Einführung in das Praktikum Datenverarbeitung

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1 Einführung in das Praktikum Datenverarbeitung - Download der Praktikumsunterlagen -> Praktikum Datenverarbeitung (INI) -> Versuch Embedded Systems -> Versuch Embedded System Realtime -> Versuch Netzwerkmangement (Protokollsniffing, SNMP, NAGIOS) -> Versuch Software Engineering - Benotung o Vollständigkeit der Unterlagen inkl. Feedbackbogen o Richtigkeit und Qualität der abgelieferten Ergebnisse (Funktionsnachweis) o Qualität der Versuchsdokumentation und insbesondere der Programmdokumentation o Ergebnis des Kolloquiums 1

2 - Das dem Praktikumsversuch V1 und V2 zugrunde liegende Embedded System Bild: LCD-Controllerkit mit MSP430F449 - Hinweis auf weitere Webseiten => MSP430F449 LCD Kit, LCD-Controllerkit mit MSP430F449 =>MSP STK2 STARTERKIT DEVELOPMENT BOARD => Kickstart MSP430, Vorzüge: JTAG, => Support User Manual -> EBS-Kern Salvo für MSP430 (Demoversion) 2

3 - Application Notes für Embedded Entwickler _ovw bzw. => MSP430 Homepage => Application Notes for MSP430 Ultra-Low Power Microcontrollers p430_desres_code => Design Resources: Code Examples, => MSP-FET430P440 Assembler Examples "C" Examples Find a Device => kurzes Tutorial zu msp430gcc => Tutorial für Einsteiger: LCD, ADC und USART Programmierung in C => "examples"-ordner bzw. "checkout" aus dem CVS vom MSPGCC => The MSP430 Bugspray Database - Datenbank für Bugs in MSP430-Controllern => MSP430.info - Portalseite für MSP430; Info, Projekte, Paper, Entwicklungstools... => Yahoo group MSP430 - lebhaftes Forum mit vielen MSP430-Experten 3

4 - Prototypischer Ablauf bei der Programmentwicklung 1. New Workspace anlegen C:\Programme\IAR Systems\Embedded Workbench 3.2\LED-BLINK01.eww 2. Neues Projekt anlegen mit Project -> Create New Project Mehrere unabhängige Projekte innerhalb eines Workspaces sind möglich. 3. Mit Add Files können Files in das aktuelle Project aufgenommen werden C- und Assembler-Files mikrocontrollerspezifische Header-Files, z.b. Msp430F44x.h Prototypen Headerfiles ffür Funktionsbibliotheken, z. B. math.h 4. Unter Project -> Options -> Category General den richtigen Mikrocontrollertyp auswählen => msp430f Unter Project -> Options -> Category C-SPY unter Driver den Flash Emulation Tool auswählen 6. Mit Project -> Debug Programm übersetzen und per JTAG in den Mikrocontroller downloaden und debuggen. - Hinweise zur Fehlersuche => Debug -> GO -> Step Over -> Step Into -> Step Out -> Next Statement -> Run to Cursor => 430 Schaltplan des Embedded Boards berücksichtigen beim Zugriff auf externe Hardware 4

5 Bild: Schaltplan zu msp430 Version 2 (Dateiname: msp stk2-sch.gif) 5

6 Bild: Schaltplan zu msp430 Version 1 (Dateiname: msp stk-sch.gif) 6

7 Programmbeispiel für die Digital Ausgabe /* LED_Blinker.c Ludwig Eckert Demo-Programm: LED blinkt auf einem MSP-FET Board */ #include <msp430x44x.h> // hardwarespezifisches Header-File laden void wait_loop() // Funktionsdefinitionen { unsigned int i; // Laufvariable fuer Warteschleife for(i = 0; i < 60000; i++); } int main() { WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; // Watchdog deaktivieren P1SEL=0x00; // Port1 als General Purpose Input Output (GPIO) verwenden P1DIR = 0xFF; // Setze Port1 als Ausgang P1IE = 0x00; // Interrupts dissablen while(1) // infinite blink loop { // LED ON P1OUT = 0xFF; wait_loop(); // LED OFF P1OUT = 0x00; wait_loop(); } // end infinite blink loop } // end main 7

8 C:\Programme\IAR Systems\Embedded Workbench 3.2 -> IAR IDE Directory Struktur nach der Installation C:\Programme\IAR Systems\Embedded Workbench 3.2\430\inc -> Headerfiles für unterschiedliche Derivate der MSP430-Mikrocontrollerfamilie 8

