ربط متحكمات PIC مع شبكة Ethernet

توجهت الأنظار مؤخرا إلى شبكات Ethernet بشكل كبير من قبل مصممي أنظمة التحكم و الأتمتة ، وذلك بسبب انتشارها على نطاق واسع ، فلا يكاد يخلو بناء منها (بالطبع في الدول المتقدمة) ، و استخدامها في هذه التطبيقات سيغني عن إنشاء شبكات كهربائية لأنظمة التحكم ..
سنتعلم في هذه الجولة طريقة ربط المتحكم PIC18F252 مع شبكة محلية LAN ، كما سنتعرف على كيفية استخدام أساليب التخاطب المختلفة UDP و TCP و غيرها لاستخدامها في تصميم الأنظمة الخاصة بنا ، أو تطوير الأنظمة الحالية ...
المسألة ليس فيها سوى سر واحد هو اختيار متحكم Ethernet مناسب ، لأن هذا المتحكم هو المسؤول عن استلام رزم المعطيات من الشبكة وتسليمها بشكلها الرقمي المجرد للمتحكم الصغري و بالعكس من المتحكم إلى الشبكة ، لذا فهو المسؤول عن سرعة الاتصال وبالتالي على تصميم المشروع بشكل عام .
في الحقيقة توجد الكثير من هذه المتحكمات ( أرجو التفريق بين متحكم Ethernet و المتحكم الذي يدير النظام PIC18F252 ) سأتحدث عن اثنين منهما جربتهما ثم فضلت أحدهم على الآخر وهما : المتحكم RTL8019AS من شركة Realtek و المتحكم ENC28J60 من شركة Microchip .
لن أخوض في المقارنة الفنية بين المتحكمين ، فقراءة الصفحات الأولى من النشرة الفنية لكل منهما ستعطي صورة واضحة عن ميزاتهما ، و بما أن المتحكمين يعملان بسرعة 10Mbps ، فالمقارنة ليست مجدية كثيرا ، وما سأفعله هو إجراء مقارنة تجريبية لما واجهته أثناء العمل على كل منهما من صعوبات و ما دعاني لتفضيل أحدهما على الآخر ، فلنبدأ ..
بدأت مشوار التخاطب مع الشبكات مع المتحكم RTL8019AS لأنه كان الوحيد الذي استطعت الحصول عليه ، فصممت دارة مطبوعة ونفذتها و أنجزت الاتصال مع المتحكم PIC16F877A ، لكنني واجهت صعوبات في الحصول على مكتبة للتخاطب مع هذا المتحكم ، فالمكتبة الموجودة في المترجم mikroC لم تعمل إطلاقا ، وتأكدت من ذلك من خلال منتدى الدعم الفني للشركة فانتقلت للمترجم C18 و استخدمت TCP/IP Stack الذي توفره Microchip بشكل مجاني ، فنجح العمل لكن ذاكرة البرنامج ذهب نصفها لإنجاز روتين اتصال عبر UDP فقط ، والقشة التي قصمت ظهر البعير بعد ذلك هي عدم توفر أقطاب كافية لإنجاز أي مشروع حقيقي لأن المتحكم RTL8019AS يحتاج إلى 16 قطب على الأقل ليعمل (8 للبيانات و 5 للعنونة و 3 للتحكم) فأوقفت العمل بعد هذه الصعوبات بالرغم من نجاح التجربة ، و هذه بعض الصور من بقايا هذه التجربة الدامية :

• 
  
• 
  
• 
  
• 
  

---

تمكنت بعد ذلك من الحصول على المتحكم ENC28J60 بعد عناء طويل ، فأعدت الكرة و رسمت دارة مطبوعة وأنجزت العمل مرة أخرى لكن مع المتحكم PIC18F252 الذي يتمتع بذاكرة كبيرة نسبيا ، وجربت جميع البروتوكولات المتاحة UDP و TCP و ARP و ICMP ، وجربت الـ Web Server ، و تم العمل بشكل جيد هذه المرة دون صعوبات تذكر ، و إليكم بعض الصور :

• 
  
• 
  
• 
  
• 
  
• 
  
• 
  
• 
  

---

قبل أن أشرح عملية البرمجة ، أرجو ممن يقرأ هذه المقالة أن يشاهد المخطط النظري الموجود بالأعلى ، و هذه بعض الملاحظات التي قد توضح عمل الدارة بشكل أكبر :

• الدارة المتكاملة ENC28J60 : هي محور هذه المقالة ، و هي عبارة عن متحكم Ethernet ، و هي بالمناسبة أصغر متحكم Ethernet في العالم حتى تاريخ كتابة هذه السطور ، يتم التخاطب مع هذه المتكاملة تسلسليا عبر مسرى SPI ، وهي تحتاج جهد تغذية مقداره 3.3 فولت و هزاز كريستالي تردده 25MHz ،و مداخلها متوافقة تماما مع سوية TTL المنطقية ( 5 فولت ) .
  
