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universidade federal do paraná departamento de engenharia

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1. Figura 17 M52259DEMOKIT Freescale ccsocissicssccscccscccscicscccscccsccoscccscc ncces 39 Figura 18 Diagrama de Blocos MCF5225X sssssrsrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrnrnnnnnn 40 Figura 19 Conector J4 da placa M52259DEMOCOM b sssssssserrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrnne 42 Figura 20 Esquem tico do Hardware Externo sssssrrerrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrnnne 43 Figura 21 LM35 Tens o x Temperatura ssssssssssssoosiosssoosrosondoscoiantos 44 Figura 22 Orgnaniza o do MGM cer sesistsn des ictsidas tetra pes Enan bota taar ads Le Eua das buos idea ras 46 Figura 23 Estrutura da Aplica o e eeeeeaeeereeeaaaaaaaananos 47 Figura 24 Fluxograma da INIT task rear aaaaaana 47 Figura 25 Fluxograma da RFID TAS ccesicsesasisnbicesicebisaiicnbis add onbisabicnbisasdonbisabdcebtiedo 49 Figura 26 Fluxograma da GPRS task lllllllii lisas 50 Figura 27 Fluxograma LED task esc coloca alto oa carago rasa casa caraca sand sas asa sa nasa sa a Seca Sah 51 Figura 28 Fluxograma do Software de Gerenciamento eessrrrrrrrrrrrrrrrrrrrree 52 Figura 29 Formul rio de Cadastro de Usu rio ssssssserrerererrrrrrrrrrrrrrnrnrrnrerneee 53 Figura 30 Foto do Hardware Externo Finalizado s 56 Figura 31 Foto com todos os perif ricos conectados renee 58 Figura 32 Debug na inici
2. espalhados por todo o pa s Por mais que neste exato momento o Projeto n o atenda a todos os requisitos j mencionados ao longo do trabalho por faltar parte da implementa o do Software de Gerenciamento pode ser considerado que o Projeto at aqui foi muito bem conduzido e por uma quest o de tempo e seu alto n vel de complexidade ainda n o tem todas as funcionalidades propostas implementadas Por m teve grande parcela das funcionalidades implementadas e testadas fazendo com que o 60 Projeto seja considerado vi vel 61 9 REFER NCIAS 1 SHILDT H C Completo e Total 3 ed S o Paulo Pearson Education do Brasil 1996 2 SHARP J Microsoft Visual C 2005 Passo a Passo Porto Alegre Bookman 2007 3 The History of RFID Technology Dispon vel em lt http Awww rfidjournal com article view 1338 gt ltimo acesso em 04 07 2011 4 RFID Identifica o por Radiofrequ ncia Dispon vel em lt http Awww teleco com britutoriais tutorialrfid pagina 3 asp gt ltimo acesso em 04 07 2011 5 Leitor RFID Dispon vel em lt http Awww sabereletronica com br secoes leitura 685 gt ltimo acesso em 04 07 2011 6 General Packet Radio Services Dispon vel em lt http www scribd com doc 51277813 GPRS gt ltimo acesso em 04 07 2011 7 GPRS Dispon vel em lt http www teleco com britutoriais tutorialgprs pagina 1 asp gt ltimo acesso em 04 07 2011 8 Redes GSM e GPRS Dispon vel em l
3. 15 3 2 GPRS caine malne a dem dd den de e a io Du So e So a do de on Td 16 3 2 1 Vis o Geral de um sistema GPRS 17 3 2 2 Arquitetura de um Sistema GPRS 18 3 2 3 Protocolos de Transmiss o GPRS 21 3 2 4 Implementa o da rede GPRS a 23 3 3 RITOS ee AA A id a Pi dm 4 o id dad 25 3 3 1 Por que utilizar um RTOS em aplica es em Tempo Real 26 3 3 3 Conceitos equivocados sobre RTOS 27 3 3 4 Caracter sticas de um RTOS 27 3 3 5 Arq itet ra de m RIOS ircessnenenea nee AAR 29 3 3 6 345 0 51 EAE ERA IDE OR O T RR 29 3 4 1 Principais caracter sticas eee 32 4 COMPONENTES PRINCIPAIS DO SISTEMA DE CONTROLE DE ACESSO 34 4 1 Leitor RFID Indala HID 5365 Wiegand 34 4 1 1 Caracteristicas ssia iaa anaa UU 34 4 1 2 Tecnologia FIEXSCCUI snene aros i isola raise sa sad 35 4 2 ModemiGPRS Daruma sas dissera sas oia errado duo East oe 37 4 2 1 Principais CaracieriStICaS wazua e crmucabiko nossa Gir aba die ra Los dLGira sadia nana 38 4 3 MI522 9DEMORIT censos ep sa ate SUA AoA sda OSTRAS Di SS 39 4 3 1 Famila MGF5225X cce es e rc de dead sie a cui Cica 40 4 3 2 Caracter sticas M52259DEMOMCU 40 4 3 3 Caracter sticas M52259DEMOCOM 41 5 ETAPAS DO DESENVOLVIMENTO 41 5 1 Hardware Externo arara aa 42 5 1 1 Es
4. Foram utilizadas as pr prias fun es nativas do MQX que fazem as opera es de leitura e escrita na interface serial As principais fun es dessa task s o a inicializa o do modem verifica o de mensagens recebidas pelo modem provenientes do software de gerenciamento e o envio de mensagens ao software de gerenciamento A fun o de inicializa o do modem executa uma s rie de comandos AT no modem atrav s da interface serial a fim de configurar par metros no modem como o modo de mensagens de erro e principalmente o socket TCP passando os par metros necess rios para que o modem tenha acesso a Internet Se ocorrer tudo sem erros na fun o de inicializa o esta ao final envia um SMS para um n mero de celular definido na aplica o com a informa o de que o m dulo GPRS iniciou sem problemas e contendo o IP que o mesmo recebeu da operadora 49 Ap s a inicializa o do modem GPRS a task entra em um loop e a cada itera o executa uma opera o de leitura do socket TCP do modem GPRS Essa opera o de leitura feita atrav s de um comando AT que retorna o conte do do socket TCP que deve ser lido ent o pela GPRS TASK As Tabelas 5 e 6 mostram as mensagens que podem ser recebidas Tabela 5 e ou enviadas Tabela 6 pelo modem GPRS para o Software de Gerenciamento pelo socket TCP Tabela 5 Mensagens recebidas pelo Modem GPRS Mensagem Fun o add lt n mero do cart o gt Adicionar um novo c digo
5. Media Access Control Mobile Station Mobile Service Switching Center Mobile Terminal Network Address Transalation Network Services Open Systems Interconnection Open Shortest Path First Password Authentication Protocol PCU PDP PDU PVC PTP Qos RADIUS RFID RIP RLC RTOS SNDCP SGSN SMS TAG TCP TDMA TE UL UDP VLR Packet Control Unit Packet Data Protocol Protocol Data Unit Permanent Virtual Circuit Point to Point Quality of Service Remote Authentication Dial In User Service Radio Frequency Identification Routing Information Protocol Radio Link Control Real Time Operating System Subnetwork Dependent Convergence Protocol Serving GPRS Support Node Short Message Service Modo como s o chamado os dispositivos RFID Transmission Control Protocol Time Division Multiple Access Terminal Equipment Uplink User Datagram Protocol Visitor Location Register SUM RIO 1 INTRODUCA O cotada C C D 8 2 PROPOSTA otite ne iai di de heee heee ien 9 FUNDAMENTOS TE RICOS cs ndasososa sos oaR da Ses cassa aa Basa ado 11 3 1 RD aces seres fio dn CEE aU CEE dp CD a CR ARO ER R EU EUR Ce 11 3 1 1 RISTO Nas agreste a an ia A A A Pl A Pb 11 3 1 2 FUNCIONAIS N O niece eee ereen Liso aco Rinaual oree eene riette 11 3 1 3 Aplicacion a a a a a ORDER RR 13 3 1 4 Classifica o ti dead iene de ne ee a ART URDU EAD RAT Gi 14 3 1 5 Protocolo Wiegand raras
6. com anonymous delegates e agora com as Express es Lambda Lambda expressions colocando a base para o LINQ C proporciona caracter sticas orientadas a componentes como propriedades eventos e construtores declarativos como atributos Programa o orientada a componente sustentado pelo armazenamento de metadado com o c digo para a classe O metadado descreve a classe incluindo seus m todos e propriedades bem como sua necessidade de seguran a e outros atributos assim 33 como ser que pode ser serializado o c digo cont m a l gica suficiente para executar suas fun es Dessa forma uma classe compilada uma unidade independente Ent o um ambiente de armazenamento de dados que sabe como ler um metadado e um c digo de uma classe n o precisa de nenhuma outra informa o para fazer utiliza o disso Isso poss vel usando o C e o Commom Language Runtime CLR para adicionar um metadado personalizado a uma classe pela cria o de atributos personalizados Dessa mesma forma poss vel ler um metadado de classe utilizando os tipos do CLR que suportam reflex o Quando voc compila seu c digo cria um assembly Um assembly uma cole o de arquivos que aparecem ao programador como uma nica DLL biblioteca de link din mico Dynamic Link Library ou execut vel EXE Em NET um assembly a unidade b sica de reutiliza o versionamento seguran a e implanta o O CLR proporciona um n mero de classes
7. de cart o a base de dados local rem lt n mero do cart o gt Remove um c digo de cart o da base de dados local Temp Requisita a informa o de temperatura Status Requisita a informa o de sensor Tabela 6 Mensagens enviadas pelo Modem GPRS Mensagem Fun o temp lt temperatura gt Requisita a informa o de temperatura status lt True False gt Requisita a informa o de sensor A Figura 26 mostra o fluxograma da GPRS task Figura 26 Fluxograma da GPRS task 50 5 2 6 LED task a task mais simples do sistema por m tem uma fun o fundamental de mostrar ao operador que o sistema est em funcionamento meh Figura 27 Fluxograma LED task Ela simplesmente tem a fun o de piscar o LED1 da placa M52259DEMOMCU durante todo o tempo em que o m dulo fica ligado a task de menor prioridade por m deve estar sempre rodando o que indica ao operador caso o LED1 fique constantemente ligado ou desligado uma falha no sistema Essa falha pode ter sido causada por algum tipo de travamento em alguma outra task e portanto o operador deve reiniciar o sistema 5 3 Software de Gerenciamento em C O Software de Gerenciamento o respons vel pelo envio dos c digos de cart o para os Pontos Remotos e requisi o de remo o de c digos das bases de dados locais de cada Ponto Remoto O fluxograma apresentado na Figura 28 mostra as fun es do Software