9 C:\Programme\IAR Systems\Embedded Workbench 3.2\430\inc\clib 9

10 C:\Programme\IAR Systems\Embedded Workbench 3.2\430\FET_examples\fet440\C-source -> Beispielprogramme 10

11 Versuch Embedded Systems Praktikumsversuch Embedded Systems In diesem Versuch soll der praktische Einsatz eines Embedded Systems zur Lösung von Kommunikations-, Ansteuerungs- und Messaufgaben aufgezeigt werden. Zum Einsatz kommt ein Entwicklungsboard der Firma Olimex, welches den Prozessor MSP 430F449 von Texas Instruments verwendet. Zur Softwareentwicklung wird das integrierte Entwicklungssystem (IAR Embedded Workbench) von IAR Systems eingesetzt. Die Programmerstellung erfolgt in der Programmiersprache C. Hierbei werden folgende Ziele verfolgt: - Vertraut werden mit der Hardware eines Embedded Systems - Kennenlernen der Entwicklungsumgebung IAR Embedded Workbench - Programmierung eines Embedded Systems und seiner Schnittstellen - Kennenlernen von Interruptmechanismen zur Lösung von konkurrierenden Aufgaben (Multitasking) Folgende Teilaufgaben sind zu lösen: - Programmierung einer Anwendung zur Kommunikation zwischen dem Mikrocontroller MSP 430F449 und einem PC-Hyperterminal über die V24- Schnittstelle TEILVERSUCH 1: KOMMUNIKATION ZWISCHEN MIKROCONTROLLER UND PC-HYPERTERMINAL ÜBER DIE V24-SCHNITTSTELLE - Timer-basierende Pulsweitenmodulation (PWM) mit Interrupt-Steuerung TEILVERSUCH 2: TIMERBASIERENDE PULSWEITENMODULATION (PWM) MIT INTERRUPSTEUERUNG - Zeitäquidistante Abtastung und Wandlung eines Analogsignals am Beispiel einer Temperaturmessung und Ausgabe der Temperatur in einem Hyperterminal-Fenster eines PCs. TEILVERSUCH 3: ZEITÄQUIDISTANTE ABTASTUNG UND WANDLUNG EINES ANALOGSIGNALS FEEDBACKFORMULAR Versuchsdurchführung -> Versuch1-V1_0_02.pdf 11

12 Folgende Teilaufgaben sind zu lösen: - Programmierung einer Anwendung zur Kommunikation zwischen dem Mikrocontroller MSP 430F449 und einem PC-Hyperterminal über die V24- Schnittstelle TEILVERSUCH 1: KOMMUNIKATION ZWISCHEN MIKROCONTROLLER UND PC-HYPERTERMINAL ÜBER DIE V24-SCHNITTSTELLE Bild: MSP430x44x functional block diagrams 12

13 Name beim Bedeutung USART0 UCTL0 USART Control Register UTCTL0 Transmit Control Register URCTL0 Receive Control Register UMCTL0 Modulation Control Register UBR00 Baud-Rate Register 0 UBR10 Baud-Rate Register 1 RXBUF0 Receive Register TXBUF0 Transmit Register Bild: Block Diagramm - Universal Synchronous and Asynchronous Receiver Transmitter (USART) 13

14 Bild: Commonly Used Baud Rates, Baud Rate Data, and Errors 14

15 Bild: UxCTL, USART Control Register 15

16 - Timer-basierende Pulsweitenmodulation (PWM) mit Interrupt-Steuerung TEILVERSUCH 2: TIMERBASIERENDE PULSWEITENMODULATION (PWM) MIT INTERRUPSTEUERUNG Bild: Timer_A Block Diagram 16

17 Bild: Timer_A Registers - Zeitäquidistante Abtastung und Wandlung eines Analogsignals am Beispiel einer Temperaturmessung und Ausgabe der Temperatur in einem Hyperterminal-Fenster eines PCs. TEILVERSUCH 3: ZEITÄQUIDISTANTE ABTASTUNG UND WANDLUNG EINES ANALOGSIGNALS FEEDBACKFORMULAR 17

