Microsoft Word - Diplom_ _knjiznjica_JPG_print.doc

Transkripcija

1 UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO Iztok Blazinšek RAZVOJ PRIKLOPNE POSTAJE ZA PLAČILNE TERMINALE MARGENTO mpos Diplomska naloga Maribor, september 2010

2

3 Diplomsko delo univerzitetnega študijskega programa RAZVOJ PRIKLOPNE POSTAJE ZA PLAČILNE TERMINALE MARGENTO mpos Študent: Študijski program: Smer: Mentor(ica): Somentor(ica): Iztok Blazinšek Univerzitetni, Elektrotehnika elektronika red. prof. dr. Zdravko Kačič dr. Amer Ul Haque Chowdhury Maribor, September 2010

4

5 Zahvala Zahvaljujem se mentorju prof. dr. Zdravku Kačiču in somentorju dr. Amorju Chowdhuryju, da sta me sprejela pod svoje mentorstvo in me spretno usmerjala pri nastajanju diplomskega dela. Zahvala gre tudi sodelavcem na Margentu za izkazano strokovno pomoč in nasvete. Za razumevanje in iskreno podporo se zahvaljujem vsem najbližjim, ki so mi v letih študija stali ob strani in me moralno ter finančno podpirali. Prav tako se zahvaljujem tudi vsem ostalim, ki so kakorkoli pripomogli k nastanku mojega diplomskega dela.

6

7 RAZVOJ PRIKLOPNE POSTAJE ZA PLAČNIŠKE TERMINALE MARGENTO mpos Ključne besede: priklopna postaja, mpos vmesnik, mpos ethernet, povezava plačniškega terminala do procesnega centra UDK: :004.7(043.2) Povzetek Diplomsko delo opisuje zasnovo in realizacijo priklopne postaje za plačniške terminale Margetno mpos. Jedro priklopne postaje predstavlja mikrokrmilnik ARM NXP LPC Naloga priklopne postaje je napajanje terminala in s tem polnjenje baterije ter zagotavljanje komunikacijske povezave med terminalom in procesnim centrom preko interneta. Terminal se na priklopno postajno poveže preko serijske povezave RS232, ko je terminal prisoten na priklopni postaji, v primeru pa, ko terminal ni prisoten, se poveže preko brezžične povezave s pomočjo modula Zigbee. Cilj diplomske naloge je zagotoviti robusten in zanesljiv sistem, ki bo skrbel za hitro in nemoteno komunikacijo med plačilnim terminalom Margento mpos ter procesnim centrom. II

8 DEVELOPMENT OF DOCKING STATION FOR MARGENTO mpos TERMINALS Key words: docking station, mpos Ethernet, mpos interface to Ethernet, transferring data from payment terminals to processing centres UDK: :004.7(043.2) Abstract This diploma work describes research, development and realization of docking station for Margneto mpos payment terminals. Docking station is responsible for providing power to the terminal, for recharging batteries and to provide Ethernet link to the Margento Procesing Centers. Terminal connects to docking station by wired and wireless communication. Wired communication is in use when terminal in present on the docking station. If customer removes the terminal, communication is automatically switched to wireless communication via Zigbee module. The objective of this diploma work is development and realization of robust and fast data transfer between the terminal and the Margento processing centers via Ethernet. III

9

10 Vsebina 1. UVOD Opis problema Zakaj izbrati ethernet povezavo? Teoretična rešitev problema Struktura diplomskega dela ZASNOVA SISTEMA Kratek opis celotne zasnove sistema Zahteve za izdelavo priklopne postaje Izbira komponent sistema Mikrokrmilnik NXP LPC Modul Zigbee PRO RAZVOJNO OKOLJE Keil uvision 3 IDE TI Code Composer Studio CodeGear Rad Studio - demo PROTOTIP SISTEMA Opis prototipa sistema Implementacija testnega okolja Aplikacija za testiranje prototipnega sistema Kratek opis Delovanje Rezultati testiranja testnega sistema IZVEDBA STROJENGA DELA SISTEMA 25 V

11 Vsebina VI 5.1 Opis strojnega dela sistema Razvoj tiskanega vezja Revizija A Revizija B Revizija C IZVEDBA PROGRAMSKEGA DELA SISTEMA Opis programskega dela sistema Protokol za prenos podatkov med plačilnim terminalom in priklopno postajo Kompozicija paketov Zanesljivost protokola Primer komunikacije med terminalom in priklopno postajo Programska rešitev na priklopni postaji Ogrodje sistema Implementacija ethernet vmesnika Povezava z višjimi nivoji aplikacije Programska rešitev na strani plačilnega terminala Margento mpos Ogrodje sistema Implementacija povezave preko serijskih vmesnikov Povezava z višjimi nivoji aplikacije Implementacija modula Zigbee Komandni način delovanja Podatkovni način delovanja Rezultati testiranja sistema Stres test sistema Test transakcij PRIMERJAVA Z OSTALIMI SISTEMI Microchip PIC 18FxxJ Microchip ENC modul Luminary Mico Stellaris PREDLOGI ZA NADALJNJE DELO 57

12 Vsebina VII 9. SKLEP LITERATURA PRILOGE 63

13 UPORABLJENI SIMBOLI: s Hz b/s baud/s MB/s - enota za merjenje časa (sekunda) - enota za frekvenco, en Hz ustreza enemu dogodku na sekundo (hertz) - hitrost prenosa podatkov (bits per second) - hitrost prenosa podatkov (bauds per second) - Hitrost prenosa (Mega Bits per second) UPORABLJENE KRATICE: IEEE TCP UDP IP MAC I/O ADC SPI PHY PSP TQFP ISO OSI USB A/D in D/A LAN GND inštitut inženirjev elektrotehnike in elektronike (Institute of Electrical and Electronics Enginners) oddajno sprejemi protokol (Transmission Control Protocol) datagram protokol (UserDatagram Protocol) Internet protokol (Internet Protocol) nivo krmiljenja dostopa do medija (Media Acces Control) vhodno - izhodni pin (Input Output pin) analogno digitalni pretvornik (Analog to Digital Converter) serijsko preriferno vodilo (Serial Peripherial interface) fizični oddajnik/sprejemnik za ethernet module (Phisical layer transceiver) paralelni port (Parallel Slave Port) tanko kvadratno ohišje za integrirana vezja (Thin Quad Flat Pack) mednarodna organizacija za standardizacijo (International Orgarnization for Standardization) sedemnivojski referenčni model zgradbe internet protokola (Open System Interconnection Basic Reference Model) univerzalno serijsko vodilo (Universal Serial Bus) analogno/digitalni in digitalno/analogni lokalno omrežje (Local Area Network) ničelni potencial (Ground) VII

14 Vsebina VIII FLASH vrsta pomnilnika, ki ga lahko prepišemo z uporabo namenskih programov (Flash Memory) RAM bralno pisalni začasni pomnilnik (Random Access Memory) ROM bralni pomnilnik (Read-Only Memory) EEPROM električno zbrisljiv in programabilen bralni pomnilnik (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) UART univerzalni asinhroni sprejemnik/oddajnik (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) Tx del UART-a, pošiljanje podatkov (Transmit) Rx del UART-a, prejemanje podatkov (Receive) CAN krmilnik CAN (Controller Area Network) SCI komunikacijski serijski vmesnik (Serial Communication Interface) LED svetleča dioda (Light-Emitting Diode) IDE integrirano razvojno okolje (Integrated Development Environment) RS232 serijski standard za povezovanje z drugimi napravami (Recommended Standard 232) TTL logika tranzistor-tranzistor (Transistor-Transistor Logic) I2C vodilo za prenos podatkov preko dveh linij (Inter- Integrated Circuit) I2S vodilo za prenos zvoka (Integrated Interchip Sound) JTAG protokol za testiranje tiskanih vezij (Joint Test Action Group) MII neodvisno medijsko vodilo (Media Independent Interface) RMII reducirano neodvisno medijsko vodilo (Reduced Media Independent Interface) MIIM vodilo za kontrolo modulov PHY Media Independent Interface Managment PC osebni računalnik (Personal Computer) UTP kabel za povezavo mrežne opreme ISP ponudnik internetnih storitev (Internet Service Provider) DOV prenos podatkov preko zvoka (Data Over Voice)

15 1. UVOD 1.1 Opis problema Danes je večina plačilnih terminalov zaradi varnostnih zahtev in sprotne obdelave podatkov permanentno povezanih s procesnimi centri. V ta namen potrebujejo zanesljivo komunikacijo in hiter dostop. To lahko dosežemo preko več prenosnih medijev, od katerih pa je najbolj razširjen ethernet, saj omogoča velike hitrosti ob nizkih stroških. To je še posebej dobrodošlo, saj je večina procesnih centrov povezanih s svetom preko etherneta Prav tako je potrebno za kontinuirano delovanje terminalov poskrbeti za polnjenje baterije, na uporabniku prijazen, hiter in zanesljiv način. 1.2 Zakaj izbrati ethernet povezavo? Ideja je uporabiti hiter, zanesljiv, dostopen in globalno razširjen prenosni medij. Pomembni podatki pri izbiri so: hitrost, zanesljivost in varnost, poraba mikrokrmilniških virov, kot sta procesorska moč in pomnilnik, poraba električne energije, začetna cena in cena uporabe. Tabela 1.1 podaja podatke za trenutno uporabljene komunikacijske kanale pri plačilnih terminalih Margento mpos: 1

16 1. UVOD 2 Tabela 1.1: Primerjava različnih standardov za prenos podatkov Karakteristike Medij Hitrost Zanesljivost Varnost Poraba procesorja /pomnilnika Poraba energije Začetna cena Cena uporabe ethernet o - / - o + + GSM / GPRS o / DOV -- o + -- / Legenda: ++ zelo dobro, + dobro, o srednje, - slabo, -- zelo slabo Iz tabele so razvidne prednosti in slabosti ethernet povezave. Prednosti so hitrost, zanesljivost in cena. Slabost je v porabi virov mikrokrmilniškega sistema, ker zahteva za procesiranje podatkov dokaj veliko RAM pomnilnika in procesorskega časa. Pri povezavi na ethernet je potrebno pri pošiljanju občutljivih informacij poskrbeti tudi za varnost, saj lahko v primeru, da je terminal povezan neposredno na javno omrežje, vsak z malo znanja podatke prestreže in pregleda, kar lahko povzroči zlorabo sistema. Zato je nujna uporaba ali zasebnih vodov za povezave terminalov do procesnih centrov, ali pa uporaba sistema zaščitnega kodiranja podatkov. Najbolj varna je uporaba obeh zaščitnih mer skupaj. 1.3 Teoretična rešitev problema Problem: o pošiljanje podatkov do procesnih centrov s pomočjo etherneta, o omogočanje polnjenja baterije, ko terminal ni v uporabi, o omogočanje brezžičnega dostopa do etherneta s pomočjo brezžičnega modula, o rešitev mora biti hitra in cenovno sprejemljiva. Rešitev: Kreiranje priklopne postaje, ki omogoča terminalu polnjenje baterije

