Metti il .Net Framework nel micro ! - Il mondo embedded secondo Microsoft Paolo Patierno Software Engineer
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Metti il .Net Framework nel micro !
Il mondo embedded secondo Microsoft
Paolo Patierno
Software Engineer
Ringraziamo gli sponsor!
Chi sono … contatti • Blog (su DotNetCampania) • http://dotnetcampania.org/blogs/paolopat/default.aspx • Blog (su Embedded101) • http://www.embedded101.com/Blogs/PaoloPatierno.aspx • Twitter • @ppatierno • Linkedin • http://it.linkedin.com/in/paolopatierno • Skype • paolopat80 • Email • paolo.patierno@gmail.com
Agenda • Perché e cos’è ? Ma soprattutto cosa non è ! • Internals : l’architettura • IDE ed SDK • Hardware Object Model • Base Class Library e SPOT Library • Hardware ed Emulatore • DEMO : sviluppo e deploy
Perché ?
• Nel mondo, i sistemi embedded sono ormai diffusi
ovunque ma :
• Gli skill necessari per lo sviluppo sono elevati;
• Il firmware è tipicamente sviluppato in C/C++;
• I tool di sviluppo spesso non sono molto user friendly
(Keil, Iar, AVR Studio, ...) rispetto Visual Studio ;
• Il .Net Micro Framework si propone come
strumento per lo sviluppo sui sistemi embedded,
sfruttando un ambiente come Visual Studio ed un
linguaggio come il C# (anche VB dalla 4.2). Il tutto
ovviamente con codice managed;
Cosa non è … cosa è …
• Non è ...
• Un sistema operativo tradizionale con un runtime
(virtual machine) di codice managed on top;
• E’...
• Un mix tra le funzionalità tradizionali di un sistema
operativo (gestione risorse, controllo esecuzione,
Input/Output, ...) e le funzionalità tradizionali di un
runtime (GC, execution engine, interop, ...);
• Bootable runtime, al reset il «TinyBooter» carica il
«TinyCLR»;
Architettura
User Applications & Libraries
managed
Libraries .NET WPF COMM …
native
Execution Type Garbage Runtime per il
CLR Engine System Collector
Interop
codice managed
Astrazione
PAL Timers RAM I/O dell’hardware
Accesso diretto
HAL Drivers or OS Facilities
all’hardware
~20 – 30 KB
Hardware
Compilazione ed Esecuzione
Assembler C/C++ .Net Framework .Net Micro Framework
Assembler
Source code Source code Source code
Source
Compiler Compiler
Microsoft Microsoft
Intermediate Intermediate
Language Language
Assembly Assembly
Just in Time
Assembler Compiler
Compiler
Intermediate
1:1 1:n Managed
Language
Environment
Interpreter
Machine Code Machine Code Machine Code
Computer Processor
IDE, SDKs e Porting Kit
• Visual Studio 2010 e 2012;
• .Net Micro Framework SDK (fino alla 4.1 sul sito
Microsoft, dalla 4.2 su CodePlex … è open source);
• OEMs SDK (SecretLabs, GHI, …)
• Ciascun OEM può customizzare alcune funzionalità ed
esportarne delle altre
• Porting Kit : permette di sviluppare la parte di
basso livello (in C/C++ e Assembler) che si
interfaccia con l’hardware :
• Non c’è un IDE specifico (c’è un tentativo nella 4.2) e si
può compilare con GCC (CodeSourcery), Keil MDK,
ARM RVDS
• Include lwIP come stack TCP/IP ed OpenSSL per le
funzionalità di SSL/TLS;
Hardware : Object Model
• Bit-Based Control
• Scrittura/Lettura di una porta e quindi della sequenza
di bit che ne costituiscono il contenuto avviene
attraverso delle operazioni logiche AND e OR e con
l’ausilio di opportune maschere
#define PORTA 0x0000A000 // indirizzo PORTA
...
...
DWORD* pPort = PORTA;
*pPort |= 0x00000020; // setto ad 1 il bit 5
...
if (*pPort & 0x00000001) // verifico se il bit 0 vale 1
{
...Hardware : Object Model
• Ogni Port è rappresentata attraverso l’istanza di
una classe
• OutputPort e InputPort rispettivamente per
rappresentare porte di output e di input; InterruptPort
per la gestione delle interruzioni con un event handler;
• Scrittura/Lettura attraverso i due metodi Write() e
Read()
OutputPort outPort = new OutputPort(Cpu.Pin.GPIO_Pin0, false);
outPort.Write(true);
...