18 Bild: ADC12 Block Diagram 18

19 ADC12 Operations 19

20 20

21 Bild: ADC12 Registers 21

22 Versuch Embedded System Realtime Praktikumsversuch Embedded System Realtime In diesem Versuch soll der praktische Einsatz des Embedded Systems durch den Einsatz eines Echtzeitsystems (Realtime-Kernels) erweitert werden. Zum Einsatz kommt ein Entwicklungsboard der Firma Olimex, welches den Prozessor MSP 430F449 von Texas Instruments verwendet. Zur Softwareentwicklung wird das integrierte Entwicklungssystem (IAR Embedded Workbench) von IAR Systems eingesetzt. Als Echtzeitsystem kommt der Realtime-Kernel Salvo der Firma Pumpkin zum Einsatz. Die Programmerstellung erfolgt in der Programmiersprache C. Hierbei werden folgende Ziele verfolgt: - Kennenlernen von Methoden zur Synchronisation und Kommunikation von Anwendungstasks in einer Echtzeitumgebung. - Kennenlernen von Verfahren zur Auswertung von pulsweitenmodulierten PWM Signalen. Folgende Teilaufgaben sind zu lösen: - Gegenüberstellung und Vergleich eines konventionell erstellten Programms und eines Echtzeit-Programms mit gleicher Funktionalität. TEILVERSUCH 1: EINSTELLBARE ZEITÄQIDISTANTE ABTASTUNG UND WANDLUNG EINES ANALOGSIGNALS - Erstellung von Realtime-Anwendungstaks zur Interpretation von Eingaben, Messung von PWM-Signalen und Regelung einer Temperatur bei vorgegebenem Versuchsaufbau. TEILVERSUCH 2: REGELUNG DER TEMPERATUR EINES KÜHLKÖRPERS MIT HILFE EINES LÜFTERS Versuchsdurchführung -> Versuch2.doc 22

23 Praktikumsversuch Netzwerkmangement (SNMP / NAGIOS) Mit zunehmender Komplexität eines heterogenen Netzwerkes gewinnt die Diagnose und Überwachung der IT-Infrastruktur immer mehr an Bedeutung. Performancebeeinträchtigungen oder sogar Systemausfälle eines Netzwerkes können hohe Kostenausfälle nach sich ziehen. Grundkenntnisse in der Diagnose und dem Management von Netzwerken sind daher von elementarer Bedeutung für einen reibungslosen Betrieb. Hierbei werden folgende Ziele verfolgt: Kennenlernen von Standard Diagnosetools für die Verfügbarkeits- und Verbindungsprüfung Umgang und Analyse eines Netzwerkes mit Hife eines Protokollanalysators Kennenlernen und Customizing eines Netzwerkmanagementssystems (NMS), hier am Bsp. von Whats Up Gold Folgende Teilaufgaben sind zu lösen: Teil 1: Troubleshooting mit Standard Diagnosetools zum Aufinden von OSI Layer 1 Fehlern - Testen der Verbindungen mit dem ping -Befehl - Routen verfolgen mit den Befehlen traceroute und pathping Teil 2: Protokollanalyse mit Ethereal/Wireshark - Aufzeichnung verschiedener Netzwerkprotokolle, z. B. ARP, IP, TCP und HTTP - Dekodieren von Datenframes - Einsatz von Capture Filtern für die Langzeitüberwachung Teil 3: Einsatz eines Netzwerkmanagementsystems (WhatsUpGold, NAGIOS) Konfigurieren der SNMP-Agenten - Demonstration des MIB-Browsers und der Struktur des MIB-Baumes - Erzeugung einer Netzwerktopologie Map in WhatsUpGold - Überwachen der Netzwerktopologie durch periodisches Polling - Überwachen der Verfügbarkeit von Services (z. B. Apache Webserver) 23

24 Host A /24 Netz /30 DCE fa0/0 s0/0 R_A s0/1 DTE s0/0: /30 s0/1: /30 fa0/0: /24 BRI0/0: - Netz /30 s0/0: /30 s0/1: /30 fa0/0: /24 fa0/1: - DTE s0/1 R_C fa0/0 s0/0 DCE Netz /30 DCE s0/0 R_B s0/1 DTE fa0/0 s0/0: s0/1: fa0/0: fa0/1: - Server01 (Apache Webserver) /24 Host E /24 Bild: Screenshot einer Topology-Map 24

25 - Hinweis auf weitere Informationen Ethereal Ethereal is a free network protocol analyzer for Unix and Windows. It allows you to examine data from a live network or from a capture file on disk. You can interactively browse the capture data, viewing summary and detail information for each packet. Ethereal has several powerful features, including a rich display filter language and the ability to view the reconstructed stream of a TCP session. Infos zu SNMP und der Struktur einer MIB -> SNMP-Projekt This site provides links and information about SNMP (Simple Network Management Protocol) and MIB (Management Information Base) The Official Website of SNMP Research International, Inc. User's Guide zu Whats Up Gold V.8.0 MIB Browser (nicht zwingend erforderlich) MG-SOFT Corporation, established in March 1990, is the world's leading supplier of SNMP, SMI and general network management applications, toolkits and solutions for Windows and Linux platforms. MG-SOFT's major SNMP network management and monitoring packages are - MIB Browser Professional Edition, the world's best and most popular software of this kind; - Net Inspector, a robust network management integration tool designed for monitoring and managing medium and large networks; - SNMP MIB Query Manager, a robust and flexible software package which can simultaneously monitor numerous SNMP devices on the network; - Trap Ringer Professional Edition, a powerful SNMP Trap and Inform notification manager. 25

