LSM110A - Programando com RTOS RIOT E ENVIANDO DADOS PARA U-BLOX ThingStream

  

O objetivo deste BLOG é demonstrar como é possível utilizar o RIOT para programação do WISOL LSM110A. Foi utilizado o Starter Kit LSM110A para o teste. O exemplo permitirá com linhas de comando o envio de texto via LoRa (ABP, AU915) ao servidor U-BLOX ThingStream MQTT (configurado no Gateway da Dragino), ou seja, não será necessário ter um servidor LoRaWAN TTN ou CHIRPSTACK.

Baseado no lora-e5-dev-mini

BETA - EM TESTES - APENAS PARA PROGRAMADORES COM RIOT IOT E CONHECEDORES DO DRAGINO GATEWAY - (OPENWRT E MQTT)

Compilado no WSL2 (Ubuntu on Windows), mas pode ser também no MinGW ou Ubuntu.

LSM110A Starter KIT

Módulo

MQTT

Para os dispositivos de Internet das Coisas (IoT), a conexão com a Internet é um requisito. A conexão com a Internet permite que os dispositivos trabalhem entre si e com serviços de backend. O protocolo de rede subjacente da Internet é o TCP/IP. Desenvolvido com base na pilha TCP/IP, o MQTT (Message Queue Telemetry Transport) tornou-se o padrão para comunicações de IoT.

https://www.u-blox.com/en/we-build-last

https://portal.thingstream.io/

Ambiente thingstream

Características:

• o custo do Thingstream como um MQTT Broker é muito menor do que o custo daqueles associados ao Azure e AWS;
• o gerenciador de fluxo de dados é uma excelente vantagem, dados podem ser tratados no servidor e então encaminhados;
• permite programação Node.js;
• a segurança é diferente e muito mais simplificada do que tentar fazer uma troca de certificados com a AWS etc;
• tem uma conexão segura em vez do dispositivo. Isso realmente simplifica a integração;
• capacidade de se inscrever em vários tópicos diferentes;
• nós para acessos para vários serviços da AWS Amazon, Azure IoT, IBM Watson, IFTTT (DashBoard e uma infinidade de outras opções)
• criação de Coisas (Thing);
• monitoração de eventos MQTT;
• alertas quando algo não vai bem.

No modo tradicional, se você quer acessar AWS, AZURE, etc:

• você deve fazer registro
• gerar certificados
• manter, guardar e proteger seus Certificados
• despachar cada Certificado um por um para os Devices na produção
• você precisa manter identidades diferentes por cada um dispositivo e entregá-los com segurança
• fortes impactos na complexidade na logística, produção tempo, configuração do sistema e custos de manutenção

Com ThingStream, se você quer acessar AWS, AZURE, etc:

• você deve fazer um registro de CA (certificate authority) (Access ID e Secret Key), exemplo, IAM na AMAZON.
• quando você cria um Device (Things) no ThingStream, você deve pegar as credenciais (Username, Password, Client ID) (Device Certificate), basicamente muda Client Id e Password para cada Device
• utilize estas credenciais (Things) (Username, Password e Client ID) no Device (U-BLOX NINA W106) para acessar o ThingStream  via MQTT
• crie Tópicos (Topics) que devem acessados pelos Devices (U-BLOX NINA W106), ou seja, para fazer Publish ou Subscribe
• no DATAFLOW manager (Flows), o Nó ThingStream Subscribe deve estar conectado à um Tópico previamente criado para o seu Device (U-BLOX NINA W106), é por ele que começa o disparo para o DATAFLOW manager
• Dentro do DATAFLOW pode de ter vários Nós ThingStream Subscribe
• no DATAFLOW manager tenha fácil acesso à AWS, AZURE, etc utilizando Access ID e Secret Key e então solicite os serviços disponíveis (S3, LAMBDA, etc) (No caso da AMAZON)

Dentro do ThingStream você tem o FLOW, o que permite tratar e encaminhar os dados para outros lugares.

