, σε τριφασικό inverter 10KW βάζεις αυτό που έβαζες εδώ και χρόνια και ξέρεις οτι δουλεύει 100%. Και πριν το αλλάξεις με οτιδήποτε φυσικά το δοκιμάζεις διεξοδικά σε ελεγχόμενο περιβάλλον για μεγάλο χρονικό διάστημα. Εγώ πάντως νόμιζα πως μιλάμε για hobby, όχι για βιομηχανικές λύσεις.

Το θεμα ειναι οτι ξεφευγουμε απο τα πλαισια ενος embedded βιομηχανικού συστήματος. Ενα PC (σε οποια μορφη, δεν ειναι το προβλημα το μεγεθος) δεν ειναι η καταλληλοτερη λυση για τετοιες εφαρμογες. Το ιδανικό ειναι ενα embedded συστημα (το οποιο κανει boot και μπαινει στο κλειστο βρογχο ελέγχου σε μερικά ms, διαθέτει hardware watchdog, access των Ι/Ο σε επιπεδο μs και πληθος αλλων συστημάτων)

Το boot time και το latency είναι θέμα software και όχι hardware. Δεν σε εμποδίζει τίποτα να βάλεις embedded linux ή οποιοδήποτε άλλο real-time OS(πχ QNX) σε x86 πλατφόρμα. Όσο για το watchdog, δεν νομίζω να είναι θέμα γιατί εκτός από την πλειάδα καρτών μπορείς να το υλοποιήσεις εύκολα και μόνος σου.

Πάντως με τους μικρούς και φθηνούς x86 επεξεργαστές δεν βλέπω τον λόγο ύπαρξης των ARM επεξεργαστών. Το I/O, που όντως είναι ένα πρόβλημα, δεν είναι εγγενές μειονέκτημα των x86 και μπορεί να αντιμετοπιστεί με πολλούς τρόπους όπως και τα περισσότερα άλλα προβλήματα.

Στην βιομηχανία καλά κάνετε και χρησιμοποιείτε ARM. Για έναν χομπίστα όμως δεν βλέπω λόγο να χρησιμοποιήσει ARM. Εγώ πχ θέλω να φτιάξω ένα ρομποτάκι στο στυλ pathfinder/beagle (στο σχήμα, όχι στην λειτουργικότητα) και από όσο έχω ψάξει μέχρι στιγμής είναι πού πιο εύκολο και φθηνό να το κάνω σε mini-itx όπου θα έχω πολύ εύκολα Ι/Ο από κάμερα, ήχο και wifi και όλα αυτά σε σχετικά μικρές τιμές (υπολογίζω κάτω από 400 Ευρώ, δεν ξέρω όμως πόσο θα κοστήσουν 2-3 sonar που θέλω, τα οποία θα βάλω αργότερα). Το μόνο που θα με παιδέψει αρκετά είναι ο έλεγχος των κινητήρων όπου αν δεν τα καταφέρω μόνος μου ίσως αγοράσω κάποιο έτοιμο kit.

[sandman]

Δεν μπορώ να καταλάβω, γιατί ένα κλασσικό pc (δηλαδή 486/586) που τρέχει ένα πολύ ελαφρύ Linux είναι κακό, ενώ ένας embedded controller, που είναι ακόμα πιο αργός, τρέχοντας uCLinux θα πετύχει πρόσβαση σε Ι/Ο σε μs.

Μια μικρή διόρθωση. Δεν θες απλά ένα ελαφρύ linux αλλά θέλεις ένα real-time linux, δηλαδή ένα linux που σου εγγυάται πως το μεγαλύτερο lattency δεν θα υπερβεί μερικά μs. Αυτήν την εγγύηση μπορούν να την δώσουν μόνο τα λειτουργικά πραγματικού χρόνου, και υπάρχουν πολλά modifications του linux που το κάνουν αυτό, όπως το RTLinux,RTAI και άλλα. Το ποιο γνωστό real-time OS είναι πάντως το QNX που απ'όσο ξέρω το χρησιμοποιεί και η NASA στα διάφορα projects της.

[pelasgian]

Το μόνο που θα με παιδέψει αρκετά είναι ο έλεγχος των κινητήρων όπου αν δεν τα καταφέρω μόνος μου ίσως αγοράσω κάποιο έτοιμο kit.

Έχω έτοιμο (κάπου!) ένα ηλεκτρονικό διαφορικό που δουλεύει με PWM (pulse width modulation) ώστε να ελέγξει απλά dc motors, στη βάση τριών IR transducers που διαβάζουν μία γραμμή στο πάτωμα.

