ECHONET Lite 機器用通信ミドルウェアの開発

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あきひろかいて
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1 TOPPERS/ECNL の使い方 2014 年 6 月 24 日コアーズ株式会社長島宏明 1

2 ECHONET Lite とは一般家電製品や設備機器向けホームネットワークの規格エコーネットコンソーシアムで規定創エネ畜エネ省エネのための通信プロトコルマルチベンダで相互接続を実現したい ECHONET Lite 規格書規格は一般に公開されている 2

3 ECHONET Lite 通信ミドルウェアの概略 ECHONET Lite 規格書は 5 部と APPENDIX 第 2 部 ECHONET Lite 通信ミドルウェア仕様が実装対象アプリケーションソフトウェアでは APPENDIX ECHONET 機器オブジェクト詳細規定を参照する ECHONET Lite 機器大きく分けて機器とコントローラがある本ミドルウェアでは機器を対象とする 3

4 ECHONET Lite 規格の認証開発した機器の ECHONET Lite 規格の適合確認神奈川工科大学の HEMS(ECHONET Lite) 認証支援センターで確認規格適合性認証コンソーシアムに入会しメーカーコードを取得規格認証認定機関で書面審査による自己認証 4

5 本ミドルウェアの対象範囲設計時に既知である制御や監視を行う機器向けコントローラとしては機能不足機器オブジェクトの定義 TOPPERS 新世代カーネル用コンフィギュレータを使用し静的 API で定義する ECHONET Lite の通信処理定義した機器オブジェクトの通信処理プロパティ設定と取得コールバックの呼び出し IPv4 の UDP による通信処理 TINET を利用し ECHONET 用の UDP 通信ポートを使用 5

6 アプリケーション作成にあたりミドルウェアのソフトウェア構成ノードオブジェクトプロパティの階層構造自ノード他ノード他ノード同期型非同期型サービス処理タスク UDP 通信処理タスクアプリケーションタスクユーザーが作成するものノードオブジェクトプロパティの定義プロパティ設定取得コールバックの作成アプリケーションタスクの作成 6

7 階層構造ノードの配下にいくつかのオブジェクトを持つオブジェクトにいくつかのプロパティを持つ自ノードプロパティ他ノードプロパティプロパティプロパティ機器オブジェクトプロパティ機器オブジェクトプロパティプロパティプロパティ機器オブジェクトプロパティ機器オブジェクトプロパティプロパティプロパティ 7

8 自ノード他ノード自機器にある機能は自ノード配下のオブジェクト他機器にある機能は他ノード配下のオブジェクトアプリケーションからは等しく見えるノード A ノード B アプリケーションアプリケーション自ノード他ノード自ノード通信ミドルウェア通信ミドルウェア 8

9 他ノード同期型アプリケーションからのプロパティ要求で他機器との通信を行うノード A ノード B アプリケーションアプリケーション自ノード他ノード自ノード通信ミドルウェア通信ミドルウェア 9

10 他ノード非同期型アプリケーションからの要求には自機器内で持っているプロパティ値を返す他機器からの通知されたプロパティ値を保存してくノード A ノード B アプリケーションアプリケーション自ノード他ノード自ノード通信ミドルウェア通信ミドルウェア 10

11 Ethernet タスク構成 ECHONET Liteの電文はサービス処理タスク下位レイヤーとの中継ぎはUDP 通信処理タスクタスク間通信はメールボックス ECHONET Lite 通信ミドルウェア (TOPPERS/ASP TINET 含む ) アプリケーションメールボックス ECHONET Lite 通信処理部メールボックス UDP 通信処理部 (TINET) メールボックスドライバ 11