Saldo de "Publish"

Registros dos Eventos

Planos acessíveis

RIOT: O sistema operacional amigável para a Internet das Coisas.

O RIOT alimenta a Internet das Coisas, como o Linux alimenta a Internet. O RIOT é um sistema operacional gratuito e de código aberto desenvolvido por uma comunidade de base que reúne empresas, universidades e entusiastas, distribuídos em todo o mundo.

O RIOT é um sistema operacional de IoT com recursos em tempo real. Foi desenvolvido por um consórcio de universidades na Alemanha e na França, que incluía a Universidade Livre de Berlim, o Instituto Francês de Pesquisa em Ciência da Computação e Automação e a Universidade de Ciências Aplicadas de Hamburgo. É lançado sob a Licença Pública Geral Menor GNU (LGPL).

É baseado na arquitetura de microkernel e é executado em microcontroladores de 8 a 32 bits. O RIOT suporta multithreading e toda a pilha de rede IoT.

O RIOT suporta a maioria dos dispositivos IoT de baixa potência e arquiteturas de microcontroladores (32 bits, 16 bits, 8 bits). O RIOT tem como objetivo implementar todos os padrões abertos relevantes que suportam uma Internet das Coisas conectada, segura, durável e amiga da privacidade.

O RIOT é um desenvolvimento amigável

Programe como você está acostumado. Não perca tempo com ambientes novos ou complexos.

Programação padrão em C ou C ++

Ferramentas padrão como gcc, gdb, valgrind

Código dependente de hardware minimizado

Zero curva de aprendizado para programação incorporada

Codifique uma vez, execute em plataformas de 8 bits (por exemplo, Arduino Mega 2560), plataformas de 16 bits (por exemplo, MSP430) e em plataformas de 32 bits (por exemplo, ARM)

Conformidade parcial com POSIX. Rumo à conformidade total com POSIX.

Desenvolva no Linux ou Mac OS usando a porta nativa, implemente no dispositivo incorporado

O RIOT é favorável aos recursos

Beneficie-se de uma arquitetura de microkernel e de um agendador sem marcação em dispositivos muito leves.

Robustez e flexibilidade da footprint de código

Permitindo a máxima eficiência energética

Capacidade em tempo real devido à latência de interrupção ultra baixa (~ 50 ciclos de clock) e agendamento com base em prioridades

Multiencadeamento com sobrecarga de encadeamento ultra baixo (<25 bytes por encadeamento)

O RIOT é amigável à Internet das coisas

Prepare seus aplicativos para as coisas menores da Internet com suporte comum ao sistema.

6LoWPAN, IPv6, RPL e UDP

CoAP e CBOR

Alocação de memória estática e dinâmica

Temporizadores de alta resolução e longo prazo

Ferramentas e utilitários (shell do sistema, SHA-256, filtros Bloom, ...)

Estrutura do RIOT

LSM110A E RIOT

Como o módulo LSM110A é baseado no chip STM32WL55 (CPU), será possível rodar o RIOT sem problemas. 

O link abaixo, é roteiro Básico para que você possa preparar o ambiente para programar o LSM110A

https://riot-os.org/api/index.html#the-quickest-start

Durante o processo você "deverá" instalar

git, Arm Toolchain, gcc, make, python3, pip3

Clone RIOT OS

git clone github.com/RIOT-OS/RIOT.git

cd RIOT

Editando arquivos em

\RIOT\tests\pkg_semtech-loramac

Makefile

BOARD ?= lora-e5-dev include ../Makefile.tests_common BOARD_WITHOUT_LORAMAC_RX := \ arduino-mega2560 \ i-nucleo-lrwan1 \ stm32f0discovery \ waspmote-pro \ LORA_DRIVER ?= sx126x_stm32wl LORA_REGION ?= AU915 USEPKG += semtech-loramac USEMODULE += $(LORA_DRIVER) # load loramac RX if board supports it ifeq (,$(filter $(BOARD),$(BOARD_WITHOUT_LORAMAC_RX))) USEMODULE += semtech_loramac_rx endif USEMODULE += auto_init_loramac USEMODULE += shell USEMODULE += shell_cmds_default USEMODULE += fmt FEATURES_OPTIONAL += periph_eeprom # Default IotLab Config to run the test ifneq (,$(filter iotlab%,$(MAKECMDGOALS))) IOTLAB_NODES ?= 1 IOTLAB_TYPE ?= st-lrwan1:sx1276 IOTLAB_SITE ?= saclay include $(RIOTBASE)/dist/testbed-support/Makefile.iotlab endif include $(RIOTBASE)/Makefile.include