Δουλεύει σε PIC με μία H-bridge. (άμα γυρίσω από αγγλία θα ψάξω στο πατάρι). Το πρόγραμμα είναι σε assembly. Είναι πολύ απλό να φτιάξεις κάτι τέτοιο. Αν θες βοήθεια, μου λες.

[Slammer]

pelasgian, να ξεκαθαρισω τα πράγματα.
Εχω χρησιμοποιησει επαγγελματικά τοσο υλοποιήσεις embedded με μικροελεγκτες, όσο και υλοποιήσεις σε pc αρχιτεκτονική. κάθε υλοποίηση εχει διαφορετικές εφαρμογές και υπάρχουν καποια κριτήρια επιλογής. Φυσικά και δεν θα υλοποιήσω μια κατασκευή βασισμένη σε ARM με πλήθως περιφερειακών όπως USB, VGA κλπ.
Οι υλοποιήσεις με μικροελεγκτές κάνουν χρήση των εσωτερικών (on-chp) χαρακτηριστικών του chip. Για παράδειγμα, δες τους επεξεργαστες ARM της ATMEL, διαθέτουν 80 Ι/Ο, 8 καναλια AD, Watchdog, 4 Σειριακές, Μνημη Flash, Μνημη RAM, Clock, PWM κλπ... όλα on-chip με 10 euro! Οταν λοιπόν η εφαρμογή γινεται με όλα αυτα και φυσικά υπάρχει η πιθανότητα για αναπαραγωγή αρκετών τεμαχίων, η λύση ειναι προφανής.

Δειτε για παράδειγμα, και σαν εφαρμογή embedded ενα ADSL modem, όπως το Jetspeed. Tα περισσοτερα modem τρεχουν σε ARM.

Αντίθετα, αν η εφαρμογή απαιτεί user interface, ποντικι, video κλπ... τοτε διαλέγω pc αρχιτεκτονική, και μάλιστα δεν χρησιμοποιώ ουτε καν PC104 και τέτοια. Αν ο χώρος το επιτρέπει, βάζω κανονικά motherboard (all-in-one) με καρτες Ι/Ο (οπως αυτές της advantech) και φυσικά προβλέπω μια ενισχυμένη θωράκιση του συστηματος. Δουλευει μια χαρά! Τελευταια μου δουλεια με pc αρχιτεκτονική, ενα τραπέζι συναρμολόγησης X-Y με 5 κάθετους αξονες.

To hardware με λιγα λόγια το διαλέγεις ανάλογα το project. Φυσικά και για χρηση hobby, η αρχιτεκτονική pc ειναι φθηνώτερη, φιλικώτερη και ταχύτερη, αυτο δεν το συζητάμε!

Οσον αφορά το λογισμικό η χρηση του linux σου εξασφαλίζει, πέρα απο τα πλεονεκτηματα που ανεφερα στα προηγούμενα, την εννοιαία αναπτυξη.

Τελος, οσον αφορά τις ταχύτητες access των Ι/Ο, στη περίπτωση των μικροελεγκτών κανεις χρήση εντολών αμεσης προσβασης στα embedded περιφερειακά του μικροελεγκτή (με inp, outp) παρακάμπτωντας το λειτουργικο γι αυτες τις ρουτινες και ετσι πετυχαίνεις πρακτικά ότι σου επιτρέπει το chip. Ενδεικτικά, με τον τρόπο αυτό, σε μια εφαρμογή ενος τριφασικού αναλυτή, κανω δειγματοληψεία 6 αναλογικών εισόδων σε συχνότητα 8 KHz ενω συγχρόνως παιζω με τα I/O για την λειτουργία των hold ενισχυτών. Ολα αυτά συμβαίνουν με αυστηρή χρονική ακολουθεία διαμέρισης 100 μs (μιλάω για τα on-chip I/O). Η κυρίως εφαρμογή, αναλαμβάνει τους υπολογισμούς, την ανάλυση fourier, και τη διαχείριση ενος μικρού LCD Display 20x4 χαρακτηρων.

Τελος πάντων ειναι ενα μεγάλο θεμα που φυσικά η επιλογη των υλικών δεν ειναι μονοδρομος.
Παρεπιπτόντως, η ΝΑSA χρησιμοποιεί και μια εκδοση linux για embedded εφαρμογες (η εκδοση δεν ειναι free). http://www.fsmlabs.com/

[pelasgian]

Για παράδειγμα, δες τους επεξεργαστες ARM της ATMEL, διαθέτουν 80 Ι/Ο, 8 καναλια AD, Watchdog, 4 Σειριακές, Μνημη Flash, Μνημη RAM, Clock, PWM κλπ... όλα on-chip με 10 euro! Οταν λοιπόν η εφαρμογή γινεται με όλα αυτα και φυσικά υπάρχει η πιθανότητα για αναπαραγωγή αρκετών τεμαχίων, η λύση ειναι προφανής.