17 1. UVOD 3 ob neuporabi, ob uporabi pa povezavo z visoko zmogljivim omrežjem. Prav tako moramo realizirati hiter in učinkovit protokol za prenos podatkov od terminala do priklopne postaje, sicer uporabljana povezava postane ozko grlo sistema. Zahtevani protokol mora v celoti podpirati: o zanesljiv prenos podatkov, o varen prenos podatkov, o preklope med žično in brezžično komunikacijo, ne da bi to vplivalo na uporabniško izkušnjo ali na potek transakcij v ozadju. V diplomski nalogi predlagana in obravnavana rešitev je hitra in cenovno ugodna, saj lahko ob osnovnih zmožnostih, ki so zgoraj navedene z zahtevami, ponuja še možnost nadgradnje sistema za bodočo uporabo. 1.4 Struktura diplomskega dela Za lažje razumevanje celotnega sistema je diplomska naloga razdeljena na enajst poglavij. Prvo poglavje razkriva uvodne misli in razlog za izvedbo takšnega sistema. V drugem poglavju je na kratko opisan celoten transakcijski sistem, zahteve za izdelavo sistema ter kratka primerjava med sistemi, ki so bili na voljo. Tretje poglavje je namenjeno pregledu uporabljenih razvojnih orodij. Uporabljena so tri razvojna orodja: TI CodeComposer, Keil uvision, in CodeGear RAD Delphi. V četrtem poglavju je podrobneje predstavljen prototipni sistem, ki smo ga prejeli od podjetja NXP. Predstavljeni so tudi testi izvedeni z njim. Peto poglavje opisuje implementacijo strojnega dela sistema (tiskano vezje in komponente). V tem poglavju so opisane tri glavne revizije tiskanega vezja priklopne postaje, razlike med njimi, ter izboljšave. Šesto poglavje je namenjeno programskemu delu rešitve. V njem je opisana rešitev s strani priklopne postaje ter s strani plačilnega terminala. Sedmo poglavje vsebuje kratko primerjavo s podobnimi sistemi in razloge, zakaj ti niso bili izbrani.

18 1. UVOD 4 Osmo poglavje opisuje možnosti in ideje za nadaljnje delo. Sistem, razvit v okviru diplomske naloge je odlična odskočna platforma za nadaljnje delo. Deveto poglavje je namenjeno zaključnim mislim in sklepom diplomskega dela. V desetem poglavju je našteta literatura, v zadnjem poglavju pa priloge k diplomi, ki zaključijo celotno delo.

19 2. ZASNOVA SISTEMA 2.1 Kratek opis celotne zasnove sistema Sistem je zasnovan z namenom prenosa podatkov od plačniškega terminala do procesnih centrov. V tem krogu ima vsaka naprava gradnik sistema - svojo nalogo: Slika 2.1: Shema prenosa informacij od plačniškega terminala do procesnega centra Glavni gradniki sistema so: plačniški terminal ki lahko komunicira s podatkovno postajo na dva načina: o neposredno preko priključkov na hrbtni strani (Konfiguracija 1,) o preko brezžične povezave s pomočjo modula Zigbee (Konfiguracija 2) priklopna postaja ta je povezava na napajanje prek 12 V zunanjega vira, za komunikacijo z zunanjim svetom pa uporablja povezavo ethernet (prek osemžilnega UTP kabla) mrežna oprema za povezavo na internet (to so lahko usmerniki, stikala, modemi ). Ti so na shemi simbolizirani z usmernikom. Mrežna oprema se nato preko ISP ponudnika poveže na internet. Margento procesni center je sistem naprav, ki omogočajo prenos, shrambo in obdelavo podatkov. Najpomembnejši deli so: 5

20 2. ZASNOVA SISTEMA 6 o mrežna oprema ki skrbi za pravilno delovanje strežnikov in hkrati onemogoča neželen dostop o strežniki na katerih tečejo: različne komponente za kodiranje dekodiranje podatkov in obdelavo le teh podatkovna baza za shranjevanje podatkov Procesni center mora omogočati dostop tudi zunanjim komponentam, saj preko teh ponudniki storitev ponujajo svoje storitve. tuji ponudniki storitev če želimo prodajati artikle določenega ponudnika, moramo pridobiti podatke, kateri produkti so na voljo, koliko jih lahko prodamo in kakšna je njihova cena. Za to poskrbi ponudnik s povezavo do podatkovne baze na Margento procesnem centru ali pa se procesni center poveže s ponudnikovo podatkovno bazo, ki vsebuje potrebne podatke. V diplomski nalogi je kot glavna komponenta obravnavana priklopna postaja. 2.2 Zahteve za izdelavo priklopne postaje Na začetku vsakega projekta je potrebno najprej definirati zahteve, s pomočjo katerih lahko nato izberemo komponente sistema. Za izvedbo priklopne postaje so bile postavljene naslednje zahteve: vgrajeni modul za povezavo na ethernet s čim manj komponentami, dovolj hiter procesor za izvajanje operacij kot so: o obdelovanje paketov preko etherneta, o sočasno izmenjevanje podatkov s plačniškim terminalom Margento mpos, dovolj velik FLASH in RAM pomnilnik, dovolj veliko število modulov UART (potrebujemo štiri module UART), vodilo SPI za priključitev zunanjega FLASH in EERPOM pomnilnika, zagonski nalagalnik (»Boot Loader«,) in z njim možnost oddaljene posodobitve programske opreme priklopne postaje, možnost pridobitve sestavnih delov od podjetja, ki že sedaj skrbi za nabavo ostalih delov,

21 2. ZASNOVA SISTEMA 7 možnost nadgradnje sistema, če je na voljo oprema za razvoj (JTAG, vezje za programiranje, razvojno okolje in vsa potrebna programska oprema), nizka cena. Vse te zahteve definirajo, kakšno bo delovanje in končno ceno sistema. Ko so bile definirane vse zahteve, smo z delom lahko nadaljevali, in sicer z iskanjem komponent za izvedbo sistema. 2.3 Izbira komponent sistema Najpomembnejša izbira pri implementaciji sistema je mikrokrmilnik, ki predstavlja jedro platforme in brezžični modul, ki skrbi, da se podatki, ob odsotnosti plačniškega terminala s priklopne postaje prenesejo k le-tej s pomočjo brezžične povezave. Izbrani mikrokrmilnik je LPC2366 podjetja NXP, za brezžično komunikacijo pa skrbi modul Zigbee. Pozornost smo namenili tudi dobaviteljem, uvoznikom in distributerjem opreme. Pomemben faktor je tudi dosegljivost orodij za delo z mikrokrmilnikom ter programska oprema, ki sodi zraven Mikrokrmilnik NXP LPC 2366 Ob upoštevanju navedenih zahtev je bil izbran sistem, ki temelji na mikrokrmilniku z arhitekturo ARM in sicer LPC 2366 [1]. Mikrokrmilnik ponuja rešitev na vse navedene zahteve, podpira frekvenco ure do 72 MHz, ima 4 ločene module UART, dovolj FLASH in RAM pomnilnika, vsebuje vodilo SPI ter ima na voljo zagonski nalagalnik (»Boot Loader«), s pomočjo katerega je lahko posodobimo programsko opremo priklopne postaje z oddaljene lokacije. Njegove glavne značilnosti so: 32 bitna ARM7TDMI-S arhitektura, 72 MHz ura procesorja 256 kb FLASH programskega pomnilnika, 58 kb SRAM pomnilnika, vgrajeni Ethernet modul 10/100 MAC z DMA vodilom, Slika 2.2.1: LPC23xx podpora USB 2.0,

22 2. ZASNOVA SISTEMA 8 70 GPIO vhodov - izhodov 10 bitni ADC, 10 bitni DAC, integriran RTC, I 2 S, trije I 2 C in SPI/SSP vmesniki, vsaki periferni napravi lahko posebej določamo uro, vektorska prekinitvena tabela. Že po osnovnih karakteristikah lahko vidimo, da gre za kvaliteten in hiter mikrokrmilnik. Za priklopno postajo so posebej pomembni UART vmesniki in ethernet modul. Na končnem sistemu mikrokrmilnik deluje s hitrostjo 60 MHz, saj je to za trenutne potrebe sistema čisto dovolj, frekvenca pa omogoča - s pravilno izbiro deliteljev - tudi zelo natančno nastavitev frekvenc za periferne vmesnike.