8. far parte do m dulo a ser instalado nos Pontos Remotos definido j poss vel desenhar um diagrama de blocos para a proposta apresentado na Figura 1 HW Externo j Servidor Central Figura 1 Diagrama de Blocos O modo de funcionamento da solu o ser apresentado no Cap tulo 6 ap s todas as tecnologias que foram utilizadas terem seus aspectos principais expostos no Cap tulo 3 a descri o dos componentes principais do sistema no Capitulo 4 e as etapas do desenvolvimento no Capitulo 5 10 3 FUNDAMENTOS TE RICOS Para o bom desenvolvimento do Projeto foi necess ria uma ampla pesquisa sobre as tecnologias utilizadas na solu o pois quanto o maior o dom nio sobre as mesmas menor ser a dificuldade no desenvolvimento 3 1 RFID 3 1 1 Hist ria A primeira patente registrada para uma tag RFID como s o chamados os cart es etiquetas e outros dispositivos que fazem uso desta tecnologia foi feita em 23 de janeiro de 1973 por Mario W Cardullo No mesmo ano Charles Walton um empreendedor da Calif rnia registrou uma patente para um transponder passivo usado para destravar uma porta sem chave Um cart o com um transponder embutido mandava um sinal para um leitor pr ximo a porta Quando o leitor detectava um n mero de identifica o v lido armazenado dentro do tag RFID o leitor liberava a porta Walton l
9. inaceit vel 26 Soft Real Time RTOS prazos podem n o ser cumpridos mas o sistema pode se recuperar Redu o na qualidade do sistema aceit vel 3 3 3 Conceitos equivocados sobre RTOS e Um RTOS deve ser r pido A resposta de um RTOS depende de seu comportamento determin stico e n o de sua velocidade de processamento A capacidade de um RTOS para a resposta a eventos dentro de um prazo n o implica que este r pido e RTOS apresenta grande quantidade de overhead na CPU Um RTOS normalmente requer apenas entre 1 a 4 do uso da CPU e Todos os RTOS s o iguais RTOS s o geralmente projetados para 3 tipos de sistemas em tempo real mencionados no item 3 3 2 Al m disso eles pode ainda ser classificados de acordo com os tipos de dispositivos de hardware por exemplo 8 bits 16 bits 32 bits suportados 3 3 4 Caracter sticas de um RTOS O projeto de um RTOS essencialmente um equil brio entre a presta o de um recurso razoavelmente rico de facilidades para o desenvolvimento da aplica o e n o sacrificar previsibilidade e o tempo Um RTOS b sico ser equipado com as seguintes facilidades 3 3 4 1 Multitarefa e Preemp o Um RTOS deve ser multi tarefa e preemptivo para executar m ltiplas tarefas em aplica es em tempo real O gerenciador deve ser capaz de antecipar qualquer tarefa no sistema e alocar os recursos para a tarefa que precisa dele mais ainda no pico carga 3 3 4 2 Prioridade da T
10. monol tico Respons vel por todos os servi os b sicos do sistema ou seja processo e gerenciamento de mem ria manipula o de interrup o e comunica o I O sistema de arquivo etc no espa o do kernel Como tal kernels monol ticos fornecem abstra es ricas e poderosas do hardware Quantidade de mudan as de contexto e 29 mensagens envolvidas muito reduzida o que faz com que ele rode mais r pido do que um microkernel Exemplos cl ssicos podem ser citados como o Linux e Windows User Space Figura 11 Sistema Operacional Baseado em Kernel Monol tico 3 3 6 2 Micro Kernel Executa apenas o processo de comunica o b sico mensagens e controle de I O Os outros servi os do sistema sistema de arquivos de rede etc reside no espa o do usu rio na forma de daemons servidores Assim micro kernel fornece um conjunto simples e menor de abstra es hardware mais est vel do que o kernel monol tico como n o afetado mesmo se os servidores falharem exemplo sistema de arquivos Exemplos de OS s o AmigaOS e QNX User Space Figura 12 Sistema Operacional Baseado em Micro Kernel 30 3 3 6 3 Exokernel O conceito ortogonal ao de micro kernel e kernel monol ticos dando um controle eficiente para a aplica o sobre o hardware Executa apenas os servi os protegendo os recursos ou seja acompanhamento da propriedade guardando o uso revogando acesso aos recursos etc proporcionando b
11. o de drivers para acesso a dispositivos conectados aos seus pinos de I O Neste cap tulo feito uma descri o superficial sobre o MQX e como a aplica o desenvolvida trabalha com o Sistema Operacional 5 2 1 MQX RTOS O Sistema Operacional em Tempo Real MOX da MQX Embarcado foi desenvolvido para sistemas embarcados em tempo real com um nico processador multi processador e sistemas distribu dos Para alavancar o sucesso do sistema operacional MQX a Freescale Semiconductor adotou esta plataforma de software para as suas fam lias de microprocessadores ColdFire e PowerPC TM 45 Comparado com as distribui es originais do MQX a distribui o Freescale MQX foi feita mais simples de configurar e usar Uma vers o nica agora cont m o sistema operacional MQX al m de todos os outros componentes de software com suporte para uma determinado microprocessador MQX uma biblioteca de fun es que os programas usam em tempo de execu o para se tornarem aplica es multi tarefas em tempo real As principais caracter sticas s oo seu tamanho escalon vel orientado a componentes arquitetura e facilidade de uso O MQX suporta aplica es multi processador e pode ser utilizado com flexibilidade em sistemas embarcados de rede comunica es de dados e gerenciamento de arquivos 5 2 1 1 Organiza o do MOX O MQX consiste de componentes do kernel n o opcional e componentes opcionais No caso do dos componentes do kern
12. os dados do funcion rio Ou seja cada funcion rio ter um c digo de RFID que ser utilizado para habilitar ou n o o acesso deste funcion rio a determinados pontos remotos Com a base de dados no Servidor Central definida e com os cart es de RFID distribu dos para os funcion rios poss vel a instala o do Sistema de Controle de Acesso via GPRS em cada um dos pontos remotos os quais se deseja ter controle a Cadastro o Ie ss ID Consultar Nome Telefone 5 E Figura 29 Formul rio de Cadastro de Usu rio Inicialmente pensou se em ter uma base de dados local em cada ponto remoto a qual armazenaria os c digos de RFID permitidos para aquele ponto remoto Por uma limita o de tempo a solu o proposta agora o envio dos c digos de RFID pelo software de gerenciamento toda vez que um m dulo instalado em um Ponto Remoto inicializado 53 6 2 Inicializa o Geral do Sistema Na fun o de inicializa o do software embarcado mais precisamente da GPRS task realizada a configura o do modem GPRS para este receber um IP da operadora e em cima deste IP abrir um socket TCP em uma porta padr o no projeto definida como 13000 Ainda na fun o de inicializa o feito o an ncio de cada ponto remoto que se dar atrav s de um SMS que conter o ID do ponto remoto e o IP que o mesmo obteve da operadora como mostrado no fluxograma da Figura 26 O ideal seria ter na central outro modem GPRS o qual po
13. para o agente de seguran a isto tamb m pode representar um risco de seguran a significativo para o cliente Isso significa que poss vel para os clientes receberem cart es que s o id nticas aos dos outros Alguns clientes t m acidentalmente descoberto que os seus cart es podem acessar a entrada para as instala es de outro cliente e eles est o preocupados que algu m de outra instala o poderia ganhar entrada para as suas instala es Al m disso a maioria dos cart es de controle de acesso de proximidade cont m dados n o criptografados Isto significa que se uma pessoa com algum conhecimento t cnico obt m um cart o de um site particular mesmo se o cart o anulado no banco de dados do sistema de controle de acesso o c digo de instala o e o n mero de identifica o poderiam ser determinados usando um leitor de cart o comprado de qualquer distribuidora Cart es adicionais no mesmo intervalo de n meros poderiam ser comprados permitindo a entrada n o autorizada FlexSecur multi camada de seguran a impede a entrada acidental ou tentativas fraudulentas atrav s da cria o de formatos nicos para o clientes individualmente que incluem uma senha nica para ser especificada e criptografia nica dos dados do cart o de modo que n o pode ser interpretado por intrusos em potencial Estas medidas de seguran a s o programadas tanto nos cart es como nos leitores para que o leitor s envie os dados para o sistema
14. parte do esquem tico da placa M52259DEMOCOM com o conector J4 indicando os pinos que o mesmo conectado ao MCF52259 na placa M52259DEMOMCU 3 3V As RSTIN RESET ICOC1 ICOC3 URTS2 12C_ SDA1 UCTS2 12C SCL1 TINQ UTXD2 CANTX URXD2 CANRX TIN1 TIN3 5J 2z JN JH DO NOT INSTALL 3 3V Figura 19 Conector J4 da placa M52259DEMOCOM 42 A Tabela 4 mostra os pinos que foram utilizados neste projeto e a fun o para qual cada um deles foi designado Tabela 4 Fun es dos pinos utilizados no projeto Pino Nome Fun o 17 IRQO Pino configurado como interrup o externa de borda de descida e conectado da linha de Dados D1 do leitor RFID 18 IRQ7 Pino configurado como interrup o externa de borda de descida e conectado da linha de Dados DO do leitor RFID 29 ANO Pino configurado como A D e conectado ao circuito do sensor de temperatura 30 AN1 Pino configurado como sa da e conectado ao buzzer do leitor RFID 31 AN2 Pino configurado como sa da e conectado ao LED do leitor RFID 32 AN3 Pino configurado como sa da e conectado ao circuito de acionamento do RELE 1 34 AN6 Pino configurado como entrada e conectado ao sensor da porta 33 AN7 Pino configurado como sa da e conectado ao circuito de acionamento do RELE 2 5 1 1 Esquem
15. que as LH e HF Tem os chips mais avan ados e permitem a leitura de m ltiplas etiquetas ao mesmo tempo Caracter sticas parecidas com a UHF com diferen a de ser muito mais r pida na transmiss o de dados muito afetada na presen a de l quidos e metais Fontes de Acoplamento eletromagn tico Acoplamento eletromagn tico Energia campo distante campo distante Aplica es Identifica o de caixas de Coleta de dados em tempo real A T picas equipamentos frequ ncia 5 8GHz vem sendo abandonada pelos sistemas RFID Leitura M ltipla R pida R pida Leitura em Ruim Pior ambientes met licos ou com liquidos Tamanho da Pequeno Pequeno etiqueta 3 1 5 Protocolo Wiegand Para a transmiss o dos dados lidos pelo transceptor para o sistema de gerenciamento dos dados o leitor faz uso de um protocolo de transmiss o dos dados O protocolo utilizado em grande maioria dos sistemas inclusive no apresentado neste trabalho o protocolo Wiegand 26 bits Este protocolo faz uso de duas linhas de dados DO e D1 as quais indicam bits O e 1 respectivamente quando em n vel baixo A Figura 3 traz uma ilustra o de como seria a identifica o de um bit O ou bit 1 por m nesta ilustra o estes ocorrem quando estas linhas est o em n vel alto Do oa mama am 1 O 1 O 1 rO 1 Figura 3 Protocolo Wiegand Ref 5 Na transmiss o dos 26 bits que comp e o protocolo Wiegand dois bits s o u