12 アプリケーションの作成方法 12

13 機器オブジェクトの定義規格書の APPENDIX から目的の機器オブジェクト選び対応するクラスグループコードクラスコードなどで静的 API の ECN_CRE_EOBJ を使用し機器オブジェクトを定義する一般照明クラス規定クラスグループコード :0x02 クラスコード :0x90 インスタンスコード :0x01~0x7F /* * 一般照明オブジェクト */ ECN_CRE_EOBJ (GENERAL_LIGHTING_EOBJ, { EOBJ_DEVICE, LOCAL_NODE_EOBJ, 0, EOJ_X1_AMENITY, EOJ_X2_GENERAL_LIGHTING_CLASS, EOJ_X3_GENERAL_LIGHTING_CLASS_1 }); 13

14 プロパティの定義 APPENDIX のプロパティ定義から必須のものと選択したものを静的 API の ECN_DEF_EPRP で定義するプロパティ値の設定と取得の際にミドルウェアから呼ばれるコールバック関数を定義するプロパティ名称 EPC プロパティ内容値域データ型データサイズアクセスルール状態変化時アナウンス動作状態 0x80 unsigned char 1 Byte Get/Set /* 動作状態 */ ECN_DEF_EPRP (GENERAL_LIGHTING_EOBJ, { 0x80, EPC_RULE_SET EPC_RULE_GET EPC_ANNOUNCE, 1, (intptr_t)&epc_data[0], (EPRP_SETTER *)data_prop_set, (EPRP_GETTER *)data_prop_get }); 14

15 プロパティの定義プロパティ構成は継承されるコンフィギュレータが自動生成するプロパティプロパティのコールバック関数の定義ポートを直接操作する方法ポート状態を自ノードへ書き込みする方法 15

16 プロパティ構成の継承について機器オブジェクトは機器オブジェクトスーパークラスからノードプロファイルはプロファイルオブジェクトスーパークラスから継承継承元と先の両方のプロパティが必要ただし必須でないものは任意に定義機器オブジェクトスーパークラスプロファイルオブジェクトスーパークラスメーカーコード製造番号製造年月日 0x8A 0x8D 0x8E 必須ーー機器オブジェクトのクラス ( 一般照明など ) ノードプロファイル動作状態 0x80 Version 情報 0x82 異常内容 0x89 ー両方合わせる 16

17 自動生成するプロパティノードプロファイルインスタンス数 (0xD3) クラス数 (0xD4) インスタンスリスト通知 (0xD5) インスタンスリスト S(0xD6) クラスリスト S(0xD7) オブジェクト状態アナウンスプロパティマップ (0x9D) Set プロパティマップ (0x9E) Get プロパティマップ (0x9F) ユーザーが定義する必要はない 17

18 インスタンスリストの生成ノードの自動生成プロパティ自ノードのクラスオブジェクトの情報ノード EOJ=0x0EF001 温度センサ 1 EOJ=0x 温度センサ 2 EOJ=0x 自ノードインスタンス数 (0xD3) :0x000003( 温度センサ 2 湿度センサ 1) 自ノードクラス数 (0xD4) :0x0003( ノードプロファイル温度センサ湿度センサ ) インスタンスリスト通知 (0xD5) :0x 自ノードインスタンスリスト S(0xD6) :0x 自ノードクラスリスト S(0xD7) :0x 湿度センサ EOJ=0x

19 プロパティマップの生成オブジェクトの自動生成プロパティ形式 1( プロパティ数が 16 未満の場合 ) 温度センサメーカーコード 0x8A 状変アナウンスプロパティマップ (0x9D) Set プロパティマップ (0x9E) Get プロパティマップ (0x9F) 形式 1(16 個未満 ) 3 個 0x8A 0x80 0xE0 動作状態 0x80 温度計測値 0xE0 19

20 プロパティマップの生成オブジェクトの自動生成プロパティ形式 2( プロパティ数が 16 以上の場合 ) 温度センサメーカーコード 0x8A 動作状態 0x80 温度計測値 0xE0 形式 2(16 個以上 ) 個数ビットマッププロパティありで対応 Bit が 1 Bit7 Bit6 Bit5 Bit0 2Byte 目 0xF0 0xE0 0xD0 0x80 3Byte 目 0xF1 0xE1 0xD1 0x81 16Byte のビットマップ 17Byte 目 0xFF 0xEF 0xDF 0x8F 20

