TockOS Hail

TockOS

Idee

Bei Tock handelt es sich um ein Betriebssystem für den Embedded-Bereich, welches u.a. Plattformen wie Cortex-M und RISCV unterstützt. Besonders dabei ist, dass dabei der Kernel als auch die Treiber in der Programmiersprache Rust geschrieben sind. Dabei werden die Speicherschutzmechanismen von Rust genutzt, um für Safety und Security innerhalb des Kernels aber auch der Anwendungen zu gewährleisten. Dabei sind 2 Techniken für den Speicherschutz besonders hervorzuheben:

1. Compile-Time Memory-Safety durch den Rust Compiler

2. Nutzung von Speicherschutzeinheiten um Anwendungen vom Kernel zu isolieren

Implementierungen

Insbesondere existieren bisher 2 Implementierung von Bibliotheken, welche eine Schnittstelle für die Anwendungsentwicklung in Tock zur Verfügung stellen. Zum einen die libtock-c, welche C-Bindings bereitstellt und die libtock-rs, welche direkt Rust-Bindings fr die Anwendungentwicklung bereitstellt.

Weitere Informationen zu Tock sind in der Dokumentation des Github Repositories von Tock zu finden.

Hail Board

Komponenten des IoT-Boards

Das Tock Hail IoT-Development Board besitzt folgende Komponenten mit folgenden Funktionen:

Komponenten des Hail-Boards

Name	Spezifikation	Beschreibung	Technische Details
SAM4L Cortex-M4	48 - 120 Mhz, 32 - 160 kB RAM, 128-2048 kB Flash Memory	Microcontroller für sehr energiesparende Embedded-Systeme, Arm CPU, RISCV-Architektur	Dokumentation
nRF51822 BLE Radio	2.4 Ghz, 16/32 kB RAM, 128/256 kB	Das BLE (Bluetooth Low Energy) Radio ist in der Lage, zu anderen Geräten Bluetooth-Verbindungen aufzubauen.	Dokumentation
SI7021 Temperature and Humidity Sensor	-	Messung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit	-
ISL29035 Light Sensor	16-Bit ADC, 11$\mu$s - 105ms RT	Messung von Helligkeit in Lumen	Dokumentation
FXOS8700CQ 6-axis Accelerometer and Magnetometer	6-axis e-compass ($\pm 1200\mu$T range), $\pm 8g$ acceleration, ODR 1.5 Hz - 800 Hz	Sensor zur Bestimmung von Drehungen, Geschwindigkeit etc. Andwendung für digitale Kompasse, Bewegungserkennung oder Erkennung der Orientierung des Geräts.	Dokumentation
RGB LED	3 LEDs (R,G,B)	Ansteuerbare LED mit 3 Kanälen (rot,grün,blau)	-
User push-button	-	Programmierbarer Knopf (sehr klein)	-

Photon Pinout

PINS

Label	Beschreibung
A0-A5	Analog-to-Digital Pin,
DAC	Digital-to-Analog Output, kann als digitaler Pin oder DAC genutzt werden
WKP	Wakeup-Pin, um Modul aus Sleep-Modus zu reaktivieren
RX	Dient als UART (Universal Asynchronous Receiver / Transmitter) RX, kann aber auch als digitaler GPIO genutzt werden
TX	Dient als UART (Universal Asynchronous Receiver / Transmitter) TX, kann aber auch als digitaler GPIO genutzt werden
GND	Ground-Pin, für Spannungmessung
VIN	Input/output Pin mit (3.6-)
D0-D7	Digitale GPIO Input Pins, alternativ auch digitale GPIO Pins
3V3	3V Spannung anliegend, Stromversorgung
RST	Reset-Pin
VBAT	Batterie zum sichern von Registern und SRAM und RTC, wenn Strom von 3V3 nicht verfügbar

Ansteuerbare Pins

Über GPIO (General Purpose Input/Output) lassen sich die einzelnen Pins im Programm ansteuern. Dabei scheint es mehrere Modis zu geben, in denen die Konfiguration der Pins laufen kann:

• JTAG:

• SPI1:

• TIM3:

Dabei ist es uns gelungen, in der aktuellen Konfugration die Pins D0,D1,D6 und D7 anzusteuern. Die Pins D2 und D5 waren immer aktiv dabei.

Die Pins lassen sich folgendermaßen über das GPIO-Interface ansteuern dabei:

#include <stdio.h>
#include 'ble.h'
#include 'led.h'
#include 'timer.h'

// Set to test a certain pin
#define PIN_NUM 0 

int main (void) {

  // Make LED light up if a certain pin is activated
   gpio_set(PIN_NUM);
   gpio_enable_output(PIN_NUM);
   led_on(DRIVER_NUM_LEDS);
   delay_ms(5000);
   gpio_disable(PIN_NUM);
   gpio_clear(PIN_NUM);
   led_off(DRIVER_NUM_LEDS);

  return 0;
}

TO-DO

1. GPIO Communication via external devices

2. BLE userland bindings

References

TockOS Introduction

TockOS Kernel

Libtock-c

Libtock-rs

Pin Layout