Программируемый беспроводной IIoT-модуль WM2000

Введение

WM2000 - первый программируемый беспроводной IIoT-модуль Tibbo. В устройстве есть интерфейсы Wi-Fi и Bluetooth Low Energy (BLE), которые дали несколько новых возможностей: автоматическое подключение к Wi-Fi (автоассоциация), отладку по беспроводной связи, обновление по воздуху (OTA) и защиту транспортного уровня (TLS).

Аппаратная часть WM2000 включает два высокоскоростных последовательных порта. Кроме того, у модуля есть программные порты I²C/SPI, встроенные флеш-память и EEPROM, часы реального времени и десять линий GPIO, две из которых работают как внешние прерывания. Девять линий можно настроить на выход широтно-импульсной модуляции (PWM).

WM2000 полностью поддерживается средой Tibbo IDE (TIDE) и специальной платформой программирования, которая охватывает все аппаратные возможности модуля.

Два приложения Tibbo BASIC/C

WM2000 - первое устройство Tibbo, способное хранить до двух скомпилированных бинарных файлов Tibbo BASIC/C - «APP0» и «APP1» (в любой момент выполняется только один из них).

Все прежние изделия хранят одно приложение, которое может занять всю флеш-память, не занятую Monitor/Loader (M/L) и TiOS. В WM2000 флеш-памяти как минимум в четыре раза больше, чем у любого предшественника, поэтому второе приложение - APP1 - можно хранить в пространстве, оставшемся после M/L, TiOS и APP0.

Блок конфигурации устройства Device Configuration Block (DCB), хранящийся во флеш-памяти, позволяет определить, какое из двух приложений запускается при включении питания или перезагрузке WM2000 (есть и принудительный запуск APP0 через линию MD). Для работы с новой консолью BLE, дающей доступ к DCB, Tibbo подготовила удобное веб-приложение BLE Terminal.

Приложения Tibbo BASIC/C могут работать с DCB через предоставленный API (новые свойства и методы нескольких объектов). В частности, APP0 и APP1 могут читать и записывать данные DCB, а также переключаться друг на друга.

В Tibbo считают, что APP0 будет играть роль «вторичного Monitor/Loader», а APP1 - реализовывать основные функции изделий на базе WM2000. Например, такой «вторичный M/L» может предоставлять способы настройки параметров изделия, обновления его кода из облака или выполнения других функций управления. С этой целью Tibbo разработала «сопутствующее» приложение, которое поставляется с WM2000 как APP0. Это сопутствующее приложение позволяет просматривать и изменять конфигурацию устройства через смартфонное приложение L.U.I.S. (доступно для iOS и Android). Поскольку сопутствующее приложение написано на Tibbo BASIC, пользователи могут изменять его код под свои нужды.

Упрощённое подключение к Wi-Fi

В платформе WM2000 значительно улучшен объект wln.: он поддерживает автоматическую ассоциацию с заданной беспроводной сетью. Благодаря этому интерфейсом Wi-Fi в WM2000 пользоваться так же просто, как портом Ethernet в устройствах Tibbo, ориентированных на проводную связь. Задайте SSID и пароль целевой сети Wi-Fi, включите «autoconnect» - и WM2000 автоматически подключится к сети и будет оставаться подключённым, пока сеть в зоне досягаемости! Это же даёт возможность беспроводной отладки приложений Tibbo BASIC/C.

Все параметры автоматической ассоциации с Wi-Fi хранятся в DCB и настраиваются через консоль BLE или из кода Tibbo BASIC/C. Интерфейс Wi-Fi можно настроить и с помощью сопутствующего приложения, которое поставляется с модулем.