26 A) Thema: Troubleshooting mit Standard-Diagnosetools 1. Aufgabe: Erreichbarkeit der Netzwerkkomponenten und Server prüfen - Netzwerkfunktionen mittels PING und TraceRoute auf Funktion prüfen - Prüfen der Erreichbarkeit des Apache-Webservers von Host E aus - Aufzeichnen der Wegwahl (Routen) von Host E zum Apache-Webserver mittels des Programmes TraceRoute - Verbindungsunterbrechung; mit Traceroute alternativ-weg dokumentieren 2. Teilversuch Troubleshooting mit Ethereal 2. Aufgabe: Funktionsnachweis durch Protokollieren mit Ethereal - Funktionsnachweis durch Protokollieren der PING-Frames am Host E mit Ethereal (Capturen und anschließend Display) - Apache Webserver mit html-browser von Host E aus prüfen (z.b.: - Funktionsnachweis durch Protokollieren der HTML-Frames am Webserver und am Web-Client (Internet-Browser auf dem Host E) mit Ethereal - html Frames am Host E und dem Server Apache protokollieren (Capturen und Filtern auf IP bzw. html) - Anzeigen der html-sesssion-daten durch TCP-Stream Analyse (TCP-Follow Stream in Ethereal auswählen) B) Thema: Einsatz eines Netzwerkmanagementsystems - Ausfallüberwachung eines Systems bzw. Dienstes unter WUG einrichten 3. Aufgabe: Verfügbarkeitsüberwachung von Netzwerkkomponenten und Anwendungsservern (ggf. Netzwerkverbindungen) Ausfallüberwachung eines Systems bzw. Dienstes unter WUG einrichten Voraussetzung auf jeder Netzwerkkomponente ist der SNMP-Agent konfiguriert und gestartet 26

27 auf jedem PC steht ein SNMP-Agent zur Verfügung auf dem PC läuft das Netzwerkmanagement WhatsUpGold Durchführung: Dienst SNMP-Agent auf allen Hosts starten auf der NMS (WUG) wird ein Netzwerk-Discovery durchgeführt -> Topologie des Netzwerkes mit Hosts, Servern und Netzwerkkomponenten mit Smart Scan und Service Scan erzeugen Netzwerkkomponente auschalten (Router oder beliebiger Host im Netz, außer NMS selbst) -> WUG muss Ausfall melden, durch Farbumkehr in der Topology-Map vorherige Netzwerkkomponente wieder einschalten -> WUG muss ordentlichen Betrieb durch Farbumkehr wieder anzeigen 4. Aufgabe: Verfügbarkeitsüberwachung (Ausfallüberwachung) von Diensten (hier Web-Server) via SNMP Voraussetzung auf einem Rechner muss Apache Webserver verfügbar sein Duchführung: Apache Webserver starten und prüfen, ob dieser als Dienst unter Windows "gestartet" wurde auf der NMS (WUG) wird bezogen auf den Apache-Webserver ein Service Scan durchgeführt auf der NMS (WUG) wird nun die Überwachung eines Dienstes (hier z.b. apache Webserer) konfiguriert und in einer Service-Map angezeigt Apache-Dienst auf dem Serverrechner mit [Windows-Systemsteuerung][Dienste]->Apache deaktivieren -> WUG muss Ausfall des Apache-Dienstes durch Farbumkehr anzeigen Ausfall einer Komponente bzw. eines Dienstes (hier z.b. ApacheWebserver) soll erkannt und gemeldet werden (Meldung z.b. durch automatischen -Versand oder über ein PopUp-Fenster Apache-Dienst deaktivieren -> WUG muss Ausfall alarmieren Apache-Dienst wieder deaktivieren -> WUG muss Verfügbarkeit wieder durch Farbumkehr anzeigen 27

28 5. Evtl. Zusatzaufgabe: Performanceüberwachung von Diensten (hier Web-Server) via SNMP Szenarium: Performance-Überwachung Voraussetzung Duchführung: SNMP-Agent für Webserver ist aktiviert z. B. Anzahl der eingehenden und der ausgehenden Pakete des Webserver kontinuierlich monitoren mit WUG Wenn eine bestimmte Anzahl von Datenpacketen überschritten wird (Schwellwert sinnvoll wählen), dann soll WUG eine Meldung (Notification) generieren oder dies über ein PopUp-Fenster anzeigen -> WUG ist entsprechend zu konfigurieren 28

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