• J0026D21E : ليست مجرد منفذ RJ-45 كما يلاحظ البعض ، فهي تحتوي إلى جانب ذلك على مرشحات خاصة للتعامل مع شبكات Ethernet ، و ثمنها يصل لعشرة أضعاف منفذ RJ-45 العادي !
  
• الدارة المتكاملة 74HCT244 تعمل على تحويل مستوى الجهد لمخارج المتحكم ENC28J60 من 3.3 فولت إلى 5 فولت المناسب للمتحكم PIC18F252 .
  
• منظم الجهد LM1117 لتأمين جهد التغذية 3.3 فولت للمتحكم ENC28J60 .
  

لندخل الآن في صلب الموضوع بعد هذه المقدمة المملة ، قد يتفاجأ البعض بمدى سهولة كتابة برنامج المتحكم PIC18F252 للتخاطب مع المتحكم ENC28J60 في mikroC ، و الهدف هذه المقالة هو شرح هذه العملية .
الجزء الأول من البرنامج هو تعريف بعض الثوابت :

1. // duplex config flags
   
2. #define Spi_Ethernet_HALFDUPLEX 0x00 // half duplex
   
3. #define Spi_Ethernet_FULLDUPLEX 0x01 // full duplex
   
4. 
   
5. const char httpHeader[] = "HTTP/1.1 200 OK\nContent-type: "; // HTTP header
   
6. const char httpMimeTypeHTML[] = "text/html\n\n"; // HTML MIME type
   
7. const char httpMimeTypeScript[] = "text/plain\n\n"; // TEXT MIME type
   

هذه الثوابت قد لا يعرفها سوى المختصون بالشبكات ، لذلك أرجو ألا تكون عقبة لمن ليس مختصا ، و باختصار ، أول تعريفين (Spi_Ethernet_HALFDUPLEX و Spi_Ethernet_FULLDUPLEX ) يخصان المكتبة ، و الثابت []httpHeader يحتوي على ترويسة HTTP اللازمة لعملية توليد الصفحات ، والثابتان التاليان يستخدمان لإخبار المتصفح عن نوع الملف الذي يستقبله ( html أو text ) .
الجزء التالي هو تعريف الصفحة التي سيتم توليدها من قبل المتحكم ، و هي مكتوبة بالطبع بلغة HTML ، و من لا يعرف هذه اللغة نهائيا أرجو منه تعلم أساسياتها ( قد لا تستغرق أكثر من يومين ) قبل إنجاز المشروع لأن العمل على هذه المشاريع بدون تعلم هذه اللغة كمن يخوض البحر بلا سفينة .

1. // default html page
   
2. char indexPage[] =
   
3. "\
   

4. NoorTronics Webserver

   \
   
5. \
   
6. \
   

   Heat Control\
   type="submit" value="ON">	\

   \
   
7. ";
   

هنا يتم تعريف بارامترات الشبكة : عنوان MAC و عنوان IP للمتحكم وللعبارة و لمزود DNS ، و قناع الشبكة الفرعية .

1. // network parameters
   
2. char myMacAddr[6] = {0x00, 0x14, 0xA5, 0x76, 0x19, 0x3f}; // my MAC address
   
3. char myIpAddr[4] = {192, 168, 20, 60}; // my IP address
   
4. char gwIpAddr[4] = {192, 168, 20, 6}; // gateway IP address
   
5. char dnsIpAddr[4] = {192, 168, 20, 1}; // dns IP address
   
6. char ipMask[4] = {255, 255, 255, 0}; // subnet mask
   
7. // end network parameters
   
8. unsigned char getRequest[20]; // HTTP request buffer
   

صار كل شيء جاهزا الآن ، سنستخدم التابع SPI_Ethernet_UserTCP لمعالجة رزم TCP ، و هذا التابع سيتم استدعاؤه بشكل آلي من قبل المكتبة عند اللزوم .
الجزء الأول من التابع يتم فيه تجاهل جميع الطلبات الموجهة إلى غير المنفذ 80 ، ثم تتم قراءة أول 15 محرف من الطلب ، ثم يتم اختبار نوع الطلب ورفض الجميع ما عدا طلبات GET ، يتم بعد ذلك إجراء عملية التحكم إن كانت موجودة ( في حالتنا هذه يتم التحكم بالطرف RB0 ) ، و من ثم التعديل على محتويات الصفحة و ألوانها و يعيد التابع القيمة len التي تعبر عن طول الرد ( عدد محارف الرزمة ) و الذي يحتوي على الصفحة التي ستظهر للمستخدم .