Аппаратные особенности

• 32-битная архитектура
• Хранит до двух скомпилированных бинарных файлов (приложений) Tibbo BASIC/C⁽¹⁾
• Блок конфигурации устройства Device Configuration Block (DCB)⁽²⁾ определяет, какое из двух приложений обычно запускается при включении питания
• Принудительный запуск APP0 через линию MD
• Встроенный интерфейс Wi-Fi (802.11a/b/g/n)
• TLS1.2 с криптосистемой RSA-2048⁽³⁾
• Необязательный режим «autoconnect» - автоматическая ассоциация с заданной сетью Wi-Fi, определённой в DCB⁽²⁾
• Необязательная отладка приложений Tibbo BASIC/C через интерфейс Wi-Fi⁽⁴⁾
• Встроенный интерфейс Bluetooth Low Energy (BLE 4.2)
• Доступ к DCB через новую консоль BLE⁽²⁾
• Два высокоскоростных последовательных порта (уровни CMOS)
• Скорость до 921,600bps
• Режимы чётности: нет/чёт/нечёт/маркер/пробел
• 7/8 бит на символ
• Полнодуплексный режим с управлением потоком RTS/CTS и XON/XOFF
• Полудуплексный режим с управлением направлением
• Кодирование и декодирование потоков Wiegand и «тактовый сигнал/данные»
• Один из портов может работать как последовательный порт отладки⁽⁵⁾
• Десять линий ввода-вывода общего назначения
• Две линии могут работать как прерывания
• Девять линий могут давать выход широтно-импульсной модуляции (PWM)
• Три линии могут работать как входы АЦП
• Поддержка внешних матричных клавиатур и клавиатур с двоичным выходом
• RTC с отдельным входом резервного питания⁽⁶⁾
• Вход резервного питания потребляет всего 30µA⁽⁷⁾
• 58KB SRAM для переменных и данных Tibbo BASIC/C
• 4MB флеш-памяти для хранения кода
• Monitor/Loader, TiOS и DCB⁽²⁾ занимают вместе 2,408KB
• 1,688KB доступно для хранения до двух бинарных файлов приложений - APP0 и APP1⁽¹⁾
• Дополнительные 4MB флеш-памяти для защищённой отказоустойчивой файловой системы
• 2048 байт EEPROM для хранения данных
• Три встроенных светодиода состояния и линии управления внешними светодиодами состояния
• Зелёный и красный основные светодиоды/линии состояния
• Жёлтый светодиод/линия соединения Wi-Fi/BLE
• Надёжный сброс при включении питания (без контроля просадки напряжения)
• Потребление в активном режиме: 150mA @ 3.3V (Wi-Fi включён и сканирует эфир)
• Предусмотрен «спящий» режим с глубоким отключением питания
• Размеры (Д x Ш x В): 45.1 x 28.15 x 3.5mm
• Шаг выводов 2.54mm (100mil), удобный для макетирования
• Диапазон рабочих температур: -40°C ... +85°C
• Прошивку и скомпилированные приложения Tibbo BASIC/C можно загружать через:
• последовательный порт
• интерфейс Wi-Fi
• интерфейс Bluetooth Low Energy (BLE)
• Приложения Tibbo BASIC/C можно отлаживать через интерфейс Wi-Fi⁽⁴⁾ или последовательный порт⁽⁵⁾
• Поставляется с сопутствующим приложением, предзагруженным как APP0
• Приложение позволяет редактировать DCB⁽²⁾ из смартфонного приложения L.U.I.S. (доступно для iOS и Android)
• Пользователи вправе изменять приложение по своему усмотрению

Примечания:

1. Хотя во флеш-памяти WM2000 можно хранить два независимых скомпилированных бинарных файла (приложения) Tibbo BASIC/C, одновременно может выполняться только один.
2. Несколько параметров конфигурации WM2000 хранятся в DCB, доступ к которому есть через консоль BLE. Веб-приложение BLE Terminal от Tibbo использует Web Bluetooth API (совместим с браузерами Chrome, Chromium, Edge и Opera) для подключения к консоли BLE модуля WM2000. Параметры конфигурации можно также читать и задавать из кода Tibbo BASIC/C.
3. TLS поддерживается на одном исходящем TCP-соединении.
4. Чтобы включить отладку по Wi-Fi, нужно включить autoconnect - автоматическую ассоциацию с заданной сетью Wi-Fi. Это можно сделать через консоль BLE, сопутствующее приложение или в коде.
5. В режиме отладки через последовательный порт приложениям Tibbo BASIC/C доступен только один последовательный порт. Если нужны оба порта, используйте вместо этого отладку по Wi-Fi. Режим отладки выбирается через консоль M/L или сопутствующее приложение.
6. Для нормальной работы модуля питание RTC должно быть подключено всегда. Если резервной батареи нет, подключите вход резервного питания к VCC. Вход резервного питания потребляет ток, даже когда модуль активен.
7. Ток, потребляемый входом резервного питания, может изменяться в пределах ±15% в зависимости от конфигурации подключённого оборудования.

Возможности программирования

На WM2000 работает Tibbo OS (TiOS). Ниже перечислены возможности, которые поддерживает его платформа программирования:

• Объекты:
• adc - даёт доступ к трём каналам АЦП
• beep - формирует сигналы зуммера⁽¹⁾
• bt - отвечает за интерфейс BLE (Bluetooth Low Energy)⁽¹⁾
• button - отслеживает линию MD (настройки)
• fd - управляет файловой системой во флеш-памяти и прямым доступом к секторам⁽¹⁾
• io - работает с линиями ввода-вывода, портами и прерываниями
• kp - работает с матричными клавиатурами и клавиатурами с двоичным выходом
• pat - «проигрывает» шаблоны на пяти парах светодиодов
• ppp - обеспечивает доступ в Интернет через последовательный модем (GPRS и др.)
• pwm - управляет каналами широтно-импульсной модуляции⁽¹⁾
• romfile - облегчает доступ к файлам ресурсов (постоянным данным)
• rtc - отсчитывает дату и время
• ser - управляет последовательными портами (режимы UART, Wiegand, «тактовый сигнал/данные»)⁽¹⁾
• sock - обмен данными через сокеты (до 32 сеансов UDP, TCP и HTTP) и поддержка TLS⁽²⁾
• ssi - управляет каналами последовательного синхронного интерфейса (SPI, I²C)
• stor - даёт доступ к EEPROM
• sys - отвечает за общие функции устройства⁽¹⁾
• wln - работает с интерфейсом Wi-Fi⁽¹⁾
• Группы функций: строковые функции, тригонометрические функции, функции преобразования даты и времени, функции шифрования и вычисления хэшей и другие
• Типы переменных: byte, char, integer (word), short, dword, long, real и string, а также пользовательские массивы и структуры

Примечания:

1. Эти объекты платформы либо новые, либо получили новые возможности (по сравнению с EM2000).
2. TLS1.2 с криптосистемой RSA-2048, поддерживается на одном исходящем TCP-соединении.