21 コールバック関数の定義プロパティの設定や取得はミドルウェアからのコールバック関数の呼び出しで行うプロパティを保存する領域はユーザーが用意するプロパティの設定をポートへ直接書き込みプロパティの取得をポートから直接読み出す場合などは保存領域を用意しなくても良い 21

22 ポートを直接操作する場合アプリケーションタスクはポートの状態を監視し変化があった時は通知要求で通知するユーザーコードミドルウェア他機器取得コールバック要求電文 (Get) 応答電文 (Get_Res) GPIO に状態変化あり ecn_esv_inf_req ecn_snd_esv 通知要求電文 (INF_REQ) 取得コールバック通知電文 (INF) 22

23 自ノードへ書き込みする場合アプリケーションタスクはポートの状態を監視し変化があった時は書き込み要求で書き込むユーザーコードミドルウェア他機器 GPIO に状態変化あり ecn_esv_setc ecn_snd_esv 要求電文 (Set) 設定コールバック応答電文 (Set_Res) 通知要求電文 (INF_REQ) EPC_ANNOUNCE 付きのプロパティに変化があった場合通知を行う取得コールバック通知電文 (INF) 23

24 アプリケーションユーザーが定義するタスクミドルウェアの起動応答電文受信を待つループ必要に応じてポートの監視サービス電文の送信サービス電文待ちの割り込み応答電文待ち (ecn_trcv_esv) E_TMO E_OK E_WBLK タイムアウト応答電文受信処理ユーザー割り込み応答電文解放 (ecn_rel_esv) 24

25 ユーザー定義タスクミドルウェア起動タスク起動 :act_tsk(ecn_udp_task) 応答電文受信待ち永久待ち :ecn_rcv_esv ポーリング :ecn_prcv_esv タイムアウト付 :ecn_trcv_esv ポートの監視などタイムアウトでポート監視などを行う 25

26 サービス電文の送信 ECHONET Lite 要求電文の作成プロパティ値書き込み要求 Get:ecn_esv_get プロパティ値読み出し要求 ( 応答不要 ) SetI: ecn_esv_seti プロパティ値読み出し要求 ( 応答要 ) SetC: ecn_esv_setc その他に ecn_esv_inf_req ecn_esv_set_get などプロパティの追加読み出しでは ecn_add_epc 書き込みでは ecn_add_edt 電文送信上記で作成した電文を送信 :ecn_snd_esv 26

27 サービス電文待ちの割り込みプロパティ設定取得コールバックはミドルウェアのタスクコンテキストで呼ばれるユーザーコードアプリケーションのタスクミドルウェアのタスク TINET のタスク要求電文 (Get) 取得コールバック GPIO に状態変化あり応答電文 (Get_Res) ecn_esv_setc ecn_snd_esv 要求電文 (Set) 設定コールバック応答電文 (Set_Res) 27

28 サービス電文待ちの割り込みユーザー定義タスクの電文受信以外での待ち解除コールバック関数内 :ecn_brk_wai ユーザー定義タスク内 :ecn_get_brk_dat 28

29 サンプルアプリケーションの説明 29

30 ハードウェア TK-850/JH3-E+NET テセラテクノロジー製 CPU:V850ES/JH3-E 動作クロック :48MHz 内蔵 ROM:512KByte 内蔵 RAM:61KByte 内蔵データRAM:64KByte Ethernetインターフェイス付き EZ Emulator 付きでボード単体でデバッグ可能 30

31 開発環境統合環境 Renesas CubeSuite+ ツールチェイン CA850(V850 用コンパイラ ) C 言語のみのコンパイラ (C++ に未対応 ) StdLib あり無償版を使用実行領域のサイズに 256KByte までの制限ありサンプルプログラムは 80KByte 程度 (ASP+TINET+ECLN+ アプリケーション ) 31