23 2. ZASNOVA SISTEMA 9 Slika 2.2: Blok diagram LPC23xx Mikrokrmilnik vsebuje vgrajen ethernet MAC modul, ki se s modulom PHY poveže preko vodila RMII za prenos podatkov in vodila MIIM za konfiguriranje in krmiljenje modula. Vodilo RMII ni idealno, ker ima za prenos podatkov od in do mikrokrmilnika na voljo le po dve liniji za sprejem in pošiljanje podatkov, kar pomeni da mora delovati pri dvakrat višjih frekvencah, kot če bi bilo uporabljeno vodilo MII: [ ] hitrost povezave Mb/s 100 f (vodila RMII) = = = 50 MHz (2.1) število podatkovnih linij 2 medtem ko je hitrost vodila pri uporabi MII vmesnika za polovico manjša:

24 2. ZASNOVA SISTEMA 10 [ ] hitrost povezave Mb/s 100 f (vodila MII) = = = 25 MHz (2.2) število podatkovnih linij 4 Zaradi višje hitrosti povezave moramo nameniti več pozornosti načrtovanju tiskanega veza, saj lahko ob neupoštevanju določenih pravil pride do desinhronizacije podatkovnih in vzorčnih ur vodila. Glavne značilnosti modula MAC so: 10 in 100 Mb/s PHY integrirana vezja s standardi 10 Base-T, 100 Base -TX, 100 Base FX in 100 Base-T4, polna podpora standardu IEEE 802.3, polni in polovični prenos podatkov (»full in half duplex«), fleksibilno pošiljanje in sprejemanje paketov, podpora VLAN okvirjem, neodvisni pomnilnik za pošiljanje in sprejemanje podatkov, DMA prenos podatkov, filtriranje sprejetih podatkov, pošiljanje enemu, mnogim ali vsem uporabnikom (»unicast«,»multicast«in»broadcast«), avtomatsko vstavljanje CRC podatkov za pošiljanje, podpora nestandardnim okvirjem, avtomatsko ponovno pošiljanje podatkov, če pride do napake,»zbudi se«s pomočjo ethernet modula( wake-upon LAN event). Slika 2.3: Blok diagram modula ethernet

25 2. ZASNOVA SISTEMA 11 Zakaj smo za sistem izbrali tako močan mikrokrmilnik za izvajanje preprostih operacij, kot je prenašanje podatkov iz enega vmesnika na drugega? Res je, da za preklopno postajo ne potrebujemo toliko hitrosti, saj se prenašajo majhni paketi, pa še to največkrat le do deset paketov. Razlog za našo izbiro je poznejša nadgradnja sistema. Sistem naj bi v prihodnosti znal v realnem času modulirati in demodulirati zvočne signale, za kar pa potrebujemo večjo procesorsko zmogljivost Modul Zigbee PRO Za brezžično povezavo plačilnega terminala do priklopne postaje smo izbrali modul Zigbee (Xbee) PRO [4]. Glavne značilnosti tega modula so: deluje na frekvenčnem področju 2.4 GHz, moč izhodnega signala je 60W (18 dbm), doseg do 1.6 km, integrirana čip antena, možnost zunanje antene, preprosta komunikacija preko AT komand, omogočen tudi nizko porabni način delovanja, odobren za delovanje v ZDA, Kanadi, Avstraliji in Evropi. Slika 2.4: Modul Zigbee PRO Zigbee komunicira z mikrokrmilnikom preko RS232 vodila pri TTL nivojih napetosti (3.3 V).

26 2. ZASNOVA SISTEMA 12 Slika 2.5: Primer povezave modula Zigbee Zigbee ima dva glavna načina delovanja: komandni način, kjer lahko modul preko AT komand konfiguriramo, ga posodabljamo. podatkovni način, ki služi za prenašanje podatkov med moduli. Modul Zigbee je podobno kot moduli WiFi sposoben prenašati podatke v načinu uporabnik uporabniku, uporabnik več uporabnikom ali uporabnik vsem uporabnikom (»unicast, broadcast in multicast«) načinih. Ima pa več prednosti: velik doseg (govorimo o zračni liniji), možnost prenašanja točka do točke (»point to point«), pomeni, da lahko imamo več modulov Zigbee v vrsti, ti pa si nato sami med sabo posredujejo podatke. Ni nujno, da je pošiljatelj v dosegu sprejemnika, zagotoviti je treba le, da je vmes dovolj modulov, ki sestavljajo mrežo od pošiljatelja do sprejemnika, majhna obremenitev procesorja, saj mora ta le poslati in sprejeti podatke, ne da bi se ukvarjal z nižjimi nivoji, preko izhoda RSII se lahko zajema moč signala, ki ga modul Zigbee podaja s pomočjo PWM modulacije. Za pravilno delovanje pa mora imeti modul Zigbee nastavljene določene parametre.

27 3. RAZVOJNO OKOLJE Delo na projektu je potekalo v treh fazah: načrt in dizajn aplikacije na priklopni postaji, načrt in dizajn aplikacije na plačilnem terminalu Margento mpos, načrt in dizajn aplikacije za testiranje učinkovitosti sistema. Za vsako fazo je bilo potrebno svoje razvojno okolje: Keil ARM uvision IDE [2] za razvoj programske rešitve na priklopni postaji, TI Code Composer Studio [3] za razvoj programske rešitve na terminalu, CodeGear Rad Studio 2010 [6] za razvoj testnega programskega okolja. 3.1 Keil uvision 3 IDE ARM uvision 3 IDE [2] proizvajalca KEIL je programsko okolje namenjeno razvoju aplikacij na mikrokrmilnikih z ARM-ovim jedrom. Priklopna postaja uporablja LPC 2366 procesor, ki vsebuje jedro ARM7TDMI-S. Programsko okolje kombinira projektno vodenje, programiranje, razhroščevanje (v kombinaciji z ulink razhroščevalnikom,) in simulacijsko ogrodje. Orodje omogoča hitro zasnovo, nadzor in produkcijo programskih rešitev. Odlična je tudi prenosljivost kode med različnimi mikrokrmilniki v družini. To je pomembno, saj je testni sistem vseboval mikrokrmilnik LPC 2378, na tej platformi razvito kodo pa lahko nato brez problema prenesemo na končno verzijo opremljeno z mikrokrmilnikom LPC2366. Uporabnik mora na začetku projekta le izbrati platformo, na kateri razvija programsko opremo, in če uporabljano opremo nato želi prenesti na drugo platformo, katere mikrokrmilnik je iz iste družine, samo zamenja mikrokrmilnik v nastavitvah projekta, za vse ostalo pa poskrbi razvojno okolje. Edino opravilo, ki je potrebno preden je programska oprema prenesena in deluje na novi platformi, je sprememba naslovov perifernih vmesnikov ter nastavitev vhodov in izhodov na katere so ti povezani. 13

28 3. RAZVOJNO OKOLJE 14 Pomembna je tudi dostopnost okolja. Pri izvedbi naloge smo za testne namene pridobili v uporabo brezplačno demo verzijo okolja IDE uvision3, ki povsem zadostuje za začetne korake razvoja. Slika 3.1: IDE uvision3 Slika 3.1: ulink 2 razhroščevalnik

29 3. RAZVOJNO OKOLJE TI Code Composer Studio Code Composer Studio IDE [3] je namenjen razvoju programskih rešitev za mikrokrmilnike in DSP-je podjetja Texas Instruments. Code Composer Studio omogoča razvoj in razhroščevanje programske kode na vgrajenih aplikacijah. V njem je vgrajen urejevalnik za kodo, podpora tako za Texasove razhroščevalnike kot tudi za razhroščevalnike drugih podjetij (v primeru razvoja priklopne postaje se je uporabljal razhroščevalnik Blackhawk USB2000). Slika 3.2: Code Composer Studio IDE Slika 3.3: Blackhawk USB2000 razhroščevalnik

30 3. RAZVOJNO OKOLJE CodeGear Rad Studio - demo CodeGear Rad studio [6] (sedaj od podjetja Embarcadero,) ponuja programsko okolje za pisanje okenskih (»windows«) aplikacij v programskem jeziku Delphi, ki ga je mogoče brezplačno testirati do 30 dni. V njem se nahajajo že vse standardne knjižnice, ki so potrebne za osnovno delo za obdelavo datotek, periferije in grafičnega vmesnika. Dodani sta še dve eksterni komponenti, za lažje delo s serijskim vmesnikom in mrežno povezavo. Te komponente so: ComPort komponenta, OverByte ICS za delo z mrežno opremo. Programsko orodje smo izbrali zaradi predhodnega poznavanja, saj smo z njim že razvijali podobne aplikacije. Orodje smo uporabili za kreiranje stres testov aplikacije, ki je testirala demo sistem in nato še končno platformo priklopne postaje.

31 4. PROTOTIP SISTEMA 4.1 Opis prototipa sistema Po končni odločitvi glede platforme, na kateri bo temeljil razvoj priklopne postaje, smo morali platformo pred nadaljnjim razvojem preizkusiti. V ta namen smo od distributerja EVB pridobili vzorec razvojne plošče»chameleonarm«proizvajalca NXP [1]. Pri NXP-ju se je ideja za ta razvojni sistem porodila, ko je na trg prišla nova družina 32-bitnih ARM 7 mikrokrmilnikov LPC23xx. Bistven sestavni del te družine mikrokrmilnikov je vgrajeni ethernet modul. Glavna komponenta prototipa je mikrokrmilnik LPC2378 z ARM7TDMI-S jedrom. Mikrokrmilnik ima vgrajen ethernet MAC modul, ne pa tudi fizičnega za neposredno povezavo na ethernet. To pomeni, da je potrebno dodati zunanji modul PHY, ki se na mikrokrmilnik poveže preko RMII vodila za prenos podatkov in MIIM vodila, za krmiljenje modula PHY. Ta nato omogoča neposredno povezavo na ethernet priključek (vmes je le še transformator 1:1 in nekaj pasivnih komponent,) preko RJ45 vtikača. Ploščica vsebuje tudi druge standardne vmesnike kot so UART, SPI, I2C, I2S, in JTAG. Slika 4.1: ChameleonARM testna ploščica 17

32 4. PROTOTIP SISTEMA Implementacija testnega okolja Po pregledu dokumentacije za testno ploščico smo lahko začeli z njo tudi eksperimentirati. Najprej smo pripravili razvojno okolje IDE uvision3 in razhroščevalnik ulink2. Ko je bilo vse to urejeno, smo lahko začeli s prvim testiranjem testne ploščice. NXP doda zraven testne platforme tudi nekaj demo programov. Te smo preizkusili najprej. S tem je bil pridobljen tudi prvi vtis, kako deluje razvojno okolje, JTAG in testna ploščica. V priloženih demo programih je največ pozornosti vzbudila testna aplikacija»easyweb«. Aplikacija ponuja izpis preproste spletne strani z mikrokrmilnikom. V ta namen uporablja nizko potrošni TCP/IP sklad. Uporabnik mora samo pravilno nastaviti podatke IP vmesnika in aplikacija že deluje. S tem testom smo ugotovili, da je mikrokrmilnik sposoben hitro in učinkovito izmenjevati podatke preko ethernet vmesnika. Naslednji korak je bil stres test aplikacije. Želeli smo izvedeti več o obnašanju mikrokrmilnika, pod določenimi pogoji delovanja. Zelo pomembno je kako hitro lahko podatke sprejema in oddaja preko ethernet vmesnika, ter nato dobljene podatke pošlje naprej prek vodila RS232 k drugi napravi. Za to napravo smo napisali aplikacijo, ki je bila zadolžena za preverjanje hitrosti in učinkovitosti pošiljanja podatkov preko serijske in ethernet povezave. 4.3 Aplikacija za testiranje prototipnega sistema Kratek opis Potreba po aplikaciji, ki testira sistem (uporabljena pa je bila tudi za testiranje končnega sistema,) je bila velika, saj smo le tako mogli določiti meje zmogljivosti mikrokrmilnika. Aplikacija smo izdelali v IDE CodeGear 2010, s programskim jezikom Delphi. Razvojno okolje je primerno za hiter razvoj okenskih (»windows«) aplikacij, hkrati pa so bili na voljo nekateri že ustvarjeni deli programske opreme, ki so poenostavili razvoj aplikacije.

