Version du 18 juin 2020 à 16:07

Objectif

Vous allez travailler sur une carte de développement ATXMEGAC3-XPLD. L'idée est de refaire le tutorat système sur cette carte.

Vous aurez donc à écrire un programme C sur PC avec la libusb-1.0 et à écrire un programme pour le micro-contrôleur ATXmega384C3 avec la LUFA.

Coté périphérique USB vous devez implanter une configuration avec une interface IN pour les deux boutons mécanique de la carte, une interface OUT pour les deux LED orange et une interface OUT pour les LED verte et rouge.

Coté PC vous devez écrire un programme qui attend une pression sur un bouton mécanique et qui déclenche un chenillard sur les 4 LED. Le chenillard s'arrête sur pression du second bouton mécanique.

Environnement de travail

Le matériel a été reçu le 09/04/2020 : il s'agit bien d'une carte de développement ATXMEGAC3-XPLD ainsi qu'une carte micro-SD de 8GB et le câble USB qui va avec.

Matériel à disposition

Tout le travail sera effectué sous Linux, plus précisément avec la distribution Ubuntu. Ci-dessous, vous pourrez retrouver un aperçu des fonctionnalités de la carte :

XMEGA-C3 Xplained

Cahier des charges

Durant cette épreuve, je vais me servir de la board XMEGA-C3 Xplained comme un périphérique USB spécifique. Je vais devoir gérer les Endpoints pour que ma carte communique avec mon PC. Afin de réaliser toutes les tâches attendues, il va falloir procéder en plusieurs étapes :

• Lire l'état de mes I/O et sauver les points d'accès : Pour se faire, il va falloir implanter une configuration avec la librairie libusb-1.0 :

Interface IN : un seul point d'accès (sens Hôte vers Périphérique)

Elle me permettra d'écrire une donnée sur l'Endpoint et la recevoir sur mon PC pour connaître l'état de ma carte.

Interface OUT : deux points d'accès (sens inverse)

Cette interface servira à lire les données sur les Endpoints depuis l'Atxmega384c3. Ces données seront envoyées depuis le PC.

• Gestion des LEDs et du chenillard en C : Pour programmer le microcontrôleur, la LUFA me permettra de gérer l'USB et les Endpoints sans passer par les registres. Pour téléverser mon programme, je me servirai de l'utilitaire dfu-programmer.

Je pourrai alors créer une communication bi-directionnelle via deux applications : HOST vers DEVICE ainsi que DEVICE vers HOST.

Travail réalisé

Programme de l'ATXMEGA384C3

Implantation USB

Pour commencer, il faut implanter un périphérique USB. Tout le projet sera inspiré de la démonstration KeyBoard dans le répertoire Device/LowLevel/Keyboard de la LUFA.

Pour que le programme fonctionne avec la carte, je peux adapter le fichier makefile de la façon suivante :

Les fréquences choisies sont propres à la board.

Je peux maintenant adapter Descriptors.h à mon application. Je déclare, comme ci-dessous, mes trois interfaces dans une structure :

USB_Descriptor_Interface_t     Binterface;
USB_Descriptor_Endpoint_t      EPIN;

USB_Descriptor_Interface_t     L1interface;
USB_Descriptor_Endpoint_t      EPOUT1;

USB_Descriptor_Interface_t     L2interface;
USB_Descriptor_Endpoint_t      EPOUT2;

Puis l'ID de chaque interface :

enum InterfaceDescriptors_t{
      BOUTONS_ID = 0,
      LEDS1_ID = 1,
      LEDS2_ID = 2,
}

Enfin, il faut définir l'adresse et la direction de chacun de mes endpoints ainsi que leur taille (en bits):

#define BOUTONS_EPADDR   (ENDPOINT_DIR_IN | 1)
#define LEDS1_EPADDR     (ENDPOINT_DIR_OUT | 1)
#define LEDS2_EPADDR     (ENDPOINT_DIR_OUT | 2)
#define EPSIZE           8

Comme vous pouvez le voir, nous allons utiliser 1 Endpoint IN pour les boutons et 2 Endpoints OUT pour les LEDs.

Dans mon fichier Descriptors.c , j'inclus Descriptors.h. Je peux alors renseigner les VendorID et ProductID de ma board ainsi que déclarer mes interfaces et points d'accès. La XMEGAC3 XPLAINED sera finalement reconnue comme un périphérique USB avec les interfaces définies grâce à la fonction USB_USBTask() de la boucle principale de mon programme chenillard.c.

Gestion des Endpoints

Dans mon fichier chenillard.h, je définis tous les mask correspondant aux LEDs qui m'intéressent. Dans le chemin suivant, je retrouve la déclaration de chacune des LEDs :

LUFA/Drivers/USB/XMEGA/C3_XPLAINED/LEDS.h

Puis je déclare mes fonctions prototypes qui me serviront pendant ce projet. Voici mon chenillard.h final :

Dans mon chenillard.c, ma fonction principale main() configure ma XMEGAC3 XPLAINED et appelle mes fonctions dans une boucle infini pour gérer continuellement les Endpoints.