RIOT\build\pkg\semtech-loramac\src\mac\region

REGION_AU915.C (SUB-Bands)

void RegionAU915InitDefaults( InitType_t type )
{
    switch( type )
    {
        case INIT_TYPE_INIT:
        {
            // Channels
            // 125 kHz channels
            for( uint8_t i = 0; i < AU915_MAX_NB_CHANNELS - 8; i++ )
            {
                Channels[i].Frequency = 915200000 + i * 200000;
                Channels[i].DrRange.Value = ( DR_5 << 4 ) | DR_0;
                Channels[i].Band = 0;
            }
            // 500 kHz channels
            for( uint8_t i = AU915_MAX_NB_CHANNELS - 8; i < AU915_MAX_NB_CHANNELS; i++ )
            {
                Channels[i].Frequency = 915900000 + ( i - ( AU915_MAX_NB_CHANNELS - 8 ) ) * 1600000;
                Channels[i].DrRange.Value = ( DR_6 << 4 ) | DR_6;
                Channels[i].Band = 0;
            }

            // Initialize channels default mask
            ChannelsDefaultMask[0] = 0xFF00; 
            ChannelsDefaultMask[1] = 0x0000;
            ChannelsDefaultMask[2] = 0x0000;
            ChannelsDefaultMask[3] = 0x0000;
            ChannelsDefaultMask[4] = 0x0000;
            ChannelsDefaultMask[5] = 0x0000;

Compilando

make BOARD=lora-e5-dev -C tests/pkg_semtech-loramac

TESTANDO NO WISOL LSM110A

text    data     bss     dec     hex filename
62604     184    7584   70372   112e4 /home/ubuntu/RIOT/tests/pkg_semtech-loramac/bin/b-l072z-lrwan1/tests_pkg_semtech-loramac.elf
make: Leaving directory '/home/ubuntu/RIOT/tests/pkg_semtech-loramac'
ubuntu@DESKTOP-GRCNLV8:~/RIOT$

Na pasta

/home/ubuntu/RIOT/tests/pkg_semtech-loramac/bin/lora-e5-dev

será gerado o tests_pkg_semtech-loramac.bin

Utilize STM32 PROGRAMMER para gravar

Abra o Emulador de Terminal

TX1 e RX1 do KIT LSM110A

Usando o SHELL

Este aplicativo fornece o comando loramac para configurar o MAC, juntar-se a uma rede e enviar/receber dados para/a partir de uma rede LoRaWAN. Subcomandos tx e join estão bloqueados até que o MAC esteja pronto. Classe A é ativado por padrão.

OTA

Juntando-se com over the air activation (OTA)

Defina seu dispositivo EUI, aplicativo EUI, chave de aplicativo:

> loramac set deveui AAAAAAAAAAAAAAAA
> loramac set appeui BBBBBBBBBBBBBBBB
> loramac set appkey CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC

Junte-se a uma rede usando o procedimento OTAA:

> loramac join otaa
Join procedure succeeded!

Unindo-se à ativação por personalização (ABP)

OTAA é sempre preferido em cenários do mundo real. No entanto, a ABP pode ser prática para testes ou workshops.

Defina o endereço do dispositivo, a chave da sessão da rede, a chave da sessão do aplicativo:

> loramac set devaddr AAAAAAAA
> loramac set nwkskey BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB
> loramac set appskey CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC

Junte-se a uma rede usando o procedimento ABP:

> loramac join abp
Join procedure succeeded!