33 4. PROTOTIP SISTEMA 19 Slika 4.2: Aplikacija za stres test sistema Delovanje Za pravilno delovanje aplikacije morajo, biti izpolnjeni naslednji pogoji: pravilno konfigurirana serijska povezava RS232, pravilno vmesna IP naslov in vrata, pravilno nastavljeni parametri testa: o zakasnitev povezave (»Connection delay«) čas, ki pove aplikaciji kako dolgo naj čaka po prejemu zadnjih podatkov pred začetkom novega testa. Pozorni moramo biti na minimalni čas: t min zakasnitev povezave = t min odpiranja IP povezave + t min zapiranja IP povezave + t čas potovanja paketa o zakasnitev pošiljanja (»Transmit delay«) čas, ki določa kako hitro si sledijo paketi eden za drugim. o zakasnitev odgovora (»Delay response«) čas, ki določa kako dolgo PC zakasni odgovor, ko prejme paket preko IP-ja

34 4. PROTOTIP SISTEMA 20 Ti parametri so kritični, saj se moramo zavedati, kaj lahko pričakujemo od sistema. Tako recimo zakasnitev pošiljanja ne sme biti manjša kot je čas celotnega potovanja paketa (»Round trip«). t potovanja paketa = 2 * t prenos preko RS232) + 2 * t prenos preko etherneta + t zakasnitev na strežniku Aplikacija deluje na način prenašanja podatkov do in iz priklopne postaje preko ethernet vmesnika in serijske povezave RS232. Deluje na naslednji način: preko povezave RS232 podamo ukaz za odpiranje IP povezave, takoj, ko se povezava vzpostavi, se pošlje preko strežnika prvi paket mikrokrmilniku, nato se izmenja 12 (ali več) paketov različne velikosti (od 100 b do 1.4 kb), ti paketi potujejo preko vmesnika UART na mikrokrmilnik, ki jih prenese na ethernet povezavo, preko katere nato potujejo nazaj na računalnik kjer jih sprejme strežnik TCP, ta pa nato podatke spet pošlje nazaj proti mikrokrmilniku (preko etherneta), ki jih sprejme in jih preko vmesnika UART vrne nazaj na računalnik, ko so bili vsi paketi poslani, pošljemo ukaz za zapiranje IP povezave Slika 4.3: Pregled prenosa podatkov med testnim programom in priklopno postajo Pri vsakem sprejemu na PC-ju se tudi preveri pravilnost prejetih podatkov. Če so bili vsi podatki pravilno sprejeti in poslani v vsaki točki, je test uspešen.

35 4. PROTOTIP SISTEMA Rezultati testiranja testnega sistema Opravili smo testiranja pri več različnih velikostih paketov in različnih konfiguracijah testnega okolja. Uporabili smo sledeče konfiguracije: konfiguracija 1: o lokalni IP o zakasnitev povezave: 1 s o zakasnitev pošiljanja: 1 s o zakasnitev odgovora: 2 ms o baud: konfiguracija 2: o lokalni IP o zakasnitev povezave: 1 s o zakasnitev pošiljanja: 1 s o zakasnitev odgovora: 2 ms o baud: konfiguracija 3: o lokalni IP o zakasnitev povezave: 0,5 s o zakasnitev pošiljanja: 0,3 s o zakasnitev odgovora: 0 s o baud: konfiguracija 4: o zunanji IP 213.xxx.xxx.xxx o zakasnitev povezave: 2 s o zakasnitev pošiljanja: 0,4 s o zakasnitev odgovora: 0 s o baud:

36 4. PROTOTIP SISTEMA 22 Rezultati: Tabela 4.1: Rezultati pri prenosu paketov velikosti 100 b Slika 4.4: Rezultati pri prenosu paketov velikosti 100 b Tabela 4.2: Rezultati pri prenosu paketov velikosti do 400 b Parametri testiranja Konfiguracija Odpiranje IP povezave [ms] Zapiranje IP povezave [ms] UART čas pošiljanja podatkov [ms] TCP čas sprejema podatkov [ms] TCP čas oddaje [ms] Celoten čas potovanja podatkov [ms] 1 60~ ~ ~ ~ Parametri testiranja Konfiguracija Odpiranje IP povezave [ms] Zapiranje IP povezave [ms] UART čas pošiljanja podatkov [ms] TCP čas sprejema podatkov [ms] TCP čas oddaje [ms] Celoten čas potovanja podatkov [ms] 1 v ~ ~ ~

37 4. PROTOTIP SISTEMA 23 Slika 4.5: Rezultati pri prenosu paketov velikosti do 400 b Tabela 4.3: Rezultati pri prenosu paketov velikosti 1 kb parametri testiranja Konfiguracija Odpiranje IP povezave [ms] Zapiranje IP povezave [ms] UART čas pošiljanja podatkov [ms] TCP čas sprejema podatkov [ms] TCP čas oddaje [ms] Celoten čas potovanja podatkov [ms] 1 60~ ~ ~ ~

38 4. PROTOTIP SISTEMA 24 Slika 4.6: Rezultati pri prenosu paketov velikosti 1 kb Iz rezultatov lahko razberemo, da je čas prenosa odvisen predvsem od velikosti paketa in hitrosti prenosa paketa po serijski povezavi. Test je tudi pokazal pomembnost odpiralnih in zapiralnih časov IP povezave, saj se takrat na IP povezavi porabi največ časa, ko pa je IP povezava vzpostavljena, se podatki zelo hitro prenesejo. Potreben čas za odpiranje IP povezave je odvisen tudi od lokacije strežnika, na katerega se sistem povezuje; če je strežnik lokalen, se povezava vzpostavi zelo hitro, v nasprotnem primeru pa postopek traja dlje. Prav tako je razvidna razlika, če se na nek strežnik povezujemo prvič, saj se mora takrat izvesti ARP protokol (»Address Resolution Protocol«) protokol, ki na osnovi podanega IP naslova pridobi MAC naslov strežnika), ki pridobi MAC naslov prejemnika, v nasprotnem primeru pa ima ta naslov shranjen v tabelah že uporabljenih MAC naslovov. Rezultati dajejo jasno sliko, da je IP povezava stabilna in dovolj hitra za sistem priklopne postaje, hkrati pa lahko iz testov razberemo, da ko se bo začela načrtovati priklopna postaja, bo potrebno nekaterim stvarem nameniti več pozornosti.

39 5. IZVEDBA STROJENGA DELA SISTEMA 5.1 Opis strojnega dela sistema Strojni del priklopne postaje je preprost; vse, kar mora zagotavljati je zanesljiva povezava do strežnikov, in s tem do procesnih centrov, preko etherneta. Prvi korak je implementacija povezave terminala in priklopne postaje preko serijskega vmesnika RS232 z uporabo učinkovitega protokola. Glavna komponenta sistema je mikrokrmilnik LPC2366, ki je izvedenka v testnem sistemu uporabljenega mikrokrmilnika LPC2378. Na tiskanini priklopne postaje je prišlo tudi do nekaterih sprememb; najpomembnejša je, da smo zaradi veliko manjše cene zamenjali modul PHY na plošči, in sicer DP83848, z ADM7001. Mikrokrmilnik podpira štiri vmesnike UART, preko katerih priklopna postaja komunicira s terminalom, zunanjimi napravami in modulom Zigbee: UART 0 je namenjen neposrednemu programiranju priklopne postaje, in tudi povezavi eksternih naprav na priklopno postajo, UART 1 je namenjen neposredni povezavi terminala z priklopno postajo, ko je terminal prisoten, UART 2 trenutno ni uporabljan, UART 3 je namenjen povezavi z modulom Zigbee Priklopna postaja vsebuje tudi različne spominske module, kot sta EEPROM in FLASH pomnilnik, ki komunicirata z mikrokrmilnikom preko SPI vodila. 5.2 Razvoj tiskanega vezja Tiskano vezje smo razvili s pomočjo programa Altium Designer. Poleg zgoraj opisanega mikrokrmilnika in modula Zigbee vsebuje tiskano vezje za pravilno delovanje še: 25

40 5. IZVEDBA STROJENGA DELA SISTEMA 26 Napetostni regulator, ki zagotavlja pravilne nivoje napetosti za mikrokrmilnik in periferijo, modul PHY za povezavo mikrokrmilnika na ethernet, modul MAX 232; ta skrbi za pretvorbo TTL signalov v RS232 nivoje, vse potrebne korektorje za različne povezave, LED diode, ki služijo za lepšo uporabniško izkušnjo. Za razvoj vezja so bile potrebne tri revizije, od katerih vsaka odpravlja težave od prejšnje in s tem izboljšuje delovanje priklopne postaje. Slika 5.1: Blok diagram priklopne postaje

41 5. IZVEDBA STROJENGA DELA SISTEMA 27 Slika 5.2: Priklopna postaja revizija C Revizija A Revizija A je bila prva izvedba tiskanega vezja priklopne postaje. Na tiskanino smo prenesli aplikacijo, ki je prej tekla na testnem sistemu. Preneseno aplikacijo smo morali nato najprej prilagoditi za nov sistem. Prilagoditev smo izvedli z izbiro novega procesorja, ter modifikacijo zagonskih (inicializacijskih) rutin v programski kodi. Po dolgotrajnih testiranjih smo ugotovili, da na linijah od mikrokrmilnika in PHY modula manjkajo tako imenovani potegni-navzgor in potegni navzdol (»Pull- Up«in»Pull-Down«) upori. Posledica je bila da je pri inicializaciji ethernet modula MAC koda prišla do določene vrstice, potem pa je odpovedal razhroščevalni protokol, in s tem povzročil ponovni zagon mikrokrmilnika. Po dolgotrajnem testiranju in merjenju linij, ki tečejo med mikrokrmilnikom in PHY modulom ter poglobljenem preučevanju dodatne dokumentacije, smo našli rešitev. Dodali smo potrebne dodatne upore, ki so stabilizirali sistem. S tem smo lahko nadaljevali z naslednjim korakom razvoja. Ena od najdenih napak na reviziji tiskanine A so bile po pomoti zamenjani povezavi za serijski vmesnik 1 in 2.