16. 232 ou USB 2 0 Controle de comandos AT padr o ETSI 07 05 07 07 Pot ncia de Sa da o Classe 4 2W para ESSM900 e EGSM850 o Classe 1 1W para EGSM1800 e EGSM1900 38 e Alimenta o de 10V 30V e Entrada de Corrente o em repouso 50mA 12VDC o em opera o 250mA 12VDC e Temperatura de Opera o 10 C a 50 C e Temperatura de Armazenagem de 40 C a 85 C e Protocolos da Pilha TCP IP TCP UDP HTTP FTP SMTP POP3 Acesso por comandos AT 4 3 M52259DEMOKIT O KIT de demonstra o M52259DEMOKIT para microcontrolador Freescale MCF5225x inclui as placas M52259DEMOMCU e M52259DEMOCOM O M52259DEMOMCU tem dois conectores para permitir que recursos adicionais possam ser adicionados de forma r pida e eficiente Al m do microcontrolador MCUMCF52259 a placa possui um sistema integrado Open Source USBBDM e uma porta USB com conector mini AB A IDE Freescale CodeWarrior tamb m est inclu da no KIT para facilitar o desenvolvimento de aplica es e de depura o O M52259DEMOCOM uma placa de expans o conectada diretamente ao M52259DEMOMCU Ela fornece as interfaces Ethernet 10 100 RS 232 e Hi Speed CAN Conectores montados na placa tamb m fornecem a expans o adicional de novas funcionalidades USB connector for debugger OSBDM Figura 17 M52259DEMOKIT Freescale 39 4 3 1 Familia MCF5225x A fam lia MCF5225x consiste de microcontroladores com perif ricos como USB Ethernet CAN e
17. 59DEMOKIT LISTA DE FIGURAS Figura l Diagrama de BIOCOS cccsoresorco00E c0eporEdcLaDaLESCLEDOLESCUEDELESCLEDOLESCLEDALESCLEDOLESCCEDE LES 10 Figura 2 Sistema RFID se GG Ga ea e 12 Figura 3 Protocolo Wiegand esse asadezolsaerraaisadi pede ati passat gos rotinas cadigia dcotigadiad gds 15 Figura 4 Paridade no protocolo Wiegand ereaaa 16 Figura 5 Arquitetura de um Sistema GPRS lii ea 18 Figura 6 Estrutura e Camadas de Protocolos do GPRS s 21 Figura 7 Estrutura mu lti frame 0 0050 500005500000505000000050555055505050555050505550505055505050555050 23 Figura 8 Backbone GPRS sacas eis crs add gadget gar pode get dades ode gan d dean de got lode sado 24 Figura 9 Sistema Operacional em Tempo Real Embarcado 26 Figura 10 Arquitetura Geral de um RTOS lll eee 29 Figura 11 Sistema Operacional Baseado em Kernel Monol tico 30 Figura 12 Sistema Operacional Baseado em Micro Kernel 30 Figura 13 Sistema Operacional Baseado em Exokernel 31 Figura 14 Servi os do Kernel de um RTOS sccsscososcsiscsiscsocsiiccoiccciccoicsciccatenaio 32 Figura 15 Leitor de Proximidade HiD Indala lllis 35 Figura 16 Modem GPRS Urmet Daruma ssssssssrsrrerrrrrrrrrrrrrrrrrrrrnrrrrrrrrrrrnrnnn nne 38
18. AP Password Authentication Protocol ou CHAP Challenge Handshake Authentication Protocol uso de IPSec ou PVC para tunelamento dos dados e uso de NAT Network Address Transalation em caso de uso de endere os privados Para comunica o entre os roteadores s o suportados v rios protocolos de roteamento como RIP Routing Information Protocol OSPF Open Shortest Path First e BGP Border Gateway Protocol 3 3 RTOS Podemos dividir Sistema Operacional em Tempo Real em dois componentes como sua pr pria nomenclatura o faz Sistema Operacional e Tempo Real Tempo Real indica uma resposta r pida ou rea o a um evento no instante em que acontece A resposta retrata o tratamento l gico do resultado produzido O instante da evolu o dos acontecimentos retrata o prazo para a produ o do resultado Sistema Operacional OS um programa do sistema que fornece uma interface entre o hardware e as aplica es OS geralmente equipado com recursos como multitarefa sincroniza o tratamento de eventos e interrup es acesso aos pinos de entrada e sa da do processador comunica o entre as tarefas temporizadores e gerenciamento de mem ria para cumprir seu papel principal da gest o de recursos de hardware para atender s demandas de programas de aplica o RTOS consequentemente um sistema operacional que suporta aplica es em tempo real e sistemas embarcados fornecendo logicamente resultados corretos dentro
19. LED e Buzzer Figura 15 Leitor de Proximidade HID Indala 4 1 2 Tecnologia FlexSecur A popularidade de controle de acesso por proximidade usando cart es de 26 bits de formato aberto combinado com leitores de proximidade intercambi veis tem resultado em uma situa o em que diferentes clientes podem receber cart es id nticos e os cart es de uma instala o podem obter acesso a outra instala o Os leitores e cart es da HID Indala oferecem uma tecnologia de seguran a exclusiva chamado FlexSecur onde cart es e leitores s o programadas como um conjunto nico para cada cliente Portanto os cart es pertencentes a um cliente n o 35 podem ser lidos por leitores de outro cliente FlexSecur proporciona uma melhoria consider vel no sistema de controle de acesso de seguran a sem nenhum custo adicional e funciona com qualquer sistema de controle de acesso A maioria dos leitores de cart o de proximidade ir transmitir os dados do cart o de proximidade para o painel de controle de acesso sem verificar se o cart o autorizado para essa instala o A maioria dos cart es de proximidade n o pode ser configurado para operar em apenas uma instala o espec fica Os leitores s o totalmente intercambi veis e os cart es ser o lidos em qualquer leitor da mesma marca Distribuidores locais t m geralmente leitores intercambi veis e cart es de 26 bit formato aberto em estoque Enquanto isso conveniente
20. O O trabalho contribuiu muito para enriquecer o conhecimento sobre o desenvolvimento de aplica es em Tempo Real apresentando todas as dificuldades que um complexo projeto de desenvolvimento tem A complexidade inicialmente julgada como n o sendo um grande obst culo demonstrou se ao longo da implementa o como um grande desafio a ser vencido pois a medida que o desenvolvimento caminhava novas funcionalidades apareciam para serem implementadas As vantagens no desenvolvimento de uma aplica o fazendo uso de um sistema operacional ficaram claras o que faz com que seja considerado para Projetos futuros mesmo de baixa complexidade o uso de um RTOS mesmo que impactando no custo inicialmente Este impacto no custo inicialmente pode ser compensado com um menor tempo de desenvolvimento e solu es de problemas futuros de forma mais r pida e eficaz A pesquisa sobre GPRS e RFID duas tecnologias atualmente muito utilizadas n o s em sistemas de seguran a mas como em v rias outras aplica es fez com que id ias de novos projetos aparecessem podendo ser usado como base toda a implementa o feita para esta Solu o de Controle de Acesso O objetivo continua sendo fazer deste Trabalho de Conclus o de Curso um produto que possa ser oferecido a empresas de seguran a com contrato com Operadoras de Telefonia m vel e fixa com o objetivo de minimizar os problemas que as mesmas possuem com o acesso n o autorizado aos seus arm rios
21. PDUs no backbone da rede GPRS para os protocolos que necessitam de transporte confi vel como o x 25 22 UDP utilizado para protocolos que n o necessitam de confiabilidade na transmiss o IP fornece o roteamento dos pacotes e sinaliza o Na Figura 7 mostrada a estrutura de multi frame encapsulada nas diversas camadas Packet Header User data Newoklaer 1 6 kbytes LLC PDU Header inform aton Nela Tal LLCiayer S 1500 bytes pes js agr RR RLCMAChyer 20 50 bytes Physiallayer 4x 114 bits continuou s tim E ado bursts N PTCCH P 52 TDMA frames Figura 7 Estrutura multi frame 3 2 4 Implementa o da rede GPRS O centro de uma rede GPRS est concentrado na GSNs que s o compostos pelos seguintes componentes e Gerenciamento da rede incluindo opera o e manuten o da bilhetagem e Servi os de rede o que prove os servi os de Internet Este conjunto de componentes denominado de GPRS Internal Backbone formado pela conex o de roteadores entre os GSNs No entanto poss vel incluir roteadores separados do backbone GPRS desde que possua um equipamento DCE entre os GSNSs A conectividade IP do GPRS fornece e Comunica o entre as diferentes partes de um sistema GPRS incluindo Mobile Station SGSN GGSN administra o de hosts e prove acesso a usu rios na rede 23 e Comunica o com a Internet Existem dois diferentes n veis de comunica o IP Comunica o com a rede GPR
22. S para sinaliza o controle etc A Figura 8 demonstra um tipo de implementa o de GPRS Internal Backbone GPRS Internal Backbone SP PR PR A A E S Management LAN Service LAN e mad WWW Switch Figura 8 Backbone GPRS O sistema GPRS fornece a conectividade IP entre MSs e IHs utilizando um padr o do sistema A transfer ncia baseada nos protocolos de Internet a transmiss o realizada fim a fim utilizando os meios a reos O MS respons vel por fornecer a conex o do usu rio da rede atrav s do modem O endere o IP utilizado na comunica o do sistema pode ser p blico privado din mico ou est tico Os endere os dos MS p blicos ou privados s o definidos de acordo com a topologia de rede adotada e a forma de acesso a Internet Os endere os din micos s o geralmente adotados para visitantes do SGSN quando o mesmo est em roaming recebe um endere o tempor rio e o mesmo permanece com este endere o somente enquanto estiver na rede visitada sendo necess rio desta forma um range menor de endere os O endere o IP est tico definido no HLR geralmente utilizado para acesso a redes seguras que utilizam o IP como parte da verifica o de acesso Os roteadores realizam o roteamento de todos os MSs conectados ao sistema GPRS enviando os pacotes para o Backbone Para a seguran a desta transa o s o envolvidos aplica es e servi os como 24 e autentica o em RADIUS utilizando P
