AppZone от Telit: практическое создание приложений

Все модули Telit, построенные на чипсетах Intel, поддерживают или Python, или AppZone (табл. 1). Эти технологии являются взаимоисключающими. В стандартных прошивках предусмотрена работа c Python в соответствии с консервативным подходом компании к совместимости программного обеспечения (ПО). Это позволяет потребителям использовать все свои старые наработки, включая скрипты Python, на любых современных модулях. Для новых же проектов Telit предлагает выбор или Python или AppZone. Последняя технология обладает рядом существенных преимуществ, таких как существенно более высокое быстродействие, многозадачность с системой приоритетов, наличие прерываний с фиксированным временем реакции, широкий набор инструментов для управления периферией и др.

Рассмотрим в качестве примера процесс создания небольшого тестового приложения и все его этапы, начиная с установки необходимого ПО и до инструментального измерения результатов работы. Параллельно созданию приложения можно будет оценить удобство использования как самой оболочки, так и аппаратно-программного интерфейса (API) AppZone для программиста.

Поскольку одним из ключевых параметров модуля сотовой связи является энергопотребление в различных режимах, тестовое приложение как раз и позволит оценить его при работе с AppZone.

Итак, для работы с AppZone потребуются следующие аппаратные средства:

• Компьютер с ОС Windows XP или выше.
• Отладочный набор Telit EVK M2M Air c одним или несколькими мезонинами: GE910, UE910, HE910 или LE910 V2 [2].
• При отсутствии EVK M2M Air можно использовать терминалы GT-HE910-EUG или GT863-3EU [3], но при этом будет существенно ограничена возможность работы с периферией модуля (в терминалах большая часть интерфейсов не выведена наружу).

Рис. 1. Установка AppZone ADE

На компьютер необходимо установить следующее программное обеспечение:

• Собственно само приложение ADE AppZone, включающее оболочку Eclipse, компилятор gcc, файлы заголовков, скелетное приложение, а также встроенную терминальную программу AT Console. Установка AppZone на компьютер происходит без особенностей, основные этапы показаны на рис. 1.
• Java Runtime Environment (JRE среда выполнения для Java) в случае, если JRE ранее не устанавливалась [4].
• USB-драйверы модулей Telit [5]. Они необходимы, если управление модулем будет производиться через USB-интерфейс.

Рис. 2. Соответствие версии ADE прошивке модуля

Также в модули должна быть предварительно записана специальная прошивка с поддержкой AppZone, причем версия прошивки должна совпадать с версией ADE (Application development environment) (рис. 2). При серийном применении модулей с AppZone рекомендуется заранее заказывать поставку уже с необходимой прошивкой.

Рис. 3. Создание нового проекта AppZone

После установки всего необходимого ПО можно приступать к созданию нового проекта. Назовем его CFUN (рис. 3) по названию команды AT+CFUN, управляющей энергопотреблением модуля [6].

Рис. 4. Выбор платформы и компилятора

При создании проекта нужно выбрать компилятор GCC он уже встроен в ADE и отдельная его установка не требуется (рис. 4). После создания нового проекта появляется скелетная программа (sceleton), которую программист наполняет необходимым содержимым для реализации алгоритма выполнения приложения. Рассмотрим далее основные части скелета программы, а также заполним их в нашем примере.

M2M_proc1.c M2M_procX.c

Каждый файл соответствует одной задаче (task), выполняемой приложением. Максимальное количество задач в системе 32, чем больше номер задачи, тем ниже ее приоритет. По умолчанию в скелете один файл M2M_proc1.cи, соответственно, одна задача.

Запишем в задачу команду управления энергосбережением AT+CFUN=5:

INT32 M2M_msgProc1(INT32 type, INT32 param1, INT32 param2)

{

   LOG_INFO(Put module into power sawing mode AT+CFUN=5\r\n);

   m2m_os_sleep_ms(1000);

m2m_os_iat_send_at_command(AT+CFUN=5\r,1);

return 0;

}

Помимо M2M_msgProc1, файл M2M_proc1.cсодержит также функцию M2M_msgProcCompl, вызывающуюся при завершении задачи.

M2M_main.c

Здесь находятся три функции: M2M_main, M2M_suspend и M2M_resume. Последние две зарезервированы для использования в будущем, а вот M2M_main, как следует из названия, это точка входа приложения. Модифицируем стандартную функцию следующим образом:

void M2M_main (INT32 argc, CHAR argv[M2M_ARGC_MAX][M2M_ARGV_MAXTOKEN + 1])

{

   LOG_INFO(CFUN test start \r\n);

   m2m_os_iat_set_at_command_instance(1,1);

   m2m_network_enable_registration_location_unsolicited();

   AT_parser = m2m_os_create_task(M2M_OS_TASK_STACK_M, 1, M2M_OS_TASK_MBOX_M, M2M_atParserProc);

   m2m_os_iat_send_at_command(AT+CREG?\r,1);

}

В нашем примере функция создает связь между логическим портом и экземпляром обработчика AT-команд, разрешает модулю регистрацию в сети сотовой связи и запрашивает результат регистрации командой AT+CREG?.Сам обработчик (M2M_atParserProc) находится в отдельном файле M2M_atParser.с. Этот файл не входит в скелет программы, и подробное его рассмотрение выходит за рамки данной статьи. Тем не менее полные исходные коды приложения CFUN можно найти в [7].