42 5. IZVEDBA STROJENGA DELA SISTEMA 28 Slika 5.3: Priklopna postaja revizija A Revizija B V reviziji B smo odpravili vse slabosti in napake tiskanine v reviziji A. To je občutno pripomoglo k stabilnosti sistema, s tem pa smo dosegli tudi želeno izhodišče za prva testiranja. Na testiranjih smo ugotovili, da se včasih pojavlja nestabilnost modula PHY; ta je lahko namreč le pošiljal podatke, ne pa tudi sprejemal. Velik problem je predstavljalo tudi dejstvo, da napaka ni ponovljiva, temveč se dogaja naključno. Po nadaljnjih testih in raziskavah smo opazili, da se modul PHY ob določenih začetnih pogojih ne zažene in nastavi pravilno. Napaka je bila odpravljena z naslednjimi modifikacijami programske opreme: dodali smo daljši čas pred začetkom inicializacije modula PHY, modificirali smo zagonske (inicializacijske) rutine, vstavili nekaj kratkih prekinitev med ključnimi koraki, ki so stabilizirali začetni sistem, na višjem nivoju smo realizirali sistem, ki lahko v določenih primerih zazna neodzivnost sistema, in temu primerno ukrepa, konfiguracija IP vmesnika pa je bila spremenjena; pri vključeni avtomatski pridobitvi mrežnih nastavitev (»Auto-Negotiation«) je vsiljena nižja hitrost povezave (namesto 100 Mb/s sedaj sistem vsili 10 Mb/s).

43 5. IZVEDBA STROJENGA DELA SISTEMA 29 Vsak od teh korakov je pomenil korak naprej k večji stabilnosti sistema. Čeprav še vedno ni bilo doseženih 100 % povezljivosti, je bila dosežena uspešnost več kot 99 %. Ko se modul poveže, bo deloval brez težav, dokler ne pride do izklopa in ponovnega vklopa naprave Revizija C Pri reviziji B smo opazili pregrevanje modula PHY. Možen razlog je bil, da se izhodni transformator napaja preko internega regulatorja modula PHY, ki deluje na 2,5 V. V reviziji C smo z namenom zmanjšati pregrevanje modula PHY eksperimentirali z višjim napajanjem transformatorja. Pri raziskavah podobnih sistemov je bilo opaženo, da nekateri moduli priključijo napajanje omenjenega transformatorja namesto preko internih 2,5 V neposredno na glavno napajanje, ki je 3,3 V. Odločili smo se, da tudi mi poskusimo to modifikacijo. Za ta korak ni bila potrebna izdelava novega tiskanega vezja, ročno sta bila dodana dva kondenzatorja, ter povezava na novo napajanje z napetostjo 3,3 V. Izkazalo se je, da rešitev pripomore k stabilizaciji sistema. S tem smo odpravili skoraj vse težave z začetnim povezovanjem modula v omrežje. Slika 5.4: Revizija C tiskanine priklopne postaje

44 5. IZVEDBA STROJENGA DELA SISTEMA 30 Ker rešitve za stabilizacijo modula ethernet nismo našli v programskem delu, je bil naslednji korak ponovni pregled tiskanega vezja. Najbolj očitni vzrok bi lahko bila zamenjava modula PHY saj ta ni bil enak kot modul uporabljan na testnem sistemu. Zato smo sprejeli odločitev, da vzamemo en sistem priklopne postaje, z nje odstranimo modul PHY, namesto njega pa povežemo mikroprocesor na omrežje ethernet preko modula PHY s testnega sistema. To smo dosegli tako, da smo mikroprocesor povezali neposredno na modul PHY testnega sistema z uporabo testnih žic (Slika 5.5). Slika 5.5: Povezava mikrokrmilnika z našega sistema na modul PHY testnega sistem Po testiranju smo prišli do zaključka, da sistem z modulom PHY deluje bolje, čeprav je mikroprocesor povezan preko zelo dolgih linij, ki so neprimerne za delovanje pri uporabljani frekvenci. Sistem je bil zmožen delovati na višji hitrosti povezave (100 Mb/s, polni dupleks). Čeprav smo pregledali vse možne vzroke za občasno nedelovanje modula PHY v sistemu priklopne postaje, za probleme s povezavo ne moremo kriviti izključno modul PHY, saj je programska oprema prirejena za delovanje modula v testnem sistemu. S tem v mislih bomo še naprej raziskovali možne programske rešitve problema. Sam problem nestabilnosti je minimalen, saj je možnost da se pojavi majhna in še to samo ob zagonu. Če je sistem nato vseskozi priključen, bo deloval brez vsakega problema. Napaka je bila testirana več kot štiri mesece, a se kljub ekstremnim pogojem testa ni ponovila več kot enkrat.

45 6. IZVEDBA PROGRAMSKEGA DELA SISTEMA 6.1 Opis programskega dela sistema Programska rešitev je razdeljena na dva dela, saj je delo potekalo na dveh platformah: programska izvedba na priklopni postaji (ARM procesor), izvedena v programskem okolju Keil uvision 3, programska izvedba na plačniškem terminalu Margento mpos (TI DSP procesor TMS320Fxxxx) izvedena v programskem okolju TI CodeComposer Studio 3.3. V tem delu diplome bo opisana realizacija programskega dela na obeh sistemih. Najpomembnejši deli realizacije delovanja sistema so: skupno na platformi priklopne postaje in plačniškega terminala o protokol za nemoten in zanesljiv ter hiter prenos podatkov med sistemoma, o celotna implementacija modula Zigbee, o implementacija nižje nivojskih algoritmov RS232 za nemoteno in pravilno sprejemanje ter oddajanje podatkov preko serijskega vmesnika, o avtomatski preklop med žično in brezžično povezavo. na platformi priklopne postaje o realizacija ogrodja sistema, o implementacija povezave z ethernetom. na platformi plačniškega terminala o zagotoviti nemoteno povezavo z aplikacijskimi nivoji, o omogočiti izbiro komunikacijskega kanala brez zamenjave programa procesorja, 31

46 6. IZVEDBA PROGRAMSKEGA DELA SISTEMA 32 o vse nastavitve za priklopno postajo in plačniški terminal morajo biti na voljo za prikaz in spremembo uporabniku preko grafičnega vmesnika. 6.2 Protokol za prenos podatkov med plačilnim terminalom in priklopno postajo Med plačniškim terminalom in priklopno postajo je implementiran tako imenovan protokol UTPRO, ki komunicira po načinu nadrejeni podrejeni (»Master-Slave«). Nadrejeni predstavlja plačniški terminal, podrejeni pa priklopna postaja. Protokol je bil izbran na osnovi prejšnje uporabe in zanesljivosti. Komunikacija poteka tako, da nadrejeni vsake toliko časa vpraša podrejenega, kakšno je njegovo stanje, podrejeni pa nato nadrejenemu odgovori, kaj trenutno dela. Če je podrejeni v pripravljenosti na sprejem ukazov, potem lahko nadrejeni le-te začne pošiljati. Protokol UTPRO temelji na paketnem prenosu podatkov; to pomeni, da obsežnejše informacije razdeli na manjše dele, in jih v paketnem načinu pošlje do prejemnika. Protokol za boljšo preglednost prenosa podatkov pretvori vse binarne podatke v znakovni niz. Slaba stran znakovnega pošiljanja podatkov je velik balast, saj vsak za vsakih osem bitov podatkov (en znak,) pošljemo preko protokola šestnajst bitov (dva znaka). Slika 6.1: Povezava plačilnega terminala do procesnega centra Kompozicija paketov V osnovi se paketi delijo na dva dela; pakete, ki jih pošilja nadrejena naprava, in pakete, ki jih pošilja podrejena naprava. Slika 6.1: Primer paketa nadrejene naprave s tremi parametri

47 6. IZVEDBA PROGRAMSKEGA DELA SISTEMA 33 Slika 6.2: Primer paketa nadrejene naprave brez parametrov Slika 6.3: Primer odgovora podrejene naprave na zahtevo nadrejene Tabela 6.1: Opis podatkovnih polj v paketih ZNAK TX LEN SES COM OPIS ASCII znak 0x02 določa začetek paketa, določa dolžino paketa menjajoča se enka in nula skrbi za zanesljivost pošiljanja podatkov ukaz RES rezultat operacije : 0 operacija uspešna ostale številke številka napake STAT PART1 PART2 PART3 trenutno stanje podrejene naprave prvi parameter drugi parameter tretji parameter, [ ] znak za konec podatkovnega polja CRC ETX CRC polje skrbi za pravilnost prispelih, oddanih podatkov (Cyclic Redundancy Check) ASCII znak 0x03 za identifikacijo konca paketa Nadrejena naprava nato podrejeni pošilja ukaze, ki jih nato podrejena naprava izpolnjuje. Ti ukazi so: RESET paket o NADREJENA NAPRAVA: pošlje zahtevo za ponovni zagon priklopne postaje o PODREJENA NAPRAVA: odgovori s statusom uspeha prejema signala in izvede ukaz

48 6. IZVEDBA PROGRAMSKEGA DELA SISTEMA 34 STATUS paket o NADREJENA NAPRAVA: zahteva trenutni status priklopne postaje o PODREJENA NAPRAVA: odgovori z statusom uspeha prejema signala in trenutnim statusom. Ti statusi so lahko: čakam na konfiguracijo, se konfiguriram, izvajam DHCP operacije - čakam na dinamično dodelitev IP konfiguracije podatkov, konfiguriran in pripravljen na IP operacije, odpiram IP povezavo, prejeti podatki preko etherneta, zapiram IP povezavo, prišlo je do napake, ponovno pošlji zadnji paket. IP START o NADREJENA NAPRAVA: pošlje podatke o nastavitvi IP vmesnika. Ti podatki so sestavljeni iz: Tabela 6.2: Opis podatkov IP vmesnika podatek velikost opis [zlogi] MAC 12 MAC IP 8 IP GW 8 PREHOD Mask 8 MASKA OMREŽJA PDNS 8 PRIMARNI DNS SDNS 8 SEKUNDARNI DNS o PODREJENA NAPRAVA: če je ukaz uspešno sprejet, se podatki o povezavi zapišejo v delovni ram, hkrati pa se poda spodnjim nivojem aplikacije ukaz za začetek IP operacij. Če je omogočena dinamična pridobitev mrežnih podatkov se požene DHCP klient.