32 コードサイズ詳細サンプルアプリのコードサイズ ( 参考 ) 割り込みベクタ 1,940 Byte ROMデータ 12,870 Byte 実行プログラム 79,564 Byte Ethernet 用バッファ 12,496 Byte RAMデータ 44,876 Byte ROMデータ実行プログラム RAMデータ TOPPERS/ASP 4,590 39,214 5,182 Byte TINET 1,380 19, Byte TOPPERS/ECNL 1,784 15,720 1,912 Byte サンプル 5,116 4,680 36,876 Byte 32

33 プロジェクトの構成と作成フォルダ構成 CubeSuite+ のプロジェクトを csp 配下に置いた asp csp TOPPERS/ASP+TINET CubeSuite+ プロジェクト libasp cfg sample1 tinet_cfg cfg echonet sample sample1 ASPライブラリ ASPライブラリのコンフィギュレーションサンプル1アプリケーション TINETのコンフィギュレーションサンプル1のコンフィギュレーション ECHONET Liteミドルウェアサンプル1のソース参照参照参照 33

34 コンフィギュレーション ASP ライブラリ複数のサンプルプログラムから再利用できるよう ASP をライブラリ化コンフィギュレーション用のサブプロジェクトを作成ビルドイベントでコンフィギュレーションを実行 libasp_cfg ビルド前イベント CFG Pass1 ビルド cfg1_out.c cfg1_out.srec, cfg1_out.syms libasp ビルドビルド後イベント CFG Pass2 kernel_cfg.c, kernel_cfg.h, CFG Pass3 offset.h, offset.inc 34

35 コンフィギュレーションアプリケーション ASP ライブラリと同じようにサブプロジェクトを作成 TINET は 2 回必要なため 1 回目用のサブプロジェクトも作成 tinet_cfg ビルド前イベント CFG Pass1 ビルド tinet_cfg1_out.c tinet_cfg1_out.srec, tinet_cfg1_out.syms sample1 ビルドビルド後イベント CFG Pass2 tinet_cfg.c, tinet_cfg.h, tinet_kern.cfg sample1_cfg ビルド前イベント CFG Pass1 cfg1_out.c ビルド cfg1_out.srec, cfg1_out.syms ビルド後イベント CFG Pass2 kernel_cfg.c, kernel_cfg.h, 35

36 EZ Emulator のための変更デバッグ用モニタプログラム領域必要な領域を空けておきレジスタ設定も必要内蔵 ROM 2K バイト内蔵 ROM の終わり 0x0007FFFF 内蔵 RAM 10~16 バイト内蔵 RAM の終わり 0x03FFEFFF 0x0007F800 0x03FF0000 4バイト 10バイト 4バイト 4バイト 0x04F0 (UARTC0 受信割り込み ) 0x70 ( セキュリティ ID) 0x60 ( デバッグ用割り込み ) 0x00 ( リセット ) : デバッグ用モニタプログラム領域参照元 >QB-MINI2 プログラミング機能付きオンチップデバッグエミュレータユーザーズマニュアル 36

37 サンプルアプリケーションサンプルアプリケーションとして連携するものを作成一般照明コントローラコントローラで一般照明の ON/OFF 一般照明人体検知センサ人体検知センサで一般照明の ON/OFF 家庭用エアコン温度センサ家庭用エアコンが温度センサを監視電気ポットブザー電気ポットが操作や状態を通知しブザーが鳴動 37

38 コントローラ一般照明 ECHONET コンソーシアムで提供している SDK SSNG をコントローラとして使用し動作状態の ON/OFF や点灯モード設定 (B6) を取得設定一般照明アプリケーション ON/OFF 表示モード切替自ノード一般照明 38

39 コントローラ一般照明一般照明他機器として定義を持たないコントローラからのプロパティ操作の受付動作状況プロパティ設定コールバックで 7 セグの表示を ON/OFF 点灯モード設定プロパティ設定コールバックで 7 セグの表示を点灯モードに対応する A b c E に 39