23. Tempo Real e uma aplica o desenvolvida para gerenciar o controle de acesso Ser ent o apresentado ao longo do trabalho um pouco sobre cada uma dessas tecnologias utilizadas para compor a solu o final al m de um detalhamento completo sobre o desenvolvimento do Hardware Software Embarcado e Software de gerenciamento 2 PROPOSTA Com o problema apresentado e uma poss vel solu o sendo o Controle de Acesso este cap tulo apresenta uma proposta visando atender as necessidades das Operadoras em gerenciar o acesso aos seus arm rios espalhados pelas cidades Cada um desses arm rios chamados a partir de agora de Pontos Remotos ter o um m dulo instalado o qual ser respons vel por liberar ou n o o acesso para o funcion rio Existir uma central de controle com um servidor onde ser instalado o software de gerenciamento com sua base de dados Os requisitos b sicos do Projeto s o e Comunica o entre a central e os Pontos Remotos sem fio e Identifica o de cada acesso aos Pontos Remotos e Alarme caso ocorra acesso ao Ponto Remoto sem autoriza o e Software de Gerenciamento capaz de gerenciar v rios pontos remotos ao mesmo tempo e Hist rico dos acessos realizados Foi definido como sendo uma facilidade a mais no Projeto por m se n o atendida n o implica em um bloqueio o Controle de Temperatura em cada um dos Pontos Remotos Para atender aos requisitos acima propostos foram utilizadas as seguintes tecnologia
24. UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARAN DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELETRICA CURSO DE ENGENHARIA ELETRICA PEDRO ADOLFO DE SOUZA JUNIOR SISTEMA DE CONTROLE DE ACESSO GERENCIADO VIA GPRS JULHO 2011 UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARAN DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELETRICA CURSO DE ENGENHARIA ELETRICA PEDRO ADOLFO DE SOUZA JUNIOR SISTEMA DE CONTROLE DE ACESSO GERENCIADO VIA GPRS JULHO 2011 Trabalho de Conclus o de Curso de Engenharia El trica apresentado para obten o de grau no Curso de Engenharia El trica da Universidade Federal do Paran sob orienta o do Prof Ademar Luiz Pastro UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARAN DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELETRICA CURSO DE ENGENHARIA ELETRICA JULHO 2011 RESUMO Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma Solu o de Controle de Acesso gerenciada via GPRS incluindo uma pesquisa sobre as principais tecnologias utilizadas com o intuito de formar um embasamento te rico sobre os temas envolvidos no projeto No projeto foi utilizado o M52259DEMOKIT da Freescale como placa controladora que faz o gerenciamento do leitor RFID HlD Indala e do modem GPRS Daruma Ao longo do trabalho feito a descri o dos principais perif ricos envolvidos citados no par grafo anterior e demonstrado como foram realizadas as etapas de desenvolvimento do projeto fazendo uso de fluxogramas tabelas e figuras para melhor entendimento de cada uma das etapas Palavras chaves RFID GPRS M522
25. a GPRS Ref 8 TE Terminal Equipment o terminal onde o usu rio final trabalha caracterizado pelo computador o sistema recebe endere amento IP para conectividade em uma rede local ou Internet MT Mobile Terminal como um modem que fornece a conex o do TE na rede GPRS utilizando uma liga o com SGSN estabelecido um t nel entre o TE e o SGSN MS Mobile Station A jun o de um TE e um MT formam um MS Os componentes necess rios para o MT e TE s o agrupados no conceito de GPRS em um nico equipamento Dependendo da caracter stica da rede GPRS os MSs podem operar em tr s modalidades diferentes 18 e Classe A opera o permite que um MS tenha uma conex o comutada por circuito ao mesmo tempo em que envolvida em transfer ncia do pacote e Classe B esta opera o permite que um MS fa a conex o comutada por pacote e comutada por circuito mas n o ao mesmo tempo Entretanto o MS pode ser envolvido em transfer ncia de pacote e receber uma chamada para o tr fego de comuta o por circuito O MS pode ent o suspender transfer ncia do pacote enquanto durar a conex o por circuito e mais tarde recome ar transfer ncia do pacote e Classe C esta modalidade de opera o permite que um MS esteja ligado somente a um servi o Um MS que suporta somente GPRS e o tr fego n o comutado por circuito trabalhar sempre na modalidade da classe C de opera o BSS Base Station Uma BSS consiste de uma BSC Ba
26. a tens o AC no circuito LC da mesma Essa tens o retificada e armazenada em um capacitor Quando o circuito de controle da tag detecta que a tens o VCC TAG na Figura 2 ultrapassou um determinado valor as demais etapas da tag entram em opera o e ela decodifica o sinal proveniente do leitor devolvendo em seguida outro sinal codificado Esta transmiss o da tag para o leitor feita normalmente estabelecendo um curto circuito na bobina o que provoca uma altera o no campo eletromagn tico que pode ser percebida pelo leitor O leitor recebe este sinal e o envia a um circuito de processamento que ir verificar os dados recebidos Todo este processo realizado em uma fra o de segundo 12 3 1 3 Aplica o Os sistemas RFID podem ser agrupados em quatro categorias de aplica o e Sistemas EAS Electronic Article Surveillance e Sistemas Port teis de Captura de Dados e Sistemas em Rede e Sistemas de Posicionamento Os sistemas EAS s o tipicamente sistemas de um bit usados para identifica o da presen a ou falta de um item O largo uso dessa tecnologia est nos bloqueios das lojas onde cada item possui uma tag e grandes antenas de leitura s o colocadas em cada sa da das lojas para detectar a sa da desautorizada de um item Os sistemas port teis s o caracterizados pelo uso de terminais port teis de coleta de dados onde um sistema RFID est integrado do leitor com a antena S o utilizados em aplica es onde um
27. abertura que feita atrav s de um file descriptor E atrav s desse file descriptor que iremos caso n o tenha nenhum erro na abertura ter acesso aos pinos para escrita e leitura Na aplica o desenvolvida para este projeto o driver tem uma fun o para tratamento das interrup es IRQ1 e IRQY a qual armazena os bits das linhas D1 e DO respectivamente em uma fila Quando a aplica o requisita uma opera o de leitura ao driver ela passa um ponteiro para o driver o qual ser usado como fila para armazenar os bits O driver retorna o n mero de bits armazenados na fila para que a aplica o possa ter acesso aos mesmos Ou seja a RFID task executa uma vez a opera o de abertura do driver e entra em um loop executando a cada itera o uma opera o de leitura para checar se o driver tem algum bit a enviar Se a resposta do driver diferente de O significa que um cart o foi aproximado do leitor e a RFID TASK deve ent o executar a montagem e verifica o do c digo lido na base de dados local 48 A Figura 25 apresenta o fluxograma da RFID task com suas principais fun es 2 Beeps de Inicializa o do Leitor RFID Figura 25 Fluxograma da RFID task 5 2 5 GPRS task A GPRS task gerencia as opera es envolvendo o modem GPRS Como a comunica o com o modem feito atrav s da interface serial que j foi configurada na INIT task n o foi necess rio escrever um driver para acessar o modem
28. aixo n vel de interface para sistemas operacionais biblioteca libOSes e deixando a gest o para a aplica o User Space Figura 13 Sistema Operacional Baseado em Exokernel Um RTOS geralmente evita implementa o do kernel como um grande programa monol tico O kernel desenvolvido ao inv s disso como um micro kernel com adi o de funcionalidades configur veis Esta implementa o traz benef cios resultando em aumento de op es de configura o do sistema como cada aplicativo incorporado requer um conjunto espec fico de servi os do sistema no que diz respeito s suas caracter sticas O kernel de um RTOS fornece uma camada de abstra o entre o software de aplicativos e hardware Essa camada de abstra o composta por seis tipos principais de servi os comuns pelo kernel para o software de aplica o A Figura 14 mostra os seis servi os comuns de um kernel RTOS 31 Figura 14 Servi os do Kernel de um RTOS 3 4 Linguagem Cf A linguagem de programa o Cf foi desenvolvida em 2000 Seu arquiteto chefe o dinamarqu s Anders Hejlsberg Anders Hejlsberg tamb m conhecido por ter projetado o Turbo Pascal Delphi e mais tarde uma ferramenta visual para construir aplica es cliente servidor C deve suas ra zes para C Delphi e Java e baseado na sintaxe da linguagem C a qual uma extens o do C No entanto em vez de excluir muitas caracter sticas do C como na maioria da
29. aliza o pela serial llliiiea 58 Figura 33 Execu o de leitura de um cart o RFID 59 LISTA DE TABELAS Tabela 1 Classifica o RFID assist aabaon tas ntizitaor6Eonn E LdASLGEPLda sra Gnda AGIU A das rnnt Sad 14 Tabela 2 Classimca o REI amado das e A ani don A CR e a e aee 15 Tabela 3 Classe de Multislot dos Terminais ane 20 Tabela 4 Fun es dos pinos utilizados no projeto 43 Tabela 5 Mensagens recebidas pelo Modem GPRS Tabela 6 Mensagens enviadas pelo Modem GPRS 50 AC APN BGP BSS BSSGP BTS LC ADSL CHAP C DL EAS EIR IP IPsec GGSN GMSC GPRS GSM GTP HLR LLC MAC MS MSC MT NAT NS OSI OSPF PAP LISTA DE SIGLAS Corrente Alternada Access Point Name Border Gateway Protocol Base Station System Base Station System GPRS Protocol Base Transceiver Station Circuito Capacitivo e Indutivo Asymmetric Digital Subscriber Line Challenge Handshake Authentication Protocol C Sharp Linguagem de Programa o Downlink Electronic Article Surveillance Equipment Identify Register Internet Protocol IP Security Protocol Gateway GPRS Support Node Gateway Mobile Services Switching Center General Packet Radio Service Global System for Mobile Communications GPRS Tunneling Protocol Home Location Register Logical Link Control