M2M_atRsp.c

В этом файле находится функция M2M_onReceiveResultCmd, которая вызывается при поступлении ответов модуля на AT-команды. В нашем случае функция передает управление обработчику AT-команд, упомянутому чуть выше:

INT32 M2M_onReceiveResultCmd(CHAR *atCmd, INT32 len, UINT16 logPort)

{

m2m_os_send_message_to_task(AT_parser, 0, (INT32)atCmd, len);

return 1;

} 

 M2M_hwEvents.c

Файл содержит следующие функции:

• M2M_onWakeupобработка сигнала будильника.
• M2M_onInterruptобработка аппаратных прерываний от GPIO. Прерывания могут формироваться от восьми портов модуля, заданное время реакции 130 мс.
• M2M_onHWTimerработа с аппаратными таймерами. Возможна установка до семи таймеров заданной длительностью от 100 мкс до 300 мс.
• M2M_onUSbCableEventобработка события подключения или отключения кабеля USB.
• M2M_onKeyEventобработка нажатия кнопки включения модуля.

В нашем примере описанные в данном файле аппаратные интерфейсы не используются, поэтому скелетный файл не модифицируется.

M2M_initialize.c

Файл включает функцию InitUserInterface, выполняющуюся однократно при старте приложения, а также несколько пока не используемых функций, предназначенных для развития AppZone в будущем.

M2M_net.c

В файле описаны функции, связанные с сетевыми событиями:

• M2M_onNetEventобработка событий, связанных с функционированием модуля в сети мобильной связи, например активация PDP-контекста.
• M2M_onRegStatusEventсобытия, связанные с регистрацией в сети, например изменение статуса регистрации. В нашем примере приложение отслеживает статус сети, поэтому стандартная функция модифицируется:

void M2M_onRegStatusEvent (UINT16 status, UINT8* location_area_code, CHAR* cell_id, UINT16 Act)

{

   LOG_INFO(status: %d cellID: %s \r\n, status, cell_id);

   if((status == 1) && (strcmp(cell_id, FFFF)!= 0)) {

          LOG_INFO(Module registered, ready to receive data call\r\n);

          m2m_network_disable_registration_location_unsolicited();

   }

}

• M2M_onMsgIndEventобработка поступившего SMS.
• M2M_onIP6RawEventприем пакета IPv6.

M2M_shell.c

В этом файле заготовка только одной функции M2M_cmdShell, пока не используемой и предназначенной для использования в будущем.

Помимо скелетной программы, при создании проекта формируются заголовочные файлы, декларирующие основные функции API. Поскольку это основной инструментарий программиста AppZone, рассмотрим их чуть более подробно. Полное описание функций API приведено в [8].

m2m_clock_api.h

Заголовочный файл m2m_clock_api.hсодержит описание следующих функций:

• установка/чтение текущих времени и даты;
• управление будильником.

m2m_fs_api.h

Здесь описываются основные функции для работы с файловой системой:

• m2m_fs_createсоздание нового файла.
• m2m_fs_openоткрытие существующего файла. Файл может быть открыт на чтение, на запись, на модификацию (без изменения размера), на добавление данных.
• m2m_fs_closeзакрытие файла.
• m2m_fs_deleteудаление файла. Перед удалением файл должен быть закрыт.
• m2m_fs_clearполная очистка файловой системы с форматированием.
• m2m_fs_copyкопирование файла в файл с новым именем.
• m2m_fs_find_first, m2m_fs_find_nextпоиск файлов.
• m2m_fs_renameпереименование заданного файла.
• m2m_fs_get_size, m2m_fs_get_size_with_handleопределить размер файла.
• m2m_fs_tellполучить текущий указатель на данные в файле
• m2m_fs_seekсместить указатель на заданное значение.
• m2m_fs_truncateсократить размер файла. Фактически размер сократится после закрытия файла.
• m2m_fs_getcпрочитать символ из файла.
• m2m_fs_getsпрочитать строку из файла.
• m2m_fs_readпрочитать из файла заданное количество данных. Файл должен быть открыт только для чтения.
• m2m_fs_writeзаписать в файл заданное количество данных. Файл должен быть открыт только для записи.
• m2m_fs_mk_dirсоздать новый каталог в файловой системе.
• m2m_fs_rename_dir переименовать существующий каталог.
• m2m_fs_rm_dirудалить существующий каталог. В каталоге перед удалением не должны содержаться файлы.
• m2m_fs_get_free_spaceполучить информацию о свободном месте в файловой системе (в байтах).
• m2m_fs_get_nof_filesполучить информацию об общем количестве файлов в файловой системе.
• m2m_fs_last_errorполучить информацию о последней ошибке при работе с файловой системой.