Χρησιμοποιούσα κάποια Lonworks modules (γιατί οι εφαρμογές μου ήταν συστήματα σε μεγαλούτσικη απόσταση μεταξύ τους. Για να μεταφέρω το «σπαγγέτι» των I/O ήταν κόλαση, οπότε το δίκτυο βόλευτε.) Τα Lonworks είναι πάμφτηνα, αλλά ο επεξεργαστής τους είναι απλά για τα μπάζα.

Οι ARM είναι όντως ωραία φάση. Υπάρχουν τίποτα board που να τα έχουν όλα αυτά υλοποιημένα; Τα I/O είναι TTL ή optocoupled/relay; Έχεις κάνα link; Κανένα από αυτά με ethernet και σωστό TCP/IP;

Σημείωση, υπάρχει pc104 on a chip που έχει και αυτό όλους του ελεγκτές σε ένα chipακι (θα βρω το link!). Ακόμα υπάρχουν και οι crusoe με code morphing και χαμηλότατη κατανάλωση (το ουσιαστικό πρόβλημα των x86 σε embedded) όπως και οι geode.

Υπάρχει επίσης η λύση των ιεραρχικών συστήματών που έχει για τη βολή σου τα προγράμματα σε ένα pc, το οποίο μιλάει με φτηνά slaves μέσω rs485 δικτύων (με polling όμως).

[Slammer]

Υπάρχουν τίποτα board που να τα έχουν όλα αυτά υλοποιημένα; Τα I/O είναι TTL ή optocoupled/relay; Έχεις κάνα link; Κανένα από αυτά με ethernet και σωστό TCP/IP;

Τα οn-chip περιφερειακά ειναι πάντα στη στοιχειώδη μορφη...(μη τα θελουμε όλα δικά μας). Ο σχεδιαστης της πλακέτας, απλά τοποθετεί το chip, διαμορφώνει το interface (couplers, rele, RS232, RS485 κλπ) βάζει το τροφοδοτικό, τα βοηθητικά κυκλώματα κλπ.
Σαν βάση σχεδιασης χρησιμοποιούμε συνήθως το αναπτυξιακό του κατασκευαστή. Τελευταία εχουν βγει απο τη samsung, Arm μικροελεγκτές, που εκτός των κλασικών Ι/Ο ενσωματώνουν στο chip και ethernet.
Σωστό TCP/IP? Φυσικά! Το πληρέστερο TCP Stack που υπάρχει.. αυτό που ενσωματώνεται στο Linux...

[wintech2003]

Αυτο που συζητάτε έχει καμια σχέση με αυτα?

http://www.soekris.com/

[Slammer]

Αυτο που συζητάτε έχει καμια σχέση με αυτα?

http://www.soekris.com/

Σχετικό! Μια embedded κατασκευή communication controller.

Το βασικό μειονέκτημα της PC αρχιτεκτονικής ειναι η πολυπλοκοτητα της κατασκευής... ειτε χρειαζονται αρκετά μεγάλα τσιπάκια για να φιαχτεί ένα σύστημα, είτε τα τσιπάκια που τα ενσωματώνουν όλα, έχουν "δυσκολες" συσκευασίες (BGA πάνω από 300 πόδια) με αποτέλεσμα η υλοποίηση τους σε πλακέτες διπλής οψης να ειναι αδύνατη.

Ενδεικτικά, ενα πραγματικά μικρό embedded συστημα που τρέχει linux βρισκεται εδώ:
http://www.uclinux.org/ucsimm

Σε ενα μόνο σιμάκι 30 επαφών (Σαν τις παλιές μνήμες edo) υπάρχουν:
- 16MHz 68EZ328 DragonBall Microcontroller
- 2 MB FLASH ROM
- 8 MB DRAM
- 21 General Purpose I/O pins (or up to 13 with a graphic LCD panel enabled)
- a built-in display driver, capable of driving a monochrome LCD panel up to QVGA resolution (640x480)
- 10Base-T Ethernet Controller Chip
- RS-232 Serial Support
- High speed (1Mbit/sec) I2C or SPI 3 wire serial