30. alto grau de itens com tags pode ser exibido Os terminais do tipo hand held capturam os dados dos itens e ent o s o transmitidos a um sistema de processamento central Sistemas em rede s o aplica es caracterizadas pelo posicionamento fixo dos transceptores leitores e conectados por uma rede a um sistema de gerenciamento central Os transceptores s o fixados numa posi o e os itens com os tags movem se por esteiras ou com pessoas dependendo da aplica o Os sistemas de posicionamento usam tags para facilitar a loca o autom tica e suporte de navega o para dirigir ve culos Os transceptores s o localizados a bordo dos ve culos e conectados por um sistema de transmiss o a um sistema de gerenciamento central Onde haja a necessidade de coleta de dados um sistema RFID pode ser utilizado O potencial de aplica o de sistemas RFID enorme tanto no setor da ind stria comercio e servi o As principais reas de aplica o dos sistemas RFID que atualmente podem ser identificadas s o e Transporte e log stica e Fabrica o e processamento e Seguran a Existem outras reas de atua o de RFID por m estas n o s o de uso comum no Brasil por m em alguns pa ses j bastante comum S o elas e Marca o de animal 13 e Acompanhamento postal e Bagagem de avi es e Controle de acesso a ve culo e Postos de ped gio e Coleta de dados de medi es de consumo de energia O constante desenvolvimento de novos produto
31. ama da Figura 26 o modem GPRS recebe mensagens provenientes do Software de Gerenciamento Essas mensagens mostradas na Tabela 5 tem sempre uma resposta que deve ser enviada pelo Ponto 54 Remoto como mostra a Tabela 6 Assim ent o fica estabelecida a comunica o entre o Software de Gerenciamento e os Pontos Remotos 6 4 Polling Para que o link estabelecido entre o Modem GPRS e o Servidor Central n o caia necess rio que antes de terminar o tempo de conex o sem tr fego de dados configurado no Modem GPRS enviado uma mensagem para o Software de Gerenciamento somente para que o temporizador seja reiniciado Essa tarefa de polling feita tamb m pela GPRS task 7 RESULTADOS Neste Cap tulo ser o apresentados os resultados obtidos ap s a implementa o de cada uma das partes envolvidas neste complexo Sistema de Controle de Acesso via GPRS 7 1 Comunica o Serial Estabelecer a comunica o serial entre o modem GPRS Daruma e o M52259DEMOKIT n o foi uma tarefa trivial Come ando pelo fato dele recomendar que se trabalhe com as linhas de controle de fluxo CTS RTS Os primeiros testes com o modem GPRS foram feitos com o PC ou seja utilizando um terminal no PC minicom o qual era poss vel enviar os comandos AT para o modem GPRS e receber as respostas Para a utiliza o do modem com o kit M52259DEMOKIT foi necess ria a confec o de um cabo serial DB9 macho DB9 macho incluindo os pinos de CTS RTS pa
32. ansmiss o Assim um terminal classe 8 ou 4 1 aquele que pode receber dados em 4 timeslots e enviar em 1 A classe varia com o modelo do terminal sendo os mais comuns os que suportam at as 12 primeiras classes apresentadas na Tabela 3 Tabela 3 Classe de Multislot dos Terminais N mero m ximo de time slots Classe de Multislot Rx Tx Soma 1 1 1 2 20 o N q A O N 10 11 12 A A A O A Ol OI Ni O NIN A OIN N ool NI Ni gt l N gt o q Aal aAa A A A BIO Q 3 2 3 Protocolos de Transmiss o GPRS A interface chamada Um o link l gico na comunica o de um MS Mobile Station e uma BSS Base Station System A estrutura de protocolos respons vel pela transmiss o de dados do usu rio constru da na forma de camadas semelhante a estrutura de camadas OSI A primeira camada implementada no BTS Base Transceiver Station O PCU Packet Control Unit como um novo componente tratado em outra camada do protocolo A Figura 6 mostra a estrutura de camadas de protocolo para o GPRS Figura 6 Estrutura e Camadas de Protocolos do GPRS SNDCP Subnetwork Dependent Convergence Protocol permite s camadas superiores acessarem as facilidades de transmiss o ao n vel de rede 21 Localiza se abaixo da camada de rede e acima da LLC Logical Link Control Possui as seguintes subfun es e Multiplexa o dos paco
33. ardware externo atrav s do conector SV2 e este ent o tem seus pinos conectados aos respectivos pinos de IRQ e I O do conector J4 da placa M52259DEMOCOM que por sua vez est o conectados ao processador MCF52259 Aqui n o houve problemas e foi a primeira parte do hardware externo testada e que funcionou de acordo com o esperado As linhas de dados DO D1 provenientes do leitor RFID s o conectadas aos pinos de IRQ7 IRQ1 e com esses pinos configurados corretamente na aplica o esta consegui identificar as 26 interrup es ocorridas a cada aproxima o do cart o ao leitor RFID A partir desse ponto se deu o desenvolvimento com sucesso da parte de leitura e montagem do c digo do cart o e facility code que o padr o utilizado nos sistemas de controle de acesso 7 2 3 Demais circuitos Os demais circuitos desenvolvidos no hardware externo tamb m funcionaram sem problemas com exce o do circuito que envolve o sensor de temperatura que n o foi testado por falta de tempo O desenvolvimento da aplica o ficou comprometido devido a perda de tempo consider vel com os problemas na interface serial entre o modem GPRS e M52259DEMOKIT que era a base do projeto Fora isso os circuitos de acionamentos de fechadura e sirene como os dois reles funcionaram e o sensor da porta tamb m funcionou de acordo sendo simulado com uma chave liga desliga O circuito regulador de tens o LM3940 3 3V n o foi encontrado nas lojas de componentes eletr
34. arefa 27 Preemp o define a capacidade de identificar a tarefa que precisa de um recurso a mais e atribuir lhe o controle para obter o recurso Em RTOS tal capacidade conseguida atrav s da atribui o de tarefas individuais com o n vel de prioridade adequada Assim importante para RTOS ser equipado com esse recurso 3 3 4 3 Mecanismo Confi vel de Comunica o Inter Tarefa Para v rias tarefas se comunicarem em tempo h bil e para garantir a integridade dos dados entre si uma comunica o e sincroniza o confi vel entre as tarefas s o obrigat rios 3 3 4 4 Heran a de prioridade Para permitir que aplica es com requisitos rigorosos de prioridade a ser implementada RTOS deve ter um n mero suficiente de n veis de prioridade ao usar agendamento prioridade 3 3 4 5 Lat ncias predefinidas Um RTOS precisa ter definido com precis o o tempo de chamadas de seu sistema As m tricas de comportamento s o Tarefa de lat ncia de comuta o O tempo necess rio para salvar o contexto de uma tarefa atualmente em execu o e alternar para outra tarefa desej vel ser curto Lat ncia de interrup o O tempo decorrido entre a execu o da ltima instru o da tarefa interrompida e as primeiras instru es na fun o de tratamento de interrup o Interrup o de lat ncia expedi o O tempo desde a ltima instru o no manipulador de interrup o at a pr xima tarefa programada para
35. cotidiano A falta dela pelo descaso das autoridades p blicas leva as grandes e pequenas empresas a investirem um alto valor de seu or amento em solu es de seguran a que visem diminuir ou pelo menos coibir a a o de marginais contra o seu patrim nio O presente trabalho foi desenvolvido com o objetivo de oferecer uma alternativa de solu o para um problema em que Operadoras de Telefonia Fixa e M vel e Operadoras de TV cabo est o tendo com seguran a que este trabalho foi desenvolvido O problema citado trata se de furtos de baterias usadas para alimenta o dos equipamentos instalados em arm rios espalhados por diversos pontos das cidades com o objetivo de fornecer o acesso aos servi os oferecidos por estas operadoras a seus clientes Os furtos ocorrem muitas vezes devido a facilidade do acesso aos locais onde se encontram as baterias e a falta de controle deste acesso pois em grande maioria dos casos os furtos s o realizados por funcion rios da pr pria Operadora ou funcion rios de empresas terceirizadas contratadas pelas Operadoras para presta o de servi os de Manuten o O fornecimento do Controle de Acesso a esses arm rios para as Operadoras ent o a solu o que este trabalho apresentar tendo como um objetivo final a apresenta o de um prot tipo para ratificar a viabilidade da solu o O trabalho envolve tecnologias como RFID GPRS al m de um software embarcado fazendo uso de um Sistema Operacional em
36. de Gerenciamento 51 Figura 28 Fluxograma do Software de Gerenciamento 6 MODO DE FUNCIONAMENTO No diagrama de blocos da Figura 1 apresentada a solu o completa j com o Servidor Central com a base de dados Observe que na Figura 1 temos os blocos que est o envolvidos por uma linha tracejada os quais dever o repetir se para cada Ponto Remoto onde a solu o estiver instalada Ainda na Figura 1 poss vel notar que os perif ricos usados na solu o como Leitor RFID sensores e fechadura magn tica n o s o conectados ao M52259DEMOKIT diretamente mas sim por meio de um hardware externo Este hardware externo tem a fun o de fornecer as interfaces para os perif ricos fazendo a adapta o dos devidos n veis de alimenta o entre cada perif rico e o micro controlador O hardware externo foi detalhadamente explicado no cap tulo cinco que apresentou as etapas do desenvolvimento Este Cap tulo tem o objetivo de esclarecer como cada um dos blocos presentes no diagrama da Figura 1 atua no contexto geral da solu o proposta neste trabalho e como se dar o as etapas de instala o da solu o em um cliente 52 6 1 Cadastro de usu rios Deve haver inicialmente um cadastro de todos os funcion rios no servidor central visando obter uma base de dados e junto com este cadastro para cada funcion rio ser distribu do um crach que um cart o de RFID que dever ter seu n mero cadastrado juntamente com