1. unsigned int SPI_Ethernet_UserTCP( char *remoteHost, unsigned int remotePort,
   
2. unsigned int localPort, unsigned int reqLength)
   
3. {
   
4. unsigned int len; // my reply length
   
5. if(localPort != 80) return(0); // I listen only to web request on port 80
   
6. 
   
7. // get 10 first bytes only of the request, the rest does not matter here
   
8. for(len = 0 ; len < 15 ; len++) getRequest[len] = SPI_Ethernet_getByte();
   
9. getRequest[len] = 0;
   
10. 
    
11. if(memcmp(getRequest, "GET /", 5)) return(0); // only GET method
    
12. 
    
13. if(!memcmp(getRequest+11, "ON", 2)) // do we have ON command
    
14. PORTB.F0 = 1; // set PORTB bit0
    
15. else
    
16. if(!memcmp(getRequest+11, "OFF", 3)) // do we have OFF command
    
17. PORTB.F0 = 0; // clear PORTB bit0
    
18. 
    
19. if (PORTB.F0)
    
20. {
    
21. memcpy(indexPage+340, "#FFFF00", 6); // highlight (yellow) ON
    
22. memcpy(indexPage+431, "#4974E2", 6); // clear OFF
    
23. }
    
24. else
    
25. {
    
26. memcpy(indexPage+340, "#4974E2", 6); // clear ON
    
27. memcpy(indexPage+431, "#FFFF00", 6); // highlight (yellow) OFF
    
28. }
    
29. 
    
30. len = SPI_Ethernet_putConstString(httpHeader); // HTTP header
    
31. len += SPI_Ethernet_putConstString(httpMimeTypeHTML); // with HTML MIME type
    
32. len += SPI_Ethernet_putString(indexPage); // HTML page first part
    
33. return len; // return to the library with the number of bytes to transmit
    
34. }
    

هذا التابع مماثل للتابع السابق ، و يتم استدعاؤه عند استقبال رسائل عبر UDP من قبل المكتبة , لكننا لن نستخدمه الآن ، و كما تلاحظون فإنه يجيب على جميع رسائل UDP بالقيمة 0 ، أي أنه لا يجيب عمليا .

1. unsigned int SPI_Ethernet_UserUDP( char *remoteHost, unsigned int remotePort,
   
2. unsigned int destPort, unsigned int reqLength)
   
3. {
   
4. return 0; // back to the library with the length of the UDP reply
   
5. }
   

هذا هو جسم البرنامج ، يتم فيه تهيئة المتحكم للعمل المناسب ، و هنا يتم إطفاء المبدل ADC و المقارنات Comparators و تهيئة الطرف RB0 كمخرج ، ثم تتم تهيئة منفذ SPI و تهيئة الاتصال بالمتحكم ENC28J60 ، ومن ثم إدخال إعدادات الشبكة للمتحكم ENC28J60 . كل هذ القسم سينفذ مرة واحدة فقط ، ثم سيدخل المتحكم في حلقة لا نهائية يتم خلالها استدعاء التابع SPI_Ethernet_doPacket الذي تولى المهمة برمتها .

1. void main()
   
2. {
   
3. ADCON1 |= 0x0F ; // no analog inputs
   
4. CMCON |= 0x07 ; // turn off comparators
   
5. 
   
6. PORTB.F0 = 0;
   
7. TRISB.F0 = 0; // set PORTB.B0 as output (rele control pin)
   
8. 
   
9. // starts ENC28J60 with: reset bit on PORTC.F0, CS bit on PORTC.F1,
   
10. // my MAC & IP address, full duplex
    
11. Spi_Init();
    
12. // full duplex, CRC + MAC Unicast + MAC Broadcast filtering
    
13. Spi_Ethernet_Init (&PORTC, 0, &PORTC, 1,
    
14. myMacAddr, myIpAddr, Spi_Ethernet_FULLDUPLEX) ;
    
15. 
    
16. // dhcp will not be used here, so use preconfigured addresses
    
17. SPI_Ethernet_confNetwork(ipMask, gwIpAddr, dnsIpAddr);
    
18. 
    
19. while(1) { // do forever
    
20. SPI_Ethernet_doPacket(); // process incoming Ethernet packets
    
21. }
    
22. }
    

صار بإمكاننا الآن التحكم بالطرف RB0 عن طريق المتصفح :


أرجو أن تكون هذه المقالة واضحة بما يكفي لفتح الباب أمام من يريد التعلم ، و أرجو ممن لديه أسئلة أن يطرحها و لايبخل بها علينا ، وتقبل الله منا ومنكم ..


المصدر
/www.noortronics.net