Salvar contadores de quadros na memória flash não é (ainda) suportado. Antes de enviar dados, é necessário limpar contadores de quadros no Servidor de Rede! Caso contrário, as mensagens de uplink não funcionarão.

NOTA: Se usar TTN com ABP, certifique-se de definir a taxa de dados correta para RX2. Caso contrário, mensagens confirmadas e de downlink não funcionarão. O datarate para RX2 deve ser DR3 (SF9BW125) como visto na visão geral das frequências LoRaWAN:

> loramac set rx2_dr 3

Envio e recebimento de dados

Enviar dados confirmáveis na porta 2 (cnf e porta são opcionais):

> loramac tx This\ is\ RIOT! cnf 2

Envie dados não cconfirmáveis sobre a porta 10:

> loramac tx This\ is\ RIOT! uncnf 10

Ao usar mensagens de downlink classe A (modo padrão) serão recebidas no próximo uplink:

> loramac tx hello
    Data received: RIOT, port: 1

Outros comandos shell

Salve a configuração LoRaWAN do dispositivo (EUIs e chaves) em EEPROM (se fornecido pelo microcontrolador):

> loramac save

Na próxima reinicialização do dispositivo, esses parâmetros serão lidos automaticamente a partir do armazenamento não volátil EEPROM e, portanto, você pode se juntar diretamente à rede sem inseri-los novamente da linha de comando.

Remova a configuração LoRaWAN armazenada anteriormente:

> loramac erase

Alterne o índice de taxa de dados padrão (de 0 a 16). 5 é para SF7, BW125:

> loramac set dr 5

Mude para taxa de dados adaptativo (DataRate)

loramac set adr on

Execute um comando Link Check (será acionado na próxima transmissão):

> loramac link_check

A lista de comandos disponíveis:

> help
  help
  Command              Description
  ---------------------------------------
  loramac              control the loramac stack
  reboot               Reboot the node

Sequência de testes

• Pegue as credenciais do LSM110A, no caso são os valores Default na FLASH, durante a geração do Binário do RIOT.

loramac get devaddr

DEVADDR: 00000000

loramac get nwkskey

NWKSKEY: 00000000000000000000000000000000

loramac get appskey

APPSKEY: 00000000000000000000000000000000   

Cadastrando ABP keys

00000000|0000..|0000...

Apontando para ThingStream

LoRaWAN para MQTT

loramac join abp

loramac tx hello uncnf 1

Topic

ThingStream MQTT recebendo pacotes

TESTES EXTRAS

MONTAGEM

VSC

Saindo da linha de Comando para VISUAL CODE

VÍDEO

loramac tx AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA uncnf 1

DÚVIDAS

FORUMS RIOT

REFERÊNCIAS

http://riot-os.org/#nutshell

https://www.riot-os.org/#features

https://doc.riot-os.org/modules.html

RIOT/README.md at master · RIOT-OS/RIOT · GitHub

RIOT/periph_conf.h at master · RIOT-OS/RIOT · GitHub

ChirpStack open-source LoRaWAN Network Server

https://github.com/airqualitystation/firmware_for_bmx280_pms7003/blob/main/Makefile

LoRa-E5 Development Board - STM32WLE5JC (riot-os.org)

airqualitystation/firmware_for_bmx280_pms7003: firmware lora-e5 for bmx280 and pms7003 (github.com)

Thingstream

Download | Eclipse Mosquitto

dragino mqtt gateway - Pesquisa Google

Sobre a SMARTCORE

A SmartCore fornece módulos para comunicação wireless, biometria, conectividade, rastreamento e automação.

Nosso portfólio inclui modem 2G/3G/4G/NB-IoT/Cat.M, satelital, módulos WiFi, Bluetooth, GNSS / GPS, Sigfox, LoRa, leitor de cartão, leitor QR code, mecanismo de impressão, mini-board PC, antena, pigtail, LCD, bateria, repetidor GPS e sensores.

Mais detalhes em www.smartcore.com.br