InputPort inPort = new InputPort(Cpu.Pin.GPIO_Pin1, true,
Port.ResistorMode.Disabled);
bool value = inPort.Read();Hardware : Object Model
OutputPort
Object sull’heap
+Write(bool)
InputPort Native Code
+bool Read()
outPort
Native Code
Reference
sullo stack
inPort
Pin3 Pin2 Pin1 Pin0 Porta fisica
• Più che alla port, permettono di accedere al
singolo pin all’interno di essaBCL e SPOT • Supporto per le classi principali del «fratello maggiore» .Net Framework (es. collections, threading, networking, …); • Namespace Microsoft.SPOT con le classi per la gestione managed dell’hardware e supporto per i principali protocolli di comunicazione (es. SPI, I2C, 1-Wire, UART, …); • DPWS (Device Profile for Web Services) implementa un sottoinsieme delle specifiche dei Web Services (WS-*) ed aggiunge un meccanismo di ricerca dei devices che esponsono determinati servizi (discovery/probing)
Base Class Library
Array Attribute DateTime Delegate Enum Exception
System
Math TimeSpan TimeZone Type WeakReference Hashtable
System.Globalization CultureInfo DaylightTime DateTime/Number FormatInfo
ArrayList Hashtable System.Resources ResourceManager
System.Collections
Queue Stack System.Diagnostics Debugger
System.Xml XmlReader System.IO Stream UTF8Encoding
System.Text
System.Text.RegularExpressions Regex Match StringBuilderBase Class Library
WebRequest WebResponse HttpWebRequest HttpWebResponse
System.Net
Dns EndPoint IPEndPoint Socket
System.Reflection Assembly FieldInfo MethodInfo PropertyInfo
Thread Timer Interlocked
System.Threading
AutoResetEvent ManualResetEventSPOT Library e DPWS
Microsoft.SPOT Microsoft.SPOT.Hardware
Microsoft.SPOT.Cryptography GPIO UART SPI I2C 1WIRE PWM
RSA XTEA Microsoft.SPOT.IO
Microsoft.SPOT.Presentation Removable Media VolumeInfo
Controls Media Shapes
Microsoft.SPOT.Touch
Microsoft.SPOT.Input Microsoft.SPOT.Net FTP
Microsoft.SPOT.Messaging Microsoft.SPOT.Net.NetworkInformation
Microsoft.SPOT.Time NetworkInterface NetworkChange
Dpws Ws.Services Microsoft.SPOT.Net.Security
Client Device Soap Binding
Microsoft.SPOT.Wireless
Discovery Transport
Microsoft.VisualBasic
Microsoft.SPOT.Cryptoki
Microsoft.SPOT.UpdateEmulatore
Managed Application
Emulator
Emulator Emulator Custom Emulator Configuration
Component Component Component Engine
• Configurabile via XML;
• Utilizzo e configurazione di componenti esistenti;
• Possibilità di creare nuovi componenti;
• Sviluppare la UI dell’emulatore;Hardware
Vantaggi/Svantaggi • Costi hardware bassi (footprint RAM, CPU, …); • Costi sviluppo bassi • Time to market rapido (prototipizzazione); • Codice managed (indipendente dall’hardware); • Visual Studio e C#/ VB.Net per lo sviluppo; • Supporto debugging sul target via Visual Studio; • Sviluppo iniziale su PC attraverso l’emulatore; • No real time (latenza interrupt e GC); • Più consumo di risorse (Flash e RAM); • Meno performance (codice managed interpretato);
DEMO
Qualche libro ...
• Expert .Net Micro Framework 2°
Edition - Jens Kuhner, Apress (2009)
• Embedded Programming with
the Microsoft .Net Micro
Framework – D.Thompson,
R.S.Miles, Microsoft Press (2007)… e risorse dal Web • .Net Micro Framework Official Site • http://www.netmf.com/ • .Net Micro Framework Codeplex • http://netmf.codeplex.com/ • .Net Gadgeteer • http://www.netmf.com/gadgeteer/ • TinyCLR.it • http://www.tinyclr.it/ • TinyCLR.com • http://tinyclr.com/ • Netduino • http://netduino.com/ • uPLibrary • http://uplibrary.codeplex.com/
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