Таким образом, AppZone позволяет управлять полноценной файловой системой при помощи функций, аналогичных стандартным в ANSI C.

m2m_hw_api.h

В этом файле содержатся объявления функций API, предназначенных для управления периферийными ресурсами модуля:

• портами ввода/вывода (GPIO);
• счетчиком;
• аппаратными таймерами (как было сказано выше, их семь);
• последовательным портом (UART);
• передачей данных по USB;
• переходом в спящий режим и выключением.

m2m_i2C_api.h

Декларированы функции, управляющие передачей данных по шине I²C.

m2m_spi_api.h

Передача данных по шине SPI.

m2m_socket_api.h

Здесь декларируются функции управления сокетами TCP/IP. AppZone поддерживает работу одновременно с 10 сокетами, как клиентскими, так и серверными, как TCP, так и UDP.

m2m_network_api.h

Прототипы функций, позволяющих управлять взаимодействием модуля с сетью сотовой связи.

m2m_os_api.h иm2m_os_lock_api.h

Эти файлы содержат функции взаимодействия с операционной системой модуля, включая управление задачами, семафоры, обмен сообщениями между задачами и пр.

m2m_sms_api.h

Как можно предположить из названия, здесь описаны функции работы с короткими сообщениями (SMS).

m2m_ipraw_api.h

AppZone поддерживает работу по протоколу IPv6, и в данном файле собраны функции API для работы с ним.

m2m_ssl_api.h

Заголовочный файл содержит прототипы функций API для работы по протоколу SSL. Поддерживается только клиентское соединение по протоколу SSL:

• создание сессии SSL;
• для каждого соединения создается соответствующий контекст;
• для шифрования и передачи данных используется функция m2m_ssl_encode_send;
• после получения зашифрованных данных используется m2m_ssl_decodeдля дешифрации.

m2m_timer_api.h

Набор функций для работы с таймерами.

Компиляция и запуск проекта

Для компиляции проекта можно воспользоваться пунктом меню Build All или же горячими клавишами <Ctrl>+<B> (рис. 5).

Рис. 5. Компиляция проекта

В случае наличия ошибок в файлах проекта их описание появится во вкладке Problems, в случае успешной компиляции в каталоге проекта появится файл m2mapz.bin, который необходимо загрузить в модуль. Для загрузки файлов и запуска Telit предлагает воспользоваться специальной утилитойFile System Tool (рис. 6), входящей в комплект дистрибутива AppZone.

Рис. 6. Утилита File System Tool

Утилита позволяет считывать, записывать и удалять файлы из файловой системы модуля, а также управлять запуском и остановкой приложений AppZone, загруженных в модуль. Альтернативой для работы с файловой системой является использование специальных AT-команд, описанных в [9]. AT-команды могут подаваться как через AT-консоль (AT Console) в ADE (рис. 7), так и через любую привычную пользователю терминальную программу, вплоть до стандартного гипертерминала в Windows.

Рис. 7. Консоль AT-команд

Измерение энергопотребления модуля

Рис. 8. Структурная схема стенда для измерения энергопотребления

Для измерения энергопотребления используется простейшая схема, приведенная на рис. 8. По сути, измеряется падение напряжения на резисторе номиналом 1 мОм, увеличенное в тысячу раз. Таким образом, значения измеренных напряжений в милливольтах соответствуют потребляемому току в миллиамперах. В качестве измерительного прибора использовался осциллограф LeCroy LT344L [10], измерялось энергопотребление модулей GE910 и UE910 в следующих режимах:

• стандартный режим без приложения AppZone;
• приложение CFUN, режим энергосбережения выключен;
• приложение CFUN, режим энергосбережения включен.

Результаты измерений приведены в таблице 2. Осциллограмма, показывающая один из результатов (соответствующие ячейки выделены желтым цветом), приведена на рис. 9.

Рис. 9. Осциллограмма энергопотребления модуля

Как свидетельствуют данные таблицы 2, использование AppZone увеличивает энергопотребление модуля приблизительно на 20-30%, что вполне естественно: потребляются дополнительные аппаратные ресурсы. А вот измерение в режиме энергосбережения дало весьма неожиданные результаты: для 3G-модуля UE910 эффект снижения потребления мало заметен, в то время как на GSM/GPRS-модуле GE910 энергопотребление уменьшилось более чем в 4 раза. Это связано с тем, что большую часть потребления 2G-модуля составляет трансивер, работающий в режиме TDMA, и постоянная его работа не требуется. Для 3G-модулей, трансивер которых работает в CDMA, необходима его постоянная работа, что не позволяет радикально снизить энергопотребление.

Заключение

Разработчики Telit проделали большую работу по созданию AppZone. Благодаря этому программисты, которые будут использовать данную технологию для создания новых продуктов, получают практически весь необходимый для написания приложений инструментарий из дистрибутива AppZone. Документация Telit достаточно проста и логична, все предлагаемые программные средства могут быть быстро освоены. Все это является частью нового принципа компании One stop one shop, символизирующего предоставление всего необходимого для разработки и развития проекта из одного источника.