Dans SetupHardware(), je prends uniquement en compte la condition suivante pour que le programme soit adapté à ma carte :

#if (ARCH == ARCH_XMEGA)
...
#endif

Puis j'initialise toutes mes I/O avec les fonctions LEDs_Init(), USB_Init() et Buttons_Init(). Je peux maintenant créer mes applications et gérer mes Endpoints :

• Mes fonctions LEDS_RV() et LEDS_OR() me permettent de gérer les Endpoints OUT de mes LEDs. Ces fonctions sélectionnent le point d'accès avec la fonction Endpoint_SelectEndpoint(). Lorsqu'il est prêt, nous pouvons lire la donnée data qui lui est attribuée. Selon sa valeur, les LEDs peuvent s'allumer ou s'éteindre. Il ne faut pas oublier la fonction Endpoint_ClearOUT() en fin d'action pour libérer le point d'accès et le rendre prêt lors les futurs échanges de données.

• Ma fonction BOUT_IN() sélectionne l'Endpoint correspondant et attend la pression d'un bouton lorsqu'il est prêt; avec la fonction Buttons_GetStatus(). Les boutons correspondants à ma XMEGAC3 XPLAINED peuvent être retrouvés dans le répertoire suivant :

LUFA/Drivers/Board/XMEGA/C3_XPLAINED/Buttons.h

Je crée une donnée data qui prend la valeur 1 lorsque le bouton 1 (SW0) est appuyé. Grâce à la fonction Endpoint_Write_8() je peux finalement écrire la donnée dans le point d'accès, qui va être lue par le PC. Après avoir libéré le point d'accès avec Endpoint_ClearIN(), le chenillard se lance.

• Ma fonction chenillard() lance un chenillard dans une boucle infini, avec les LEDs de la XMEGAC3 XPLAINED. Lors de l'appui du bouton 2 (SW1) de la board, l'endpoint des boutons est sélectionné. Le programme attend que le point d'accès soit libre et prêt puis crée une donnée data qui prend la valeur 2. Je peux également l'écrire sur l'endpoint avec la même fonction Endpoint_Write_8(), sans oublier de le libérer avec Endpoint_ClearIN() juste après.

Programme du PC

Reconnaissance USB

Afin de se servir du XMEGA-C3 Xplained comme périphérique USB, il faut le reconnaître parmi tous les périphériques de la machine. Grâce à la commande suivante, je peux facilement reconnaître les caractéristiques de la carte :

lsusb

Je crée alors une fonction enum_usb qui reconnaîtra le périphérique pour la suite des opérations et qui ne se soucis pas des autres :

Je peux ensuite sauver la "poingée" dans une variable globale de type libusb_device_handle *.

Il faut ensuite configurer notre périphérique USB. Je crée une fonction configuration qui permettra, dans un premier temps, de récupérer la première configuration de la carte via un pointeur sur périphérique libusb_device *. Dans un second temps, je peux afficher cette configuration et la déclarer comme courante. Cependant, le périphérique ou la ressource semblent occupés. Je tente de résoudre ce problème au plus vite.

Il semblerait que cela soit dû au méchant noyau passé avant moi. Il faut détacher le "driver". Je crée alors une fonction detach qui inclura libusb_detach_kernel_driver. Je peux maintenant récupérer et sauver les endpoints.

Récupération des Endpoints

Grâce à la commande suivante, je peux retrouver le parcours de l'arbre arborescent et les paramètres qui m'intéressent :

lsusb -D /dev/bus/usb/001/00x 

Avec x le numéro correspondant à l'adresse du périphérique (retrouvé avec lsusb) qui change lorsqu'on détache le driver. Pour éviter des manipulations pénibles, je crée une fonction attach qui inclura libusb_attach_kernel_driver et qui fixera x. Le but est de re-attacher le driver après l'avoir détaché dans la fonction configuration.

Grâce à cette commande, nous pouvons retrouver les 3 interfaces de notre périphérique. L'interface 0 possède un seul Endpoint IN tandis que les deux autres ont un Endpoint IN ainsi que OUT. Voici un résumé dans le tableau ci-dessous :

On peut remarquer que tous les Endpoints ne sont pas de type Interrupt. Pour notre application, je vais m'intéresser à l'Endpoint IN de type Interrupt de l'interface 0, ainsi qu'aux Endpoints OUT des interfaces suivantes. Cependant, vous pouvez voir ci-dessous que j'ai sauvé tous les endpoints au début, pour éviter certains problèmes. Puis j'ai sélectionné ceux qui m'intéressaient.

Enfin, il faut libérer le périphérique USB, grâce à une fonction libere . Cela sert à relâcher toutes les interfaces et fermer la "poignée". Voici le résultat final de mon programme :

dfu-programmer

Pour téléverser mon programme, il faut débrancher la carte. Puis, j'appuie longuement sur le bouton SW0 pendant que je connecte la board à la machine (Explications : Section 2.4 Programming the Kit). Avec la commande suivante, je peux alors créer tous les fichiers nécessaires à la téléversation du programme, notamment PAD.hex :

make all

Je peux ensuite utiliser dfu-programmer pour appliquer mon programme :

dfu-programmer atxmega384c3 erase
dfu-programmer atxmega384c3 flash PAD.hex
dfu-programmer atxmega384c3 reset

En déconnectant puis reconnectant la carte, mon programme s'applique immédiatement.

Résultat Final

Voici le résultat final. Un chenillard avec les 4 LEDs s'active lors de l'appui du premier bouton. Avec le second bouton, le chenillard s'arrête.

Vidéo démonstration

Documents Rendus

Accès au GIT