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建立一個 MQTT 測試環境

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如何建立一個 MQTT server 的測試環境,在網路上有提供 MQTT Broker 的服務,其中免費的 MQTT 測試網站列表,如下: 1)       MQTT GO : https://broker.mqttgo.io/ ,使用說明參考 [1] 。 2)       EMQX : https://www.emqx.com/ ,可用谷歌或 Github 帳號登錄,然後創建 MQTT 服務。特別留意,這個網站提供的連線方式為 MQTT over TLS/SSL 。   有了網路的 Broker 服務之後,我們需要設計一個訊息發佈的終端,來模擬 IoT 的設備。利用 MQTTnet C# 設計一個 client 端的工具,可驗證 MQTT 連線與發佈,工具的操作畫面如下所示。 操作步驟 1)       設定 broker 網址以及連線的端口,標準端口: 1883 ,或者 TLS/SSL 端口: 8883 。不過,這個 MQTT GO 網站使用標準端口連線,而且不需要 user/password 。按下 Connect 鈕後,無論成功與否,會彈出一個連線結果。 2)       成功後,設定右側的 Topic 欄位,然後再填寫訊息欄,最後按下 Publish ,這則訊息會傳送到 MQTT GO 網站,我們再到網站上檢視,如下圖。 3)       開啟瀏覽器到 MQTT GO 網站,先連線後,再訂閱主題。這裡的主題就是對應上面工具的 Topic 欄位,訂閱後,就能直接在瀏覽器上面看到工具傳送的訊息。   模擬測試 根據水利署的 MQTT 資料上傳文件 [2] ,主題的格式為 Datastream( 物理量 GUID)/Observations ,而訊息內容為 JSON 格式。將 GUID 填入 1 為模擬代號,下圖是模擬的結果。   EMQX 連線資訊 EMQX 服務器的連線採用 MQTT over TLS/SSL ,其中連線的 user 帳號為 peter ,而 password 為 ******** ,網址為 v351583c.ala.asia-southeast1.emqxsl.com 。下圖是連線成功的情況,就可以進行發佈訊息了。     如何訂閱這個主題?我們需要

[筆記] RTSP stream server on Windows

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➤ 準備套件 MediaMTX :到 github 網站下載 zip 包  https://github.com/bluenviron/mediamtx ,參考 [1] FFmpeg :到官網下載已經編譯好的 zip 包,參考[2] ➤ 啟動 RTSP 服務         MediaMTX zip 包裡面有三個檔案,一個程式的執行檔(.exe),一個是程式的配置檔(.yml),另一個是許可檔案。配置檔就是一個文字檔,打開後可以看到 RTSP 的相關設定,還有其他串流 RTMP 的設定。在 Windows 環境下,開啟 CMD 視窗,然後執行 mediamtx.exe,顯示出下圖的結果。RTSP 串流的 TCP 端口為 8554,UDP 端口為 8000。 ➤ FFmpeg 影像編碼         編譯過的 FFmpeg 壓縮包裡面,\bin\ 目錄底下有三個執行檔,一個是 ffmpeg.exe,一個是 ffplay.exe,以及 ffprobe.exe。第一步,在 Windows 環境下開啟 CMD 視窗,然後執行 ffmpeg .exe -version 檢視版本號,看有沒有成功。         第二步,查看並列出電腦上的所有攝影機,執行 ffmpeg -list_devices true -f dshow -i dummy,結果會列出來,如下圖。         第三步,我們用 ffplay 工具執行擷取攝影機的影像數據,在 CMD 視窗執行 ffplay -f dshow -i video = "USB2.0 VGA UVC WebCam",其結果如下圖所示。         前面的步驟都成功後,進行第四步,將攝影機影像推到 RTSP 伺服器上,參考[3], ffmpeg -f dshow -i video="USB2.0 VGA UVC WebCam" -f rtsp rtsp://127.0.0.1:8554/stream 接著,我們在另一台電腦上,寫一個 RTSP client 的程式,從伺服器上面讀取攝影機的影像,如下圖,RTSP 伺服器的 IP 位址是 192.168.1.231,端口為 8554,登入的目錄為 stream。 最終的結果,如下。成功從遠端的電腦能透過 RTSP 協定擷取攝影機的即時影像。