49 6. IZVEDBA PROGRAMSKEGA DELA SISTEMA 35 IP POŠLJI KONFIGURACIJO paket o NADREJENA NAPRAVA: pošlje zahtevo po trenutnih IP nastavitvah o PODREJENA NAPRAVA: če je ukaz uspešno sprejet, suženj odgovori z zahtevanimi podatki, ki vsebujejo trenutno konfiguracijo IP vmesnika IP ODPRI POVEZAVO paket o NADREJENA NAPRAVA: pošlje zahtevo po odprtju IP povezave; zahteva vsebuje tudi IP naslov ter vrata strežnika, na katerem teče procesni center o PODREJENA NAPRAVA: če je ukaz sprejet, se poda nižjim nivojem zahteva po povezavi, gospodarju pa se javi status čakanja na povezavo IP ZAPRI POVEZAVO paket o NADREJENA NAPRAVA: pošlje zahtevo po zaprtju IP povezave o PODREJENA NAPRAVA: če je ukaz sprejet, se poda nižjim nivojem zahteva po zaprtju povezave; spodnji nivo potem najprej pogleda, če povezava sploh obstaja; v primeru da še čakamo na odgovor vzpostavitve povezave, se IP povezava lokalno zapre in izbriše, v nasprotnem primeru, ko je povezava vzpostavljena, pa se začne FIN procedura za zapiranje IP povezave. IP POŠLJI PAKET paket o NADREJENA NAPRAVA: pošlje zahtevo po predaji paketa na IP povezavo (vključno s podatki, ki so kriptirani.) o PODREJENA NAPRAVA: če je ukaz uspešno sprejet, in je IP povezava na voljo, se paket prenese v ethernet pomnilnik in pošlje naprej proti PHY modulu; hkrati pa odgovori gospodarju z rezultatom operacije.

50 6. IZVEDBA PROGRAMSKEGA DELA SISTEMA 36 IP PREDAJ PAKET paket o NADREJENA NAPRAVA: iz stanja podrejene naprave je razbral da ima ta na voljo enega ali več podatkov iz IP povezave. S tem ukazom od njega zahteva predajo podatkov. o PODREJENA NAPRAVA: ob uspešno prejeti zahtevi se nadrejeni napravi preda podatke, in javi trenutni status. IP PONOVNO POŠLJI ZADNJI PAKET paket o NADREJENA NAPRAVA: ugotovi, da je pri sprejemu prišlo do napake (neprimerna dolžina, potekel časovnik za sprejemanje, padel CRC ) in zahteva ponovno pošiljanje istih informacij o PODREJENA NAPRAVA: v primeru te zahteve podrejena naprava pogleda, kateri paket je bil poslan zadnji, in če je ta še na voljo, ga ponovno pošlje k nadrejeni napravi SHRANI ZIGBEE KONFIGURACIJO paket o NADREJENA NAPRAVA: podobno kot se pošlje konfiguracija za pravilno delovanje IP vmesnika, se pošlje tudi konfiguracija za pravilno delovanje brezžične povezave modula Zigbee. o PODREJENA NAPRAVA: če so podatki pravilno sprejeti poskusi z njimi konfigurirati modul Zigbee. Nadrejeni napravi se pošlje rezultat uspešnosti sprejemanja podatkov. PODAJ KONFIGURACIJO ZIGBEE MODULA paket o NADREJENA NAPRAVA zahteva konfiguracijske parametre modula Zigbee o PODREJENA NAPRAVA če je ukaz veljaven, podrejena naprava najprej prebere trenutno konfiguracijo modula Zigbee, nato pa iz nje tvori Zigbee konfiguracijski paket in ga pošlje proti nadrejeni napravi. V tem času so vsi drugi paketi od nadrejene naprave zavrnjeni, komunikacija preko modula Zigbee pa je za čas branja parametrov onemogočena.

51 6. IZVEDBA PROGRAMSKEGA DELA SISTEMA Zanesljivost protokola Bistvena pri izmenjavi podatkov med plačniškim terminalom in priklopno postajo je zanesljivost pošiljanja podatkov. To smo dosegli z implementacijo naslednjih varnostnih ukrepov: znakovno pošiljanje podatkov je veliko lažje za pregled (čeprav ni učinkovito), hkrati pa lahko uporabimo posebne znake za začetek, konec in razdeljevanje paketa. CRC (»Cyclic Redundancy Check«) je oblika preverjanja pravilnosti prejemanja podatkov. Deluje na sledeči način: Ko pošiljatelj sestavi paket, se čez podatkovno polje izračuna preko posebnega algoritma varnostno polje (CRC), dolgo 16 bitov, ki se nato doda na konec poslanega paketa. Ko sprejemnik sprejme podatke, uporabi isti algoritem, in če je rezultat algoritma isti kot varnostno polje v poslanih podatkih, lahko sklepa, da so prejeti podatki pravilni. pregled seje (»Session Check«). V tem delu paketa se pošiljata menjajoči se števili, to je ena in nič. Sprejemnik ob vsakem uspešnem sprejemu to številko zamenja pri pošiljanju naslednjega paketa. Tako lahko sprejemnik, ki sprejemanju naslednjega paketa ve, ali je to v resnici drug paket ali pa je ponovno poslan isti paket. V primeru istega paketa se podatki zavržejo, oddajniku pa se pošlje zahteva po novem paketu. Pri nadrejeni napravi je implementiran časovnik, ki določa maksimalno zakasnitev odgovora. V primeru da tega odgovora ni, se ponovno pošlje isti paket, oziroma se zahteva status podrejene naprave. Če tudi v treh poskusih ni odgovora, in je komunikacija do sedaj potekala preko žične povezave, se domneva, da je terminal odstranjen iz priklopne postaje. Povezava pa se avtomatsko preklopi na brezžično. Spet se pošlje isti paket in čaka na odgovor. Vsi ti varnostni ukrepi zagotavljajo zanesljiv pretok podatkov od ene naprave do druge. Vsa podatkovna polja, ki vsebujejo podatke o transakcijah so še dodatno kriptirana na kripto nivoju aplikacije v plačniškem terminalu. Protokol ima več pomanjkljivosti, od katerih najbolj izstopajo:

52 6. IZVEDBA PROGRAMSKEGA DELA SISTEMA 38 velik balast pri prenosu podatkov - za vsak znak se mora poslati dva znaka, to pomeni porabe več resursov na obeh platformah (RAM in moč procesorja), nima možnosti prenosa več paketov naenkrat - s tem se drastično zmanjša učinkovitost prenosa podatkov, saj se ne izkoristi polni dupleks tako serijske kot ethernet povezave, okrnjena učinkovitost prenosa podatkov - zgornja omejitev tako preprečuje visoko učinkovit prenos podatkov po metodi drsečega okna, tako preko IP povezave kot preko serijske povezave, to pomeni ponovno drastično zmanjšanje učinkovitosti, kontrolni podatki poslani zadnji - CRC je zadnji podatek v paketu najbolj pomembni (kontrolni) podatki bi morali biti poslani najprej, in šele nato bi bili poslani manj pomembni podatki. Zakaj je bil torej izbran ta protokol kljub tako izrazitim pomanjkljivostim? Pri razvoju novih naprav je zelo pomemben t.i. čas do trga (»Time To Market«), ki predstavlja čas od začetka razvoja naprave, do časa, ko naprava pride na trg. Ker vsaka novost - v tem primeru razvoj novega protokola - terja čas za razvoj in nato testiranje, smo v našem primeru izbrali že obstoječi protokol, ki sicer ni idealen za obstoječe razmere, je pa že preizkušen in zanesljivo deluje v drugih aplikacijah.

53 6. IZVEDBA PROGRAMSKEGA DELA SISTEMA Primer komunikacije med terminalom in priklopno postajo Slika 6.4: Primer poteka komunikacije med plačilnim terminalom, priklopno postajo in Margento procesnim centrom

54 6. IZVEDBA PROGRAMSKEGA DELA SISTEMA Programska rešitev na priklopni postaji Ogrodje sistema Ogrodje sistema predstavlja preprost operacijski sistem. V okviru operacijskega sistema se izvajajo različna opravila: zagonske (inicializacijske) rutine skrbijo za predpripravo aplikacije, ter pravilen zagon sistema prekinitvene rutine skrbijo za obravnavanje prekinitvenih zahtev; te lahko pridejo z več naslovov: o ethernet, o AD pretvornik, o katerikoli od štirih vmesnikov UART. ethernet operacije tukaj je glaven del procesiranje sprejetih in oddajnih paketov preko TCP/IP sklada Zigbee operacije poskrbijo, da poteka vse kar je povezano z brezžičnim prenosom paketov vedno v pripravljenosti serijske operacije skrbijo za prenos podatkov preko RS232 vmesnikov transportne aplikacije (protokol UTPRO) poskrbi za pravilno izvajanja protokola za prenos podatkov med terminalom in priklopno postajo aplikacijski nivo (logika za procesiranje in izmenjavo podatkov) - najvišji obstoječi nivo, ki povezuje vse nižje ležeče nivoje ter skrbi za pravilno izvajanje vseh opravil pod sabo

55 6. IZVEDBA PROGRAMSKEGA DELA SISTEMA 41 Slika 6.5: Shema programske opreme priklopne postaje Implementacija ethernet vmesnika Najpomembnejši del sistema je modul ethernet, ki komunicira z omrežjem preko standarda IEEE Ta je že vgrajen (z izjemo modula PHY) v mikroprocesor. Mikroprocesor se poveže na modul PHY z vodilom RMII za prenos podatkov in vodilom MIIM, za konfiguriranje in kontrolo modula PHY. Modul potrebuje za delovanje TCP/IP sklad. Ta del programske opreme skrbi za pravilno sestavljanje in razstavljanje paketov in pravilno delovanje v primeru napak pošiljanja. Ker je to zelo kompleksen kos programske opreme, smo se odločili, da se le-ta najde že narejen, in se samo prenese na priklopne postaje sistem. V ta namen je smo poiskali najprimernejši TCP/IP sklad. Dobra poskusna verzija, ki so nam jo priporočili tudi distributerji in programski inženirji s podjetja NXP, in je že prirejena za družino LPC23xx mikrokrmilnikov je bila najdena pri Interniche Technologies. To smo nato morali prilagoditi za potrebe priklopnega sistema, kar ni bil problem, ker je na voljo zadostna količina dovolj dobre dokumentacije za dobro razumevanje. Malo več dela je bilo s prilagoditvijo novega modula PHY. Čeprav je videti, da imata s starim modulom iste programske registre, to ni povsem res. Zato smo morali nastaviti tip povezave, ki povezuje mikrokrmilnik povezan z eksternim modulom