37. de controle de acesso somente quando os cart es corresponderem a aquele cliente O tecnologia FlexSecur consiste nos seguintes componentes N mero Formato Indala Um n mero de refer ncia nico atribu do a cada formato Novos formatos s o atribu dos aos pr ximos n meros dispon veis em 36 sequ ncia O n mero de formato n o tem rela o direta com o formato dos dados do cart o O n mero de formato cadastrado no banco de dados Indala e links para um arquivo de projeto com os seguintes componentes usados em cart es de programa e os leitores e Senha Este valor de 10 d gitos 30 bits num rico armazenado em ambos os cart es e leitoras Senhas s o opcionais mas altamente recomendadas e Chave de Criptografia Uma sequ ncia de bits gerada aleatoriamente atribu dos a cada n mero novo formato ele usado durante o processo de codifica o do cart o para criptografar os dados do cart o e usado pelo leitor para descriptografar os dados antes de enviar a sa da para o Sistema de Controle de Acesso A chave armazenada no leitor mas n o no cart o e Leitor de cart o e Formato de Dados Este formato descreve como os dados de controle de acesso est o codificados nos cart es incluindo o n mero de bits comprimentos de campo tipos e posi es dados do pedido e esquema de paridade Ele tamb m diz ao leitor quantos bits s o codificados no cart o e quantos bits para transmitir para o sist
38. deria receber esse SMS e j cadastrar automaticamente o ID e seu respectivo IP na base de dados do Servidor Central Atualmente por possuir somente um modem GPRS a solu o apresentada enviar um SMS para o celular de um operador e este ter que cadastrar o ID e seu respectivo IP no software de gerenciamento De posse do IP do ponto remoto o software de gerenciamento pode estabelecer a conex o TCP na porta padr o definida 13000 Com a comunica o estabelecida poss vel enviar os c digos de RFID autorizados para aquele determinado ponto remoto Essa seria ent o a inicializa o do sistema de um modo geral Depois de inicializado o sistema de controle de acesso funciona localmente sem depender do software de gerenciamento no servidor central pois o mesmo j tem agora os c digos de RFID que deve ou n o autorizar o acesso Mesmo assim a comunica o entre o software de gerenciamento e o ponto remoto fica estabelecida com o objetivo de cadastro de novos c digos e ou remo o de c digos cadastrados requisi o de dados de acesso e estado dos sensores Desta forma o operador que estiver respons vel pelo sistema no servidor central ter as informa es de acesso e ou viola o sobre todos os pontos remotos monitorados sendo ent o esta uma solu o de seguran a para as operadoras sobre seus equipamentos instalados nesses pontos remotos 6 3 Requisi es do Software de Gerenciamento Como j foi demonstrado no fluxogr
39. do prazo exigido Essas caracter sticas definem seu comportamento no determin stico e natureza limitada de recursos 25 3 3 1 Por que utilizar um RTOS em aplica es em Tempo Real RTOS n o um componente necess rio em toda a aplica o em tempo real em sistemas embarcados Um sistema embarcado simples n o requer RTOS Mas quando a complexidade das aplica es se expande para al m de tarefas simples benef cios de ter um RTOS superam largamente os custos associados Sistemas embarcados est o cada vez mais complexos E como cada vez mais recursos s o colocados para eles aplica es em execu o em plataformas de sistemas embarcados ser o cada vez mais complexas a maneira como eles se esfor am para satisfazer as exig ncias de resposta do sistema Um RTOS ser eficaz para permitir as aplica es em tempo real serem projetadas e ampliadas com mais facilidade de acordo com o desempenho exigido Application Programs RTOS Hardware Figura 9 Sistema Operacional em Tempo Real Embarcado 3 3 2 Classifica o de RTOS RTOS podem ser classificados em tr s tipos Hard Real Time RTOS Firm Real Time RTOS e Soft Real Time RTOS conforme descrito abaixo Hard Real Time RTOS grau de toler ncia para prazos n o cumpridos extremamente pequeno ou zero O n o atendimento dentro do prazo tem resultados catastr ficos para o sistema Firm Real Time RTOS perder um prazo pode resultar em uma redu o de qualidade
40. el apenas as fun es que o MQX oua aplica o chama est o inclu das na imagem Para atender seus requisitos uma aplica o configura componentes do Kernel adicionando componentes opcionais O diagrama a seguir mostra os componentes do kernel no centro com componentes opcionais ao redor name queues services interrupts partitions lightweight memory messages fine MA utilities initialization events a lightweight timers tua a STORE core mamory semaphores watchdogs E lightweight maa semaphores E li f IPCs task task RR amp FIFO management T scheduling scheduling i i z f exception O JE el subsystems formatted kernel O ii log toa 4 Figura 22 Orgnaniza o do MQX 46 5 2 2 Estrutura da Aplica o para o Sistema de Controle de Acesso A aplica o desenvolvida neste projeto foi dividida em quatro tasks fazendo uso da possibilidade de se trabalhar com multi tasks no MQX A Figura 23 mostra como ficou estruturada a aplica o j destacando as duas tasks principais com suas responsabilidades INIT TASK Figura 23 Estrutura da Aplica o 5 2 3 INIT task A INIT task tem a fun o de inicializa o do sistema e portanto a primeira task a entrar em funcionamento ap s a inicializa o do MQX Esta task que inicia cada uma das outras tasks tamb m chama uma fun o para inicializa o de um servidor telnet que
41. ema de controle de acesso e Par metros do Leitor O arquivo de projeto de formato tamb m inclui a configura o do leitor especial que o cliente exige como buzzer on off LEDs on off simples ou duplo controle de LED Wiegand largura de pulso par metros etc Os par metros do leitor tamb m podem ser modificados usando atrav s de Cart es de Op o 4 2 Modem GPRS Daruma O modem GSM GPRS da Urmet Daruma um equipamento para comunica o de dados utilizando tecnologia celular GSM GPRS Recomendado para uso de comunica o entre m quinas M2M suporta ambientes industriais e afins pode ser conectado a um PC Notebook e outros equipamentos por comunica o serial V24 RS232 ou USB Para uma maior flexibilidade e disponibilidade na comunica o o MIN200 suporta simultaneamente dois SIM cards controlados pela aplica o do terminal conectado Computador permitindo a sele o do melhor sinal entre as respectivas operadoras 37 Figura 16 Modem GPRS Urmet Daruma 4 2 1 Principais Caracter sticas M dulo GSM embarcado Cinterion MC55i Transmiss o e recep o de dados Transmiss o e recep o de SMS SMS tipo MT MO CB PDU Transmiss o de dados ass ncrona n o transparente GSM 2400 bit s 4800 bit s 9600 bit s CSD at 14 4 kbps Conectividade GPRS MULTISLOT GPRS classe 10 Esta o m vel GPRS classe B GPRS max 85 6 kbps downlink Esquemas de codifica o CS1 CS2 CS3 CS4 Interface de dados V 24 RS
42. est cadastrado na base de dados local e portanto o acesso negado Somente na segunda leitura o acesso liberado e o c digo do cart o facility code e a indica o de paridade s o impressas Isto foi implementado na aplica o para teste uma vez que n o tinha mais de um cart o para testes O sistema inicia sem nenhum cart o cadastrado na base de dados local e a primeira vez que executada a rotina de leitura de RFID adicionado o c digo do cart o a base de dados File Edit View Search Terminal Help jrejr ntbk telnet 192 168 1 7 Trying 192 168 1 7 Connected to 192 168 1 7 Escape character is Facility 192 Code 63898 USER CODE NAO CADASTRADO 192 Figura 33 Execu o de leitura de um cart o RFID Ainda com rela o a Figura 33 interessante observar que impresso o estado do sensor da porta no caso em 0 portanto fechado 7 4 Gerenciamento Ainda n o poss vel apresentar nenhum resultado concreto sobre o Software de Gerenciamento Devido aos atrasos j comentados o desenvolvimento do Software ficou bastante comprometido Os testes com a abertura do socket TCP no C ocorreram sem problemas portanto j existe essa classe implementada no c digo A base de dados do servidor 59 tamb m est implementada por m o que falta implementar justamente a intera o de mensagens entre o Software de Gerenciamento e o modem GPRS de acordo com as Tabelas 5 e 6 8 CONCLUS
43. foi usado no projeto somente com a fun o de debug O fluxograma da Figura 24 mostra as fun es da INIT task Figura 24 Fluxograma da INIT task 47 5 2 4 RFID task A RFID task tem a fun o de gerenciar o leitor RFID Esta task que receber os 26 bits enviados pelo leitor RFID Wiegand 26 pelas linhas de dados DO e D1 a cada aproxima o de um cart o ao leitor Al m de receber os bits ela os decodifica e monta o c digo do cart o para a consulta a base de dados local para ent o decidir se libera ou n o o acesso para aquele n mero de cart o Para receber esses bits a RFID task faz uso de um driver que foi escrito para facilitar as opera es envolvendo o leitor RFID Esse driver cont m as fun es de abertura fechamento leitura e escrita Abaixo explicado o porqu de cada uma dessas fun es Quando trabalhamos com um sistema operacional como o MQX n o acessamos os pinos de I O diretamente para obter a informa o desejada mas sim requisitamos ao MQX esta informa o O driver ent o nada mais do que fun es que quando chamadas requisitam ou enviam ao Sistema Operacional MQX no caso uma informa o que deve ser enviada a um determinado pino no caso de uma opera o de escrita ou retirada no caso de uma opera o de leitura Essa abstra o de hardware uma das facilidades mais importantes no desenvolvimento com um Sistema Operacional embarcado Portanto temos no driver uma fun o de