工控板 STM32H750 ADC / DAC / 網路介面

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        在實務上,經常使用意法半導體的 MCU,本文介紹一塊高效能的工控板,如圖一所示,以 STM32H750 為基礎,其核心為 ARM Cortex-M7,最高運算時脈 480MHz。底下列出這塊工控板的周邊介面:      1) 12 路光耦合GPI      2) 8 路光耦合GPO (有帶+24V電源的接點)      4) 2 路DAC (12-bit, 0~10V)      5) 8 路ADC (16-bit, -10.24V~+10.24V, 外接 ADS8688 晶片)      6) RS-485 x 4, RS-232 x 1, FDCAN-bus x 2, USB-to-COM x 1      7) Ethernet RJ-45 (外接 LAN8720 PHY)      8) 8 路高速 PWM 輸出 值得一提的是這款工控的 CAN bus 是高速的 FDCAN (Flexible Data-rate CAN),傳輸速度可達 5Mbps,原本的 CAN 只有 1Mbps。 圖一:STM32H750 工控板的外觀         工控板上面外接了一顆 ADS8688 的 ADC 晶片,其規格是 16-bit 解析度,總取樣率為每秒 500k samples。在取樣的效能上,比起之前的 STM32F407 工控板提升了不少,請參考前文  https://han-ya.blogspot.com/2024/03/stm32f407-24-bit-adc.html 。雖然 ADS8688 晶片最高取樣率為每秒 500k,但是實際與 STM32H750 搭配後,只剩下 53.9k 左右,因為兩者間的通訊為 SPI,需要處理每筆通道的中斷服務,這會耗損不少時間。筆者也曾試著用 SPI_DMA 方式,看看能不能解放更多 MCU 的時間,無奈,效果更差,大概只剩不到 20k 左右。

STM32MP157 的 Linux 系統處理器 -- 第二步建立 Qt Creator 開發環境

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        STM32MP157開發板通電後,如下圖,開發板上面所運行 Qt 的版本為 5.12 ,因此我們從 Qt 官網下載對應的版本來開發 UI 介面,網址: https://download.qt.io/archive/qt/5.12/5.12.9/ 。 MP157 上面運行的作業系統是 OpenLinux ,要從 ST 官網下載 STM32MP1 OpenSTLinux Developer Package ,安裝包裡面有交叉編譯器和基於 Yocto 的 SDK ,安裝過程請參考 [2] 第一章或 [4] 第六章。         安裝 Qt Creator 5.12.9 後,需要將上述 cross compiler 的位置指向 ST 官方自帶的工具,如下圖所示,請參考 [2] 第二章。第一步先設定 qmake 路徑,第二步再設定 C++ 編譯器的路徑,最後再將開發環境的配置設定好。 第一個範例         利用 Qt 來編譯我們第一個範例 Hello World , Qt 能分別編譯 Ubuntu 環境的 UI 介面,也能編譯 MP157 開發板的 UI 介面。下面第一張圖是運行在 Ubuntu 系統的 Hello World ,下圖第二張是運行在 MP157 板子的 Hello World ,如果第一個範例能成功運行在不同系統的話,這代表我們上述安裝 Qt 開發環境是正確的。 參考資料 [1] STM32MP1 嵌入式 Linux 驅動開發指南 V2.0 [2] STM32MP157 出廠系統 Qt 交叉編譯環境搭建 V1.1 [3] STM32MP1 嵌入式 Linux C 應用編程指南 V1.4 [4] STM32MP157 快速體驗 V1.6

STM32MP157 的 Linux 系統處理器 -- 第一步建立開發編譯環境

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STM32MP157開發板的資料非常多,本文主要是抓出建立一個開發環境的重點部分。MP157  晶片有兩顆 ARM Cortext-A7 核心 800MHz 和一顆 Cortext-M4 核心 209MHz ,其中 A7 運行 Linux 核心。由於其多核的架構適用於處理複雜的任務,比如智能家居、環境監控、安防、自動控制系統、智慧醫療監測 … 等嵌入式的 Linux 應用。 首先認識啟動過程,當晶片通電啟動後,先跑 TF-A(STM 的安全開機流程 ) ,接著運行 uboot 開機程式 ( 俗稱 bootloader) ,此時 uboot 會載入 Linux 核心到 SRAM ,最後再運行 Linux 系統,周邊設備的驅動會被 Linux 系統帶起來,呈現給我們的就是 Linux 操作介面。 由於是 ARM 為基礎的晶片,編譯過程需要用 ARM 官方的編譯工具,也就是 tool-chain 。正點原子建議使用 gcc-arm-9.2-2019.12-x86_64-arm-none- 版本,這是 2019 年底出的 9.2 版本,有分為 Linux 和 Windows 版。同時, STM 官方有提供 TF-A 、 uboot 、 Linux 內核的原始碼,為了避免編譯原始碼產生錯誤,最好用同一編譯版本 9.2 版,因為無法確認新版本編譯工具是否能成功編譯原始碼。最後留意一點,如果要修改 uboot 或 Linux 內核驅動的話,最好在 Ubuntu 的環境底下進行原始碼的編譯。 Cross Compiler交叉編譯器 首先,到 ARM 官網下載 https://developer.arm.com/tools-and-software/open-source-software/developer-tools/gnu-toolchain/gnu-a/downloads ,搜尋 version 9.2 。 如果安裝到 Windows 環境,選 Windows (mingw-w64-i686) hosted cross compilers 底下的 AArch32 target with hard float (mingw-w64-i686-arm-none-linux-gnueabihf.tar.xz) 。然後,用 WinRAR 工具將它解壓縮到某一目錄下,接著在

