Übungsblatt 1 Einführung Labor und Sensorknoten/Zielplattform Übungstermin: Montag , 10:00 Uhr

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1 Praktikum zur Vorlesung Sensornetze WS 2017 Übungsblatt 1 Einführung Labor und Sensorknoten/Zielplattform Übungstermin: Montag , 10:00 Uhr In der ersten Übung sollen Sie sich zunächst mit den Arbeitsmitteln vertraut machen, die Sie im Laufe dieser Veranstaltung verwenden werden. Nach einer Laboreinführung werden Sie sich mit professionellem Equipment zur Messung von Strom, Spannung und Leistung, sowie der Zielplattform IHP-Node alias FeuerWhere-Node beschäftigen. Im zweiten Teil werden Sie den grundlegenden Workflow zur Programmierung eines Sensorknotens kennenlernen. Organisatorisches Die Teilnahme, an den in der Regel wöchentlich stattfindenden Übungen, ist freiwillig und keine Voraussetzung zur Prüfungszulassung. Es wird jedoch eine regelmäßige Teilnahme an den klausurvorbereitenden Übungen und ein hohes Maß an Selbständigkeit erwartet. Kurzfristige Ankündigungen, Änderungen, sowie Materialien und Übungsblätter werden auf der Homepage 1 auf der Seite Sensornetze veröffentlicht. Für den jeweiligen Übungszeitraum steht Ihnen der Raum zur Verfügung. Darüber hinaus können Sie den Laborraum 0.13/0.14 in Haus 7 nutzen, solange sich ein Mitarbeiter des Lehrstuhls darin aufhält und ein Arbeitsplatz frei ist. Die meisten Aufgaben können auch zuhause bearbeitet werden. Bei Fragen oder Problemen wenden Sie sich bitte an den Übungsleiter. Die Arbeit in Gruppen ist nicht vorgesehen. Lösungen werden schriftlich per an frohberg@ihp-microelectronics.com bis zur jeweils oben angegebenen Abgabefrist eingereicht. Verwenden Sie im Betreff immer folgendes Schema: Blatt_X_Matrikelnummer_Name_Vorname. Gleiches gilt für die Abgabe der Aufgaben die immer in einem ZIP-Archiv verpackt werden. 1 Seite 1 von 5

2 Zielplattform IHP-Node Machen Sie sich zunächst mit dem in Abbildung 1: IHP-NodeAbbildung 1 dargestellten Sensorknoten IHP-Node vertraut, der Sie durch die folgenden Übungen begleiten wird. Laden Sie sich zudem das Datenblatt des darauf befindlichen Mikrocontrollers (MCU) MSP430F5438A 2 von Texas Instruments (TI) runter und machen Sie sich mit dessen grundlegenden Features vertraut. Dazu zählt die genaue Spezifikation des eingesetzten MCUs, wie Programmspeichergröße, SRAM, EEPROM und Leistungsaufnahme, aber auch die Anzahl der zur Verfügung stehenden Timer-, UART- und SPI-Module oder das Unified Clock System (UCS). MSP430F5438A MCU CC1101 CC2500 CC2520 User Button 1 (outer) User Button 0 (middle) Reset Button (inner) 40 Pin IO Header µsd Card (Bottom Side) 8x LEDs JTAG USB Abbildung 1: IHP-Node Power Boost Switch Power Source Select (USB or Battery) Verschaffen Sie sich analog zum MCU einen Überblick über die Features der Transceiver CC1101 3, CC und CC welche auf der Zielplattform verwendet werden. Dazu zählen zum Beispiel über SPI konfigurierbare Kontrollregister, einstellbare Frequenzbereiche, Modulationsverfahren, Datenraten, Funktionen wie CRC, RSSI, CCA, Wake-on-radio, Synchronisationserkennung, Adressprüfung, sowie die unterschiedlichen Systemzustände und den jeweils damit einhergehenden Stromverbrauch. Notieren Sie für jeden Transceiver die Kontrollsequenzen über SPI, um diesen jeweils in den Schlafzustand (SLEEP) zu versetzen. Zur Unterstützung können Sie auch das Smart-RF-Studio von TI verwenden Seite 2 von 5