56 6. IZVEDBA PROGRAMSKEGA DELA SISTEMA 42 PHY. Podatkovna povezava med mikrokrmilnikom in modulom PHY poteka preko RMII vodila. Zagotoviti smo morali, da program preverja pravilno identifikacijsko kodo modul ob zagonu, saj s tem preveri, če je povezan na pravilni modul PHY. Pozornost smo namenili tudi povezavi modula PHY na fizično omrežje; modul PHY v ta namen potrebuje nastavitve povezave kot so hitrost in tip medija ter dupleks. Te nastavitve se lahko realizirajo na dva načina. Lahko vnesemo statične nastavitve, in PHY se bo povezal z nastavitvami, ki jih ima podane, lahko pa omogočimo modul za avtomatsko pogajanje povezave (»Auto-Negotiation«). V slednjem primeru moramo modulu PHY podati t.i. oglaševane podatke. Ti podatki povedo, kakšno povezavo bi radi vzpostavili, npr.: 100 Mb/s, polni dupleks. Modul se nato preko linije sam dogovori z eksterno napravo za uporabo priporočene povezave. V primeru sistema priklopne postaje je zaradi omejitev sistema uporabljena 10 Mb/s polni dupleks povezava. S tem je omogočena povezava modula PHY na ethernet, kar je prvi korak k prenašanju podatkov preko ethernet vmesnika. Naslednji korak je priprava (inicializacija) modula MAC v mikrokrmilniku. Ethernet modul je že pripravljen na komunikacijo preko RMII vodila, pravilno pa moramo prilagoditi še hitrost delovanja in dupleks glede na tisto, ki smo jo vzpostavili z modulom PHY. MAC modul potrebuje za pravilno delovanje tudi MAC naslov. Uporabnik mora poskrbeti, da je ta naslov unikaten na omrežju, ker če imata dva modula enak naslov (modula sta lahko računalnik, telefon, vsaka naprava, ki je povezana na IP omrežje,) bo prišlo do težav s povezavo. Pravilen postopek je zakup določenega števila naslovov MAC pri organizaciji IEEE, ali uporaba naslova stare mrežne opreme, ki je nerabljena in je v naši fizični lasti. Za priklopno postajo je bil uporabljen star MAC naslov nerabljene mrežne opreme. Sledijo višje nivojske nastavitve kot so IP naslov, maska omrežja, prehod in naslova primarnega ter sekundarnega DNS strežnika. Te nastavitve pridobi modul preko protokola od plačniškega terminala. Če so nastavitve statične, jih modul samo zapiše v pomnilnik in uporabi, v nasprotnem primeru pa se požene DHCP klient, ki te nastavitve poskuša dinamično pridobiti od omrežne opreme (usmernika»router«). Tu so nastale težave, ker je na začetku vse lepo delovalo, a smo zaradi preteklih izkušenj s to opremo kupili najnovejši usmernik. Ugotovili smo, da čeprav modul dela brez napake v kombinaciji z starejšimi usmerniki, z novimi ne deluje. Po dolgem razhroščevanju s pomočjo WireShark programskega vmesnika (vmesnik spremlja in preučuje promet na lokalnem omrežju,) smo odkrili, da usmerjevalnik sploh ne odgovarja na začetni paket. Po primerjavi več različnih paketov smo ugotovili, da TCP/IP sklad doda v paket pod opcije posebej še en zlog podatkov. To je pomenilo poglobljen pregled delovanja samega TCP/IP vmesnika. Kmalu smo

57 6. IZVEDBA PROGRAMSKEGA DELA SISTEMA 43 odkrili, kje se ta zlog vstavi. Ta del programske opreme je bil nato odstranjen. S tem se je DHCP protokol uspešno izvedel tudi na najnovejšem usmerjevalniku. Tako smo uspešno zaključili tudi zadnji korak v inicializaciji IP vmesnika. Za uporabno vmesnika moramo nato samo klicati funkcije za odpiranje in zapiranje IP povezave, sestavljanje in pošiljanje paketov, ter spremljati status IP povezave, ki nam pove, kakšno je stanje trenutne IP seje. To izvrši preko»kliči nazaj«(»call Back«) funkcije Povezava z višjimi nivoji aplikacije Spodnji nivoji aplikacije, kot so ethernet modul, modul Zigbee in moduli UART se morajo za pravilno delovanje, povezati do višjih nivojev. To smo storili na sledeči način: ko modul ni v uporabi gre v t.i. spanje (»Sleep Mode«), ko pa je potreben, ga zbudi ali aplikacija ali pa prekinitev, ki se je zgodila na njegovem perifernem vmesniku. S tem je zagotovljena maksimalna učinkovitost porabe procesorja, saj ta dela le to kar je potrebno, in ne izvaja opravil, ki so nepotrebna. Hkrati pa to pripomore tudi k manjši porabi energije 6.4 Programska rešitev na strani plačilnega terminala Margento mpos Ogrodje sistema Tudi v tem primeru ogrodje za delovanje sistema zagotavlja operacijski sistem, le da je ta v primerjavi z operacijskim sistemom na priklopni postaji bolj kompleksen. Glavne operacije ki jih izvaja ter vplivajo na prenos podatkov preko priklopne postaje so: inicializacije serijskih povezav, inicializacija modula Zigbee, nižje nivojske kretnice za krmiljenje podatkov, operacije protokola UTPRO, integriranje v višje nivoje.

58 6. IZVEDBA PROGRAMSKEGA DELA SISTEMA 44 Slika 6.6: Osnovna shema programske opreme plačilnega terminala Implementacija povezave preko serijskih vmesnikov Za povezavo do priklopne postaje je uporabljen en serijski vmesnik. Zaradi potrebe po velikem številu serijskih povezav, je le-ta razdeljen s pomočjo multipleksnega modula kar pomeni, da je lahko na en serijski vmesnik priključeno več naprav, deluje pa lahko samo ena na enkrat. Pojavi se kup novih težav, saj niso vse naprave povezane po načinu nadrejena podrejena naprava, torej lahko komunicirajo s plačilnim terminalom po želji. Tukaj lahko pride do napak, ker če je serijski vmesnik dodeljen drugi napravi, zgrešimo podatke, ki nam jih je želela poslati prva naprava. Še večji problem je, ker sta preko multiplekserja povezana tako serijski vmesnik, ki je povezan neposredno do priklopne postaje, kot tudi modul Zigbee, preko katerega se komunicira, če je terminal odsoten.

59 6. IZVEDBA PROGRAMSKEGA DELA SISTEMA 45 SERIJSKI MUX GPRS SERIJSKI VMSENIK 1 INTERNE NAPRAVE Zigbee Eksterni serijski priklop Slika 6.7: Povezava serijskega vmesnika Programer je zato dolžan zagotoviti natančno proceduro uporabe in dostopa naprav do serijskega vmesnika. Vedno moramo vedeti, kdaj se lahko vmesnik priklopi na drugo periferno napravo, saj ni nujno, da je vmesnik prost, čeprav nič ne pošiljamo ali sprejemamo. Lahko se zgodi, da je višje nivojska aplikacija poslala neko zahtevo in čaka na odgovor, ki pa ga ne bo prejela, če med tem druga aplikacija prestavi povezavo serijskega vmesnika, ker je smatrala, de le-ta ni zaseden. Ker pa sta oba, tako Zigbee kot eksterni serijski vmesnik, preko katerega se izmenjujejo podatki z priklopno postajo, na istem serijskem vmesniku, to olajša implementacijo sistema za pošiljanje podatkov do priklopne postaje Povezava z višjimi nivoji aplikacije Pomembno je, da določimo dve kretnici; naloga prve je, da določi način prenosa podatkov - ali se bodo prenašali preko priklopne postaje ali preko modula GPRS, druga pa mora v primeru, da je izbrana priklopna postaja, preklapljati med povezavo, ko je terminal prisoten, pa priklopni postaji in brezžično povezavo ko je terminal odsoten s priklopne postaje. Prva kretnica je implementirana že z izbiro aplikacije, saj ne dovolimo sočasne uporabe ethernet in GPRS modula. Druga kretnica pa deluje na sledeči način:

60 6. IZVEDBA PROGRAMSKEGA DELA SISTEMA 46 najprej se pogleda če aplikacija podpira modul Zigbee; če podpore ni, potem je kretnica zaklenjena v načinu prenosa preko kontaktov na spodnji strani terminala. v primeru, da je modul Zigbee prisoten, aplikacija komunicira preko žičnega omrežja. Če pride do padca paketov, ali neodzivnosti priklopne postaje, aplikacija smatra, da je bil terminal odstranjen, in poskusi vzpostaviti povezavo preko brezžičnega modula Zigbee. Če je bila komunikacija uspešno vzpostavljena, aplikacija komunicira preko modula Zigbee tako dolgo, dokler ne dobi od priklopne postaje podatka, da je terminal spet prisoten; v tem primeru priključi nazaj na žično povezavo. Žična povezava je primarna predvsem zaradi hitrosti, saj je tudi do petkrat hitrejša od brezžične. Če sta ti dve kretnici pravilno nastavljeni, višji nivoji aplikacije ne opazijo, da se podatki izmenjujejo preko drugega izvora/ponora. Poskrbeti moramo le, da podatki dajejo in vzamejo iz pravilnih podatkovnih polj. 6.5 Implementacija modula Zigbee Obema rešitvama je skupna implementacija modula Zigbee. Zigbee je preprost modul za pošiljanje podatkov preko brezžične povezave, ker če je pravilno konfiguriran, moramo samo poslati podatke preko serijskega vodila do modula Zigbee, za ostalo pa poskrbi Zigbee sam. Za pravilno delovanje modula Zigbee se ob vsaki ponovni vključitvi naprave preberejo vsi parametri, in preverijo, če so pravilni. To storimo tudi z namenom, da ima v te nastavitve vpogled uporabnik preko plačilnega terminala. Modul Zigbee podpira glavna dva načina delovanja: podatkovnega, preko katerega se prenašajo podatki in komandnega, preko katerega s pomočjo AT ukazov konfiguriramo modul.