40 一般照明人体検知センサ人体検知センサはボタン 2 つで検知レベルを上下させ閾値を跨いだら一般照明を ON/OFF 一般照明人体検知センサアプリケーションアプリケーション検知レベル ON/OFF 表示モード切替検知あり / なしで照明 ON/OFF up down 閾値をまたぐ表示自ノード他ノード ( 非同期 ) 自ノード一般照明人体検知センサ人体検知センサ 40

41 一般照明人体検知センサ一般照明動作状況プロパティ設定コールバックで 7 セグの表示を ON/OFF 人体検知センサアプリケーションタスクでボタンを定期的に監視ボタン操作で自ノードの検知レベルを SetC 要求電文で設定検知レベルプロパティ設定コールバックで閾値を跨いだ時に SetC 要求電文で一般照明を ON/OFF 41

42 家庭用エアコン温度センサ家庭用エアコンは定期的に温度センサを監視温度センサは 2 つのボタンで温度を上げ下げ家庭用エアコン温度センサアプリケーション up 表示設定温度 down タイムアウトで温度を監視温度計測値を保持表示アプリケーション up 温度計測値表示 down 自ノード他ノード ( 同期 ) 自ノード家庭用エアコン温度センサ温度センサ 42

43 家庭用エアコン温度センサ家庭用エアコンアプリケーションタスクを一定間隔でタイムアウトさせ Get 要求電文で温度センサから温度計測値プロパティを読み出し温度センサアプリケーションタスクでボタンを定期的に監視ボタン操作で自ノードの温度計測値プロパティを SetGet 要求電文で設定し応答電文で設定値を確認温度計測値プロパティ設定コールバックで 7 セグの表示内容変更 43

44 電気ポットブザー電気ポットはボタンを押すと湯切れ警告状態になり通知電文を送信ブザーで受け取ってブザー鳴動電気ポットブザーアプリケーション表示湯切れ警告湯切れ警告を通知アプリケーションブザー鳴動ブザーを鳴動湯切れ警告状態出湯状態表示自ノード他ノード ( 同期 ) 自ノード他ノード ( 同期 ) 電気ポットブザーブザー電気ポット 44

45 電気ポットブザー電気ポットアプリケーションタスクでボタンを定期的に監視ボタン操作で自ノードの湯切れ警告状態プロパティを SetI 要求電文で設定湯切れ警告状態プロパティ設定コールバックで InfoC 要求電文でブザーに通知ブザー他ノード ( 電気ポット ) の湯切れ警告状態プロパティ設定コールバックでブザー鳴動状態を 7 セグで表示 45

46 ESEC2014 展示物一般照明 (GR-SAKURA) ON/OFF 制御人体検知センサ (AP-RX62N-0A) アナログ監視リレーリピーターハブ USB ライト光センサ ECHONET 電文キャプチャ表示家庭用エアコン (TK-850/JH3E) ON/OFF 制御温度センサ (GR-SAKURA) アナログ監視リレー USB 扇風機ボリューム 46

47 今後必要になりそうなもの IPv6 への対応 920MHz 帯の無線や電力線通信 (IEEE ) TTC JJ 規格 (Wi-SUN ZigBee) TTC JJ 規格 (PLC) IPv6 と 6LoWPAN が規格に含まれている ( 暗号化に関する規格も含まれる ) 関連プロトコルの追加 IGMP/MLD への対応 ( マルチキャストの管理 ) DHCP への対応 (IP アドレス自動取得 ) TCP への対応 ( 規格書 1.10 で追加 ) 47

48 課題展望 APPENDIX バージョンの複数対応コンフィギュレータでの必須プロパティチェックコンフィギュレータのエラー表示 cfg ファイルの記述ミスを修正しやすいような表示動的に増減する機器への対応 ( コントローラ ) オブジェクトやプロパティなどを運用時に組み替える必要がある mruby や NETMF などのオブジェクトとして対応する 48

49 ありがとうございました 49

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