44. fun es de criptografia A fam lia MCF5225x baseada em um Coldfire 32 bits com frequ ncia de at 80MHz 512kB de mem ria flash e 64kB de SRAM A interface de barramento externo fornece flexibilidade para adicionar mais mem ria ou mais perif ricos Essas e outras caracter sticas fazem da fam lia MCF5225x dispositivos ideais para a ind stria e aplica es m dicas que requerem uma grande quantidade de perif ricos e um alto n vel de desempenho A Freescale fornece ferramentas de desenvolvimento e software que ajudam os desenvolvedores de projetos a desenvolver com maior rapidez e facilidade MCF5225x Block Diagram E USB 32 KHz 512 KB 2C UART Flash 10 100 lt Fa FEC 32 bit QOQ Timer 4 ch CAN 16 bit QSPI UART Timer 8 ch e RTC 12 bit UART ADC 8 ch 4 ch 2X CAU PWM DMA INTC RNG V2 ColdFire System Mini Bus Memory Options Core Integration Figura 18 Diagrama de Blocos MCF5225x 4 3 2 Caracter sticas M52259DEMOMCU e MCF52259 MCU e Fast Ethernet Controller FEC e USB Physical Layer Interface PHY e Mini FlexBus External Bus Interface 40 e FlexCAN 2 0B Module e Integrated Open Source USB BDM 4 3 3 Caracter sticas M52259DEMOCOM e 10 100 Ethernet o KZS8041 Ethernet PHY o Configurado para opera o MII o Conector RJ45 o Isolamento Magn tico o LEDs para indica o da velocidade e estado do Link e RS 232 PHY o 1 Canal com controle de fluxo o Opera o a 2 fio
45. icenciou a tecnologia para Schlage um fabricante de cadeados e outras empresas Ref 3 Ap s isso muito se desenvolveu sobre RFID Empresas interessadas na possibilidade de controlar suas mercadorias de forma segura e r pida investiram muito no desenvolvimento para aprimoramento das tags RFID e suas respectivas leitoras 3 1 2 Funcionamento Na Figura 2 mostrado um sistema RFID O leitor consiste em um transceptor de radiofrequ ncia que opera em uma das frequ ncias padronizadas para este tipo de aplica o 125 kHz 13 56 MHz 862 a 932 MHz ou 2 4 GHz 11 VCC TAG Modulador ac Demodulador L e mem ria Es Modulador Controle L Demodulador Acoplamento ESA a E 1 z eletromagn tico Figura 2 Sistema RFID Ref 5 Do outro lado temos um transponder que ir responder aos comandos recebidos do leitor Existem tr s tecnologias para implementa o dos transponders passivos n o possuem qualquer fonte de alimenta o integrada semi passivos possuem uma fonte de energia integrada apenas para alimentar a etapa de recep o e ativos possuem uma fonte de energia integrada e um circuito de transmiss o ativo o que garante um alcance muito maior No momento em que a tag aproximada do leitor a radia o eletromagn tica emitida pela antena do leitor permeia a tag induzindo um
46. nicos aqui de Curitiba e como poss vel ver na foto da Figura 30 s temos o regulador LM7805 Portanto a alimenta o do M52259DEMOKIT tem que ser feita via cabo USB uma vez que a nica maneira de alimentar o KIT tanto na interface USB BDM como na interface mini USB A Figura 31 traz uma foto do Sistema com todos os componentes conectados 57 Es i peee i Figura 31 Foto com todos os perif ricos conectados 7 3 Debug A Figura 32 apresenta uma tentativa de inicializa o do M52259DEMOKIT enviando tr s vezes o comando at Como n o obteve resposta o LED4 fica permanentemente aceso indicando que houve falha na inicializa o do modem GPRS Na inicializa o como ainda n o tem o servidor telnet em execu o necess rio que o debug seja feito atrav s da interface serial do PC como o caso da Figura 32 File Edit View Search Terminal Help Welcome to minicom 2 4 OPTIONS T18n Compiled on Jun 3 2010 13 46 31 Port dev ttyUSBO Press CTRL A Z for help on special keys Figura 32 Debug na inicializa o pela serial 58 J com o servidor telnet em execu o poss vel executar uma opera o de leitura de cart o e a aplica o imprime os resultados na interface de telnet o que facilita bastante a depura o A Figura 33 demonstra o resultado de uma situa o de aproxima o de um cart o ao leitor RFID Observe que na primeira leitura a aplica o indica que o c digo do usu rio n o
47. ns o x Temperatura O Leitor RFID ir conectado ao SV2 que tem seus pinos ligados diretamente ao conector SV1 Aqui importante fazer uma observa o importante que se refere a adapta o do n vel de tens o fornecido pelo Leitor RFID para o microcontrolador 44 MCF52259 O Leitor RFID alimentado com 5V portanto os n veis de tens o gerados por ele devem ser reduzidos para 3 3V antes de chegar ao MCF52259 Isto n o foi feito diretamente no hardware externo ent o teve que ser feito no cabo do Leitor RFID inserindo resistores de 2 2k0 em s rie nas linhas de dados LED e Buzzer O sensor de estado da porta aberta ou fechada representado no esquem tico pelo resistor R11 que vai conectado a um resistor de pull down e conectado ao pino de entrada AN6 Os conectores SL1 e SL2 s o ligados aos circuitos com reles que tem o objetivo de acionar uma sirene de alarme e acionar uma fechadura magn tica para abertura da porta O desenho da placa dupla face pode ser encontrado nos anexos deste trabalho 5 2 Software Embarcado com RTOS MOX No software embarcado foi utilizado o RTOS MQX da Freescale que possui as caracter sticas de um RTOS monol tico que foi explicado no Cap tulo 3 O desenvolvimento com RTOS ganha em efici ncia medida que o desenvolvedor vai conhecendo suas principais caracter sticas funcionalidades de suas bibliotecas e entendendo a maneira como o RTOS acessa o hardware para ent o iniciar a constru
48. para manipula o de assemblies Ainda algumas caracter sticas importantes sobre Cf s o e Acesso direto Mem ria utilizando ponteiros do estilo C e Palavras chave para incluir opera es como inseguras e Avisa o coletor de lixo CLR para n o coletar objetos referenciados por ponteiros at que eles sejam liberados 4 COMPONENTES PRINCIPAIS DO SISTEMA DE CONTROLE DE ACESSO Este cap tulo destinado descri o dos principais componentes envolvidos no desenvolvimento deste projeto que s o o Leitor RFID o modem GPRS e o M52259DEMOKIT 4 1 Leitor RFID Indala HID 5365 Wiegand O leitor RFID Indala HID pode ser montado em ambientes internos ou externos desde que o isolamento ap s a montagem seja feito de forma correta 4 1 1 Caracter sticas e Aceita tens o de alimenta o entre 5 e 16 Volts 34 Encontra se dispon vel com interface Wiegand ou Interface Clock and Data Faz uso da tecnologia FlexSecur desenvolvida pela HID Permite um aprimoramento de fita magn tica a leitora de proximidade sem necessidade de refazer o cabeamento ou instalar novas extens es para os cabos Oferece alta confiabilidade caracter sticas consistentes de alcance de leitura e baixo consumo de energia Montagem direta em metal sem altera o no desempenho do alcance da leitura Proporciona LED multicolorido compatibilidade com todos os sistemas padr o de controle de acesso e controle interno ou no computador central do
49. prov uma taxa de transfer ncia de dados de aproximadamente 14 4kbps por timeslot TDMA Com o avan o da Internet e servi os baseados em WAP um servi o de dados que ofere a comuta o por pacotes parece ser mais apropriado especialmente se o acesso aos dados sobre uma interface de r dio onde o custo 16 sobre o tempo de conex o um importante par metro O Servi o de R dio de Pacote Geral GPRS foi desenvolvido para fornecer o servi o de comuta o por pacotes sobre as interfaces de radio Sendo um servi o de pacotes de dados GPRS otimiza o uso da rede e recursos de radio Baseado no mesmo espectro dos servi os de radio com mais ou menos a mesma arquitetura que o GSM o GPRS permite uma f cil migra o para uma operadora de GSM para GPRS 3 2 1 Vis o Geral de um sistema GPRS O GPRS uma evolu o do GSM e al m disso tamb m um sistema TDMA com cada frequ ncia dividida em quadros TDM e cada quadro TDMA contendo oito timeslots A frequ ncia e os timeslots s o alocados dinamicamente pela rede para a esta o m vel MS para transfer ncia de dados sentido uplink UL e DL downlink Recursos para UL e DL s o alocados independentemente Dependendo dos recursos alocados para a MS e a capacidade da MS as taxas variam de 9 a 150kbps por usu rio A operadora pode dinamicamente alocar recursos de radio entre a rede GSM que usa comuta o por circuitos e a rede GPRS que faz uso de comuta o por pacote
50. quem tico rasas ssa tur caras eae Isa rrt RA O rrtt trr a rnnt Eene 43 5 2 Software Embarcado com RTOS MQX iiiiiii 45 5 2 1 MOX RTOS eene a a Ad e E e E E 45 5 2 2 Estrutura da Aplica o para o Sistema de Controle de Acesso 47 5 2 3 INIT TASK o a ai e eaea eee AEE ba a Re aeaaea 47 5 2 4 REIDA SK es eras os ae a de a aaa de a ea fe a de a 48 5 2 5 GPRS TASK earen eare e na EALE ELTEL AE EE A CELENTE 49 5 2 6 CED task aene a a a a a a ee e aaas 51 5 3 Software de Gerenciamento em C terem 51 6 MODO DE FUNCIONAMENTO erre 52 6 1 Cadastro de usu rios eeeeerereeeerereenaarerenananena 53 6 2 Inicializa o Geral do Sistema e 54 6 3 Requisi es do Software de Gerenciamento i 54 6 4 PONO REAR et OR ps RR pe a A A EEEa E KEEF EESE 55 7 RESULTADOS mpi Ce e ee RS 55 7 1 Comunica o Se al pe e eee peee sreo errn EES EEPE EEE Ee Eet 55 7 2 Hardware EXterNOnnianenan aa a a aa aa ea a aa Ta 56 7 2 1 CONSINI O reestri ru IR RN E 56 7 2 2 Interface para o leitor RFID nn 57 7 2 3 Demais circuitos naannnnnennnnnneainnnerrnnnrrrrrrenrrnrnennrrrrennnrrrnnnrrrene 57 7 3 BIS o 0 o EET ERE 58 7 4 Gerenciamento pisa ssa ia asas sida ds dad a 59 8 CONCLUS O it eds nd 60 9 REFERENCIAS custear dista idea ar ten id 62 1 INTRODU O A falta de seguran a hoje em dia uma constante em nosso
51. ra de GSM GPRS O HLR armazena a informa o tanto para uma comunica o por circuito como por pacote A informa o encontrada no HLR inclui por exemplo servi os suplementares par metros de autentica o Access Point Name APN como o Internet Service Provider endere o IP Al m disso o HLR inclui a informa o sobre a posi o localiza o Geografica do MS Para o GPRS a informa o do cliente trocada entre HLR e SGSN Nota se que as informa es de autentica o para GPRS s o recuperadas diretamente do HLR para SGSN S o armazenadas nos HLRs informa es de clientes quando se destina a outras operadoras roaming VLR Visitor Location Register uma base de dados que cont m a informa o sobre todos os MSs que ficam situados atualmente na regi o da MSC ou da distribui o de SGSN respectivamente O SGSN cont m a funcionalidade de VLR para uma comunica o por pacotes SGSN Serving GPRS Support Node um componente prim rio na rede GSM para o uso do GPRS O SGSN envia e recebe pacotes destinados para a MS que estejam dentro da rea de servi o SGSN O SGSN fornece roteamento de pacotes e serve a todos os usu rios GPRS que est o fisicamente dentro da rea de servi o geogr fica de SGSN Um usu rio GPRS pode ser servido por todo o SGSN na rede tudo depende da localiza o do mesmo As especifica es do GSM definem 29 classes para os terminais conforme o n mero de timeslots utilizados na recep o ou tr
