Neste trabalho o(a) aluno(a) irá exercitar o acesso a dispositivos (devices) utilizando as funções de acesso à arquivos do POSIX. No caso, uma comunicação serial (UART) terá que ser implementada entre a placa Raspberry Pi e um microcontrolador Arduino.
Para conectar o Raspberry Pi ao Arduino, será utilizada a porta serial através dos pinos 8 (UART_TXD) e 10 (UART_RXD) do Raspberry Pi e ps respectivos pinos RX, TX do Arduino. Porém, é necessário observar que o Raspberry Pi opera a uma tensão de 3.3V enquanto a maioria das placas Arduino operam em 5V. Neste caso será necessário a utilização de algum método de conversão de tensão (Level Shifter, Divisor de Tensão, Optoacopladores, etc.).
- POSIX open(): Para abertura do arquivo que apontará para a porta serial (UART):
int open(const char* path, int oflag, …)
Exemplo:
int fd;
fd = open(“/tmp/teste.txt”, O_WRONLY);
- POSIX close(): Para fechar o arquivo referente à porta serial:
int close(int fd);
Exemplo:
int fd;
close(fd);
POSIX write(): Para escrever dados na porta serial
ssize_t write(int fildes, const void *buf, size_t nbyte);
Exemplo:
short siX16=0x7FFF;
int res = write(fid, &siX16, sizeof(short) );
POSIX read(): Para ler dados da porta serial
ssize_t read(int fildes, void *buf, size_t nbyte);
Exemplo:
short siX16;
int res = read(fid, &siX16, sizeof(short) );
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Criar um programa em C, no Raspberry Pi, capaz de usar a comunicação com a porta serial UART para ler e escrever conforme o protocolo definido abaixo:
a. Escrita de dados: Todas as mensagens de solicitação de dados enviadas pela porta serial devem seguir o padrão: Código do comando solicitado (Tabelas 1 e 2) + “Quatro últimos dígitos da matrícula” em formado char.Exemplo de Mensagem com o comando 0xA3 (Hexadecimal) = 163 (Decimal) e a matrícula “4521” ao final: char[] = {163, 4, 5, 2, 1};Já as mensagens de envio de dados deverão ser compostas por: Comando + Dado + Matrícula. No caso do envio de uma String, o formato deverá ser: Comando + Tamanho da String (1 byte) + String + Matrícula.
b. Leitura de dados: A leitura de dados deve seguir o padrão de retorno da Tabela 1. Para valores inteiros (int) ou reais (float), deverão ser lidos 4 bytes e armazenados em uma variável int ou float, respectivamente. Para leitura de strings, a mensagem de retorno irá conter o número total de caracteres da string no primeiro byte (Valor entre 0 e 255), em seguida, é possível ler o conteúdo da mensagem que deverá ser armazenada em um array de char (char[])
c. Cada tipo de mensagem recebida deverá ser impressa em tela (stdout).
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O programa deverá ser estruturado em funções e cada acesso à porta serial deve ser feito abrindo e fechando o arquivo referente ao device UART para evitar concorrência com outros usuários.
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Finalmente, cada função de solicitação de dados ou de envio de comandos deverá ser acessada através de um menu na linha de comando.
A seguir apresentamos nas tabelas o conteúdo de cada tipo de mensagem.
Tabela 1 - Códigos do Protocolo de Comunicação - Solicitação de Informações
| Código | Comando de Solicitação de Dados | Mensagem de Retorno |
|---|---|---|
| 0xA1 | Solicitação de dado inteiro: integer | int (4 bytes) |
| 0xA2 | Solicitação de dado real: float | float (4 bytes) |
| 0xA3 | Solicitação de dado do tipo string: char[] | char (1 byte com o tamanho da string) + char[]( nbytes com o conteúdo da string) |
Tabela 2 - Códigos do Protocolo de Comunicação - Envio de Dados
| Código | Comando de Envio de Dados | Mensagem de Retorno |
|---|---|---|
| 0xB1 | Envio de um dado no formato integer | int (4 bytes) |
| 0xB2 | Envio de um dado no formato float | float (4 bytes) |
| 0xB3 | Envio de uma string: char[] | char (1 byte com o tamanho da string) + char[]( nbytes com o conteúdo da string) |
- Formato dos pacotes de Solicitação de Dados
- Formato dos pacotes de Envio de Dados
- Formato dos pacotes de Recebimento de Dados
- Lembre-se de considerar um tempo de resposta do dispositivo. Após enviar uma solicitação, aguarde pelo menos 100 ms para ler a resposta ou crie uma lógica de leitura que identifique o buffer vazio da UART e tente ler novamente.
- A UART possiu um buffer (FIFO) de entrada e outro de saída. Portanto, dependendo do momento da leitura read() do dispositivo, você poderá receber parte da mensagem ou a mensagem inteira.
- Está disponível neste mesmo repositório o código de exemplo do Arduino que interpreta os dados enviados. Estudem as funções implementadas para compreender a ordem de envio dos bytes.
O código pode ser testado no Linux, porém terá que ser compilado para rodar no Raspberry Pi em sala de aula.
O código base em C para o uso da UART no Raspberry Pi se encontra em: Código UART