61 6. IZVEDBA PROGRAMSKEGA DELA SISTEMA 47 Slika 6.8: Različna stanja operacij modula Zigbee Komandni način delovanja Vanj se modul Zigbee preklopi, ko pošljemo preko serijskega vmesnika tri pluse (+++), in v njem ostane dokler mu ne poteče časovnik ali pa ga uporabnik ne prekliče. Ko modulu Zigbee pošljemo ukaz za preklop v komandni način delovanja moramo počakati na odziv, ki nam pove, da je Zigbee uspešno stopil v komandni način delovanja. Kot je razvidno iz slike 6.8 se lahko zahteva vstop v komandno stanje le s stanja prostega teka. Zigbee se ne bo preklopil v komandni način, če v času zahteve sprejema podatke. Za pravilno delovanje modula Zigbee je potreba osnovna konfiguracija. Poleg osnovne konfiguracije je omogočeno tudi branje ostalih pomembnih parametrov kot so serijska številka, verzija programske in strojne opreme. Tabela 6.2: Parametri Zigbee modula PARAMETER Velikost [besedah] Možnost spreminjanja Možnost branja Kanal 1 DA DA ID 1 DA DA Izvorni naslov 1 DA DA MAC način 1 DA DA MOČ delovanja 1 DA DA Omogoči kodiranje 1 DA DA Omogoči spanje 1 DA DA Kripto ključ n DA NE Verzija programske opreme 1 NE DA

62 6. IZVEDBA PROGRAMSKEGA DELA SISTEMA 48 Verzija strojne opreme 1 NE DA PO izhod kot PWM 1 DA DA Omogoči PO izhod 1 DA DA Hitrost povezave (baud) 1 DA DA Časovnik za komandni 1 DA DA način Naslov naslovnika 2 DA DA zgodnji del Naslov naslovnika - 2 DA DA spodnji del Serijska številka - 2 NE DA zgornji del Serijska številka - spodnji del 2 NE DA Nujna je nastavitev hitrosti povezave (baud), naslov sprejemnika, in MAC način delovanja. Nastavitve se pošiljajo, ali berejo z modula s pomočjo AT ukazov: branje: pošlje se samo ukaz; npr.:»at CH«za kanal in počakamo na odgovor pisanje: pošlje se ukaz in vrednost nastavitve; npr.:»at CH 16«in počakamo da nam Zigbee potrdi ukaz z odgovorom»ok«. Konfiguracija je veljavna takoj, ko jo pošljemo k modulu, ni pa še zapisana v trajni pomnilnik modula Zigbee. To se stori z ukazom»at RW«. Po uspešni izvršitvi tega ukaza bo modul obdržal nastavitve, tudi če se vmes izključili priklopno postajo ali plačilni terminal. Na koncu branja konfiguracije se lahko Zigbee s pomočjo ukaza»at CN«vrne v podatkovni način Podatkovni način delovanja Je privzeti način delovanja. Vse kar modul Zigbee prejme preko serijskega vodila (razen znakov +++), pošlje naprej preko brezžične povezave. Zgodi se lahko, da bo drugi modul Zigbee, ki je bil neuspešno preklopljen v komandni način, preko povezave pošiljal AT ukaze. To napako je treba zaznati in filtrirati.

63 6. IZVEDBA PROGRAMSKEGA DELA SISTEMA Rezultati testiranja sistema Stres test sistema Stres test sistema je izveden enako kot prej stres test testnega sistema (poglavje 4.3.2). Testne konfiguracije: konfiguracija 1: o lokalni IP o zakasnitev povezave: 5 s o zakasnitev pošiljanja: 1 s o zakasnitev odgovora: 250 ms o baud: konfiguracija 2: o lokalni IP o zakasnitev povezave: 2 s o zakasnitev pošiljanja: 0,5 s o zakasnitev odgovora: 10 ms o baud: konfiguracija 3: o lokalni IP o zakasnitev povezave: 0,7 s o zakasnitev pošiljanja: 0,5 s o zakasnitev odgovora: 0 s o baud: Tabela 6.3: Rezultati pri prenosu paketov velikosti 60 b Parametri testiranja Konfiguracija Odpiranje IP povezave [ms] Zapiranje IP povezave [ms] UART čas pošiljanja podatkov [ms] TCP čas sprejema podatkov [ms] TCP čas oddaje [ms] Celoten čas potovanja podatkov [ms] 1 60~ ~ ~

64 6. IZVEDBA PROGRAMSKEGA DELA SISTEMA 50 Slika 6.9: Rezultati pri prenosu paketov velikosti 60 b Tabela 6.4: Rezultati pri prenosu paketov velikosti do 400 b parametri testiranja Konfiguracija Odpiranje IP povezave [ms] Zapiranje IP povezave [ms] UART čas pošiljanja podatkov [ms] TCP čas sprejema podatkov [ms] TCP čas oddaje [ms] Celoten čas potovanja podatkov [ms] 1 60~ ~ ~

65 6. IZVEDBA PROGRAMSKEGA DELA SISTEMA 51 Slika 6.10: Rezultati pri prenosu paketov velikosti do 400 b Tabela 6.5: Rezultati pri prenosu paketov velikosti od 1100 b do 1460 b Parametri testiranja Konfiguracija Odpiranje IP povezave [ms] Zapiranje IP povezave [ms] UART čas pošiljanja podatkov [ms] TCP čas sprejema podatkov [ms] TCP čas oddaje [ms] Celoten čas potovanja podatkov [ms] 1 60~ ~ ~ Slika 6.11: Rezultati pri prenosu paketov velikosti od 1100 b do 1460 b

66 6. IZVEDBA PROGRAMSKEGA DELA SISTEMA 52 Iz rezultatov lahko razberemo, da je večina časa porabljena za prenos podatkov do in s priklopne postaje preko serijskega vmesnika. Sam prenos preko etherneta zavzame minimalen čas, pod pogojem, da ni prišlo do enega ali več trkov na omrežju. Če rezultate primerjamo z rezultati testnega sistema, je najbolj izrazita sprememba čas zapiranja povezave. Vzrok za to je protokol med priklopno postajo in testnim programom. Testiranja testnega sistema so pokazala, da ni toliko kritičen čas prenosa podatkov, kot čas odpiranja in predvsem zapiranja povezave. Ker gre pri tem sistemu za veliko bolj zapleteno aplikacijo so rezultati zadovoljivi. Kljub temu pa bi se jih z poglobljenim pregledom aplikacije, predvsem na strani protokola za prenos podatkov, dalo še izboljšati Test transakcij Naslednji korak testiranja je bil test transakcij. Pri tem testu gre za testiranje, koliko transakcij in s kakšnim koeficientom uspešnosti uspe narediti sistem v določenem časovnem obdobju. Testni scenarij je bil naslednji: plačilni terminal neprestano dela transakcijo za transakcijo z razmikom med transakcijama po 2 sekundi. Preizkušena je bila povezava terminala in priklopne postaje preko žične in brezžične povezave. Rezultati: Tabela rezultati testa transakcij Komunikacijski kanal: Število transakcij: Časovno obdobje: Povprečen čas transakcije Število padlih transakcij Padle transakcije [%] Uspešnost [%] žični ur 4,1 s 81 0,87 % 99,13 % 5000 / / 1 0,02 % 99,98 % brezžični uri 4,8 s 1 0,06 % % ur 3.84 s % 99,98 % Iz rezultatov se vidi, da je pri prvem testu padlo skoraj 1 % od vseh transakcij. Ugotovili smo, da je za napake odgovorna nastavitev hitrosti serijske povezave na

67 6. IZVEDBA PROGRAMSKEGA DELA SISTEMA 53 priklopni povezavi. Z nastavitvijo novih količnikov in množiteljev se rezultat precej izboljša. Razviden je tudi večji uspeh transakcij, narejenih preko brezžične povezave. Razlog za to bi lahko bila boljša povezava, ker če je plačilni terminal povezan na priklopno postajo preko priključkov na hrbtni strani, postane problem stik pri tako visokih frekvencah. Pri brezžičnem prenosu pa morata tako terminal kot priklopna povezava dostopati le do modula Zigbee, ki je zanesljivo pritrjen na tiskano vezje.

68

69 7. PRIMERJAVA Z OSTALIMI SISTEMI 7.1 Microchip PIC 18FxxJ60 Serija mikrokrmilnikov od proizvajalca Microchip PIC 18FxxJ60 ponuja vgrajen modul za povezavo na ethernet. Prednost tega mikrokrmilnika je, da ima poleg vgrajenega MAC modula integriran modul PHY. To pomeni, da potrebujemo za povezavo na ethernet minimalno število pasivnih zunanjih komponent, poleg tega pa ne potrebujemo visokofrekvenčnih linij, ki tečejo med mikrokrmilnikom in zunanjim modulom PHY. Vgrajeni ethernet modul je kompatibilen z 10 Base-T standardom. Modul nismo izbrali zaradi prenizke hitrosti in majhnega RAM pomnilnika, saj bi že samo pomnilnik, ki ga po potrebujemo za sprejemanje in oddajanje podatkov preko protokola UTPRO zavzel ves pomnilnik na modulu. Slika PIC18F97J Microchip ENC modul Microchipov modul ENC predstavlja zunanji vmesnik za povezavo mikrokrmilnikov z ethernetom. Nanj lahko povežemo katerikoli mikrokrmilnik, ki ima na voljo vmesnik SPI. V samem modulu je implementiran MAC in PHY. Modul zagotavlja povezavo z ethernetom po standardu 10 Base-T. Ta sistem ni bil izbran, ker je vodilo SPI na mikrokrmilniku že zasedeno. Slika Microchip ENC28J60 55

70 7. PRIMERJAVA Z OSTALIMI SISTEMI Luminary Mico Stellaris Tudi podjetje Luminary Micro (sedaj v lasti Texas Instruments,) ponuja rešitve z vgrajenim ethernetom. Serije LM3S6xxx, LM3S8xxx in LM3S9xxx vsebujejo visoko kvalitetno in učinkovito 32 bitno Cortex M3 jedro. Enako kot Microchipov mikrokrmilnik PIC že vsebuje integriran modul PHY. Kompatibilen je z 10 in 100 Base- T/TX in FX standardom. Sistem ni bil izbran zaradi premalo serijskih vmesnikov; ima namreč le tri. Slika Luminary Micro LM3S6952