工控板 STM32F407 / 24-bit ADC / 乙太網路介面

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        意法 STM32 系列晶片在工業或控制領域使用是非常廣泛的,這裡介紹一塊 F407 的控制板,板子將晶片的周邊電路已經拉出來,並接到歐式端子頭,如圖一所示。簡單介紹 STM32F407 核心是 ARM Cortex-M4F,晶片最高工作頻率 168MHz ,底下列出這塊控制板的周邊介面:         1) 16 路光耦合隔離 GPI         2) 16 路光耦合隔離 GPO (有帶+24V電源的接點)         3) 4 路光耦合隔離 GPO (無電源的接點)         4) 2 路 DAC (12-bit, 0-10V)         5) 8 路 ADC (24-bit, 0~10V, 7500 samples/sec) : 接 ADS1256 晶片,負電壓採差動模式。         6) RS-485(兩組), RS-232(一組), CAN-bus(兩組)         7) Ethernet RJ-45 接口:接 LAN8720 PHY 晶片         8) 8 路高速 PWM 輸出         9) 2 路高速 PWM 輸入 圖一:工控板系統圖示         下圖二是控制板的實體圖片,左下角是總電源 +24V 供電,右下角有一個 USB 接口 (UART to USB),用來接到電腦,當做終端機可以查看 debug 訊息,也可以當做系統參數配置的通訊介面,像是設定網路 IP 參數或系統參數....等,如下圖四所示。下方的 GPO 的數位輸出端子都會對應一個 LED 燈,當 GPO 輸出為 1 時,燈號就會亮起,反之,燈號會熄滅。 圖二:工控板實物圖示         控制板上面用了一顆 ADS1256 ADC 晶片,具有八個通道,解析度為 24-bit,總取樣率最高為 30k samples/sec。由於 F407 對於中斷處理的速度還不夠快,不足以滿足最高取樣率 30K 的條件。實測下來,如果系統只用到單一通道,則取樣率可高達到 15K  samples/sec,如果系統要多個通道掃描的話,則取樣率最多只能做到 7.5K 或者甚至更低 3.75K。 注意 :ADS1256 不能輸入負電壓,但是如何量測負電?可以用 差動輸入 方式,AINP 輸入低電壓,AINN 輸入較高電壓,兩者相減則為負電

[模組] STM32 藍芽模組 -- BlueNRG-2 模組

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模組介紹 BlueNRG 系統有兩款已認證的藍芽模組,都支援藍芽5.2,一款型號為 BLUENRG- M2SA ( 對應的開發板名稱: STEVAL-IDB008V1M) ,一款為 BLUENRG- M2SP 。模組的核心是 STM32 Cortex-M0 ,它本身就是一顆 MCU ,再外接常見的通訊界面,如: UART 、 SPI 、 I2C… 等。官方網站提供該模組的 SDK 程式碼,到官方網站下載 BlueNRG-1_2 DK-3.2.3.0-Setup.exe ,執行安裝後,如下圖所示。官網提供的模組規格  https://www.st.com/zh/wireless-connectivity/bluenrg-2.html 用 Keil IDE 開啟任一個 NRG2 的專案檔,要注意使用這兩款的模組前有三個變數要定義清楚再來編譯。 BLUENRG- M2SA 的定義如下: HS_SPEED_XTAL=HS_SPEED_XTAL_32MHZ LS_SOURCE=LS_SOURCE_ EXTERNAL_32KHZ SMPS_INDUCTOR=SMPS_INDUCTOR_ 10uH BLUENRG- M2SP 屬於更新版的模組,低速的時脈由內部自行產生,外部電路也不需要額外設計電感元件,定義如下:                               HS_SPEED_XTAL=HS_SPEED_XTAL_32MHZ                               LS_SOURCE=LS_SOURCE_ INTERNAL_RO                               SMPS_INDUCTOR=SMPS_INDUCTOR_ NONE 只要在編譯的環境裡面設定就好了,如下圖。 X-NUCLEO-BNRG2A1 是一塊 M2SP 模組 (U8) 的開發板,上面除了模組之外,還有一顆 Flash-SPI (U9) ,模組的 DIO14 腳位接了一顆 LED 燈可供我們控制。由於這塊開發板上面沒有穩壓 IC 的電路,無法自己產生穩定的 3.3V ,所以需要透過 Arduino UNO 擴充槽從外部來獲得電壓。 Q : BLUENRG- M2SP 模組如果進入休眠狀態,此時 JTAG 將無法直接連上,如何解決? A