3 Entwicklungsumgebung Sie werden in der integrierten Entwicklungsumgebung (IDE) namens Code Composer Studio (CCS) von Texas Instruments (TI) arbeiten, welche auf Eclipse basiert und standardmäßig den TI MSP Compiler verwendet. Beides ist bereits auf den Rechnern im Labor vorinstalliert. Um ein Projekt zu erstellen gehen Sie die folgenden Anweisungen Schritt für Schritt durch. Öffnen Sie das CCS und wählen Sie einen Workspace in Ihrem User-Verzeichnis aus. Klicken Sie dann auf File -> New Project. Im folgenden Dialog wählen Sie dann Code Composer Studio -> CCS Project aus. Passen Sie die Einstellungen wie in Abbildung 3 dargestellt an. Beachten Sie vor allem, dass Sie im oberen Bereich den richtigen Prozessor MSP430F5438A ausgewählt haben. Debugger Zum Programmieren der Zielplattform nutzen Sie den MSP430 FET Programmer und einen speziellen Adapter, der wie in Abbildung 2 gezeigt angeschlossen wird. Machen Sie sich mit den Funktionen des Debuggers im CCS vertraut. Dazu zählt zum Beispiel das Setzen von Breakpoints, das Auslesen von Registerinhalten oder Funktionen wie Einzelschrittanweisungen oder Soft- Reset. USB zum Host PC JTAG Adapter Jumper auf Position 1-2 (außen) USB Programmer zum Host PC Abbildung 2: Anschluss MSP430 FET Programmer Seite 3 von 5

4 Abbildung 3: Anlegen eines neuen CCS Projekts Warm-up Machen Sie sich mit den Sensorknoten TelosB, FireFly3 und WiSense bis zur nächsten Übung vertraut und bereiten Sie sich darauf vor einen davon kurz vorzustellen (maximal 3 Minuten). Gehen Sie dabei auf die technischen Details, Features und den Kontext ein, in dem der Knoten entwickelt wurde. Stellen Sie 3 Beispiele für den Einsatz von Sensornoten/Sensornetzwerken vor. Welche Plattformen wurden dabei verwendet? Was war das Ziel der Anwendung? In welche Kategorie läßt sich die Anwendung einordnen? Welche Einschränkungen oder Grenzen gibt es beim Einsatz von drahtlosen Sensornetzen? Seite 4 von 5

5 Aufgabe 1 Bereiten Sie den MCU für die spätere Verwendung vor und initialisieren Sie die Clock-Domains über das Universal Clock System (UCS). Initialisieren Sie das UCS unter Verwendung des externen 32,768 khz Quarzes, welcher an XT1 angeschlossen ist. Messen Sie die Taktrate mit dem Oszilloskop an den Pins MCLK, SMCLK und ACLK am 40-Pin-Header. Aufgabe 2 Stellen Sie SMCLK und ACLK auf eine Taktrate von genau 1MHz und MCLK auf 2MHz ein. Verwenden Sie dazu den externen Quarz an XT1 und den internen FLL. Prüfen Sie die korrekte Frequenz an den drei Pins ACLK, MCLK, SMCLK am 40-Pin-Header. Machen Sie am Oszilloskop jeweils einen Screenshot von der gemessenen Taktrate und fügen Sie ihn Ihren Lösungen bei. Initialisieren Sie die Ports als Ein- bzw. Ausgänge. Informationen dazu entnehmen Sie bitte der Schaltung bzw. dem Datenblatt des MCU. Binden Sie zusätzlich zur msp430.h auch die Headerdateien stddef.h und stdint.h ein. Kompilieren Sie Ihren Code und laden Sie ihn auf den MCU. Notieren Sie die Angaben zu Code- Größe und RAM. Aufgabe 3 Geben Sie den äquivalenten C-Code zu folgendem Assembler-Code an. Einen Überblick über den Instruktionssatz des MSP430 finden Sie auf der Homepage von TI 67. MOV.W #23168, &WDTCTL ;??? MOV.B #255, &P8DIR_H ;??? MOV.B #0, &P8OUT_H ;??? XOR.B #85, &P8OUT_H ;??? MOV.W #0, r12 ;??? Was bewirkt der Code auf der Zielplattform? Seite 5 von 5