52. ra estebelecer a comunica o com o modem Ocorreu um s rio problema na aplica o mais especificamente na fun o que lia a resposta do modem e devido a esse problema o andamento do projeto atrasou Basicamente o problema era que o algoritmo de leitura n o esperava tempo suficiente para que o modem mandasse todos os caracteres fazendo com que a aplica o retornasse como resposta sempre somente o primeiro caractere recebido 55 Ap s algum tempo debugando a aplica o e com algumas conversas com colegas e o Professor Pastroa respeito do problema foi encontrada a solu o que foi esperar um tempo maior na fun o de leitura da serial a fim de receber todos os caracteres que o modem tenha para enviar 7 2 Hardware Externo O Hardware Externo apresentado no Cap tulo 5 item 5 1 foi implementado com sucesso desempenhando o papel esperado para ele no Sistema 7 2 1 Constru o O resultado obtido ap s a confec o de uma placa dupla face em fibra de vidro com o roteamento do esquem tico apresentado na Figura 20 feito pelo Software Eagle pode ser visualizado na Figura 30 que mostra a foto do HW Externo interessante observar que trata se de um prot tipo e n o de uma vers o final E por esse motivo como em quase todo prot tipo houve corre es de hardware ap s a montagem da placa Figura 30 Foto do Hardware Externo Finalizado 56 7 2 2 Interface para o leitor RFID O leitor RFID conectado ao h
53. s e RFID Radio Frequency IDentification e GPRS General Radio Packet Service e RTOS embarcado e Linguagem de Programa o C Essas tecnologias foram escolhidas por atenderem os requisitos e por serem de uso frequentes em solu es similares a esta apresentada neste trabalho Com os requisitos e as tecnologias para atend los definidos o pr ximo passo foi definir o hardware que far parte do m dulo que ser instalado em cada um dos Pontos Remotos principalmente o processador que atender ao requisito suportar um RTOS embarcado Por haver interesse no desenvolvimento com processadores de 32bits foi escolhido o M52259DEMOKIT da Freescale que ter suas caracter sticas expostas 9 no cap tulo quatro item 4 3 o qual apresenta os componentes principais envolcidos no Projeto Para a identifica o do acesso dos funcion rios via RFID a leitora utilizada foi a de marca Indala que suporta a leitura de dados a 125kHz a qual ter suas caracter sticas expostas no cap tulo quatro item 4 1 A comunica o sem fio entre o software de gerenciamento e os Pontos Remotos se dar atrav s de GPRS Para fazer uso desta tecnologia preciso ter um dispositivo que a suporte No caso foi utilizado um modem GPRS da marca Daruma que faz uso de um m dulo GPRS da Siemens MC35i A comunica o entre o M52259DEMOKIT e o modem feita atrav s do protocolo RS 232 GPRS ser tratado no cap tulo tr s item 3 2 Com o hardware que
54. s dependendo do tipo de servi o GPRS suporta os protocolos comuns usados na transfer ncia de dados como IP e X 25 Os protocolos IP e X 25 Unidades de Protocolo de Dados PDUs s o transferidos de forma transparente pela rede GPRS entre um usu rio a um n destino IP ou X 25 Isto conseguido atrav s de t neis e encapsulamento PDU na rede GPRS Isto permite adicionar novas redes ao GPRS sem alterar a interface de radio GPRS GPRS suporta v rios perfis de Qualidade de Servi o QoS para transfer ncia de dados Ele projetado para reserva r pida para iniciar a transmiss o de pacotes tipicamente 0 5 a 1 segundo A tarifa o normalmente depende da quantidade de dados transferidos num determinado tempo em que a esta o m vel MS fica conectada a rede Os procedimentos de autentica o s o id nticos ao GSM 17 3 2 2 Arquitetura de um Sistema GPRS A parte do sistema GPRS que realiza a comuta o dos pacotes chamada de SGSN Serving GPRS Support Node Ele o centro da rede e fornece o roteamento para as demais partes fazendo a interface entre a rede de comuta o por pacotes rede de dados e a rede de comuta o por circuitos HLRs EIRs e outros Os principais componentes da arquitetura l gica de um sistema GPRS s o mostrados abaixo na Figura 5 HLR Home Loca on Register AUC Authantication Centre ER Equipment Idontity Rogistor SGSN Saring GPRS Support Node Figura 5 Arquitetura de um Sistem
55. s o Conector DB 9 e HS CAN PHY o Taxa de transfer ncia def Mb o Configurado no modo de opera o slave o Conector de 3 pinos e Sinais de IO o 40 pos o N o montado 5 ETAPAS DO DESENVOLVIMENTO O desenvolvimento do projeto consistiu em quatro tarefas Uma delas j foi apresentada a pesquisa sobre as tecnologias utilizadas e as outras tr s ser o apresentadas neste cap tulo que basicamente comp e o desenvolvimento da solu o com Hardware Externo M52259DEMOKIT Software Embarcado e Software de Gerenciamento 41 5 1 Hardware Externo O hardware externo chamado dessa maneira pelo fato deste ser um hardware que foi desenvolvido especificamente para este projeto e conectado ao M52259DEMOKIT ou seja ele n o faz parte do KIT da Freescale A necessidade do hardware externo se deu devido ao fato de que necess rio uma interface entre os perif ricos usados neste projeto e o M52259DEMOKIT necess ria a adapta o dos n veis de tens o dos dispositivos para trabalharem no mesmo n vel de tens o do MCF52259 conectores espec ficos e circuitos externos necess rios para acionamento de rel s O M52259DEMOKIT fornece um conector de 40 pinos J4 na M52259DEMOCOM que teve que ser montado com o objetivo de fornecer o acesso a pinos de I O IRQs SPI etc n o usados j pelos perif ricos montados no KIT nesse conector J4 da placa M52259DEMOCOM que o hardware externo conectado A Figura 19 mostra uma
56. s RFID a regulamenta o e a redu o de custos t m provocado o surgimento de novas aplica es em reas at ent o ainda n o exploradas 3 1 4 Classifica o As Tabelas 1 e 2 a seguir trazem a classifica o dos sistemas RFID por frequ ncia suas aplica es e particularidades Tabela 1 Classifica o RFID Ref 5 Tipo LF HF Faixa de 125 ou 134 2 kHz 13 06 MHz Frequ ncia Alcance para lt 0 5m 2 im leitura Particularidades Precisa de antenas grandes o Melhor aproveitamento em alcance que que resulta em altos custos de as LF a melhor escolha para produ o Sofre pequena sistemas que n o exijam um longo degrada o do sinal na presen a alcance e n o seja necess ria a leitura de l quido e metais de um grande n mero de etiquetas ao mesmo tempo Fontes de Acoplamento magn tico Acoplamento magn tico Energia campo pr ximo campo pr ximo Aplica es Controle de Acesso Controle de Acesso T picas Identifica o de animais Controle de pagamento Imobiliza o de ve culos Identifica o de objetos Controle de bagagens Leitura M ltipla Lenta M dia Leitura em Melhor M dia ambientes met licos ou com liquidos Tamanho da Grande M dio etiqueta 14 Tabela 2 Classifica o RFID Ref 5 Tipo UHF Microondas Faixa de 860 ou 930 MHz 2 45 ou 5 8 GHz Frequ ncia Alcance para Entre4e5m 2 im leitura Particularidades Muito mais baratas
57. s de classe C n o necessitam de arquivos de cabe alho ou arquivos serparados IDL Interface Definition Language Al m disso o C permite documenta o direta inline que simplifica a cria o online e impresa de documenta o para um aplicativo CH tamb m permite interfaces um meio de fazer um contrato com uma classe para processos que a interface determina No C uma classe pode herdar de apenas um objeto pai parent mas uma classe pode implementar m ltiplas interfaces Quando uma classe implementa uma interface na pr tica promete proporcionar funcionalidade que as interfaces especificam C proporciona tamb m um suporte a structs estruturas um conceito que tem mudado seu significado de forma relevante a partir do C No Cf uma estrutura um limitado tipo sup rfluo que quando instanciado faz menos pedidos ao sistema operacional e mem ria do que uma classe convencional faz Um struct pode herdar de uma classe ou ser herdada por uma classe mas um struct pode implementar uma interface C proporciona suporte total de delegates delegados para invoca o de m todos indiretamente Em outras palavras como no C voc pode achar funcionalidade similar como em ponteiros para fun es de membros mas delegates s o refer ncia de tipos seguros que encapsulam m todos com assinaturas e tipos de retorno espec ficos Delegates t m sido estendidas significativamente primeiro no C 2 0 e novamente no Cf 3 0 primeiramente
58. s linguagens orientadas a objeto os autores do Cf resolveram manter as caracter sticas e flexibilidade de C por m construindo as com mais seguran a Um fato importante na hist ria do Cf aconteceu em 1996 quando a Microsoft adquiriu a Colusa Software A Colusa tinha lan ado um produto em 1995 chamado OmniVM OmniVM foi um ambiente de m quina virtual que oferecia duas vantagens distintas sobre as primeiras vers es do Java Primeiro evitando a interpreta o e usando uma arquitetura virtual RISC o que fornecia execu o de c digo quase nativa Em segundo lugar implementou um robusto isolamento da aplica o atrav s de um gerenciador de mem ria virtual Isso o fez um ambiente muito seguro para execu o de c digos para aplica es m veis por exemplo OmniVM formaria a base para o CLR Common Language Runtime da Microsoft 3 4 1 Principais caracter sticas O fundamento principal de qualquer linguagem orientada a objetos seu suporte para definir e trabalhar com classes Classes determinam novos tipos 32 permitindo que voc estenda a linguagem e consiga manipular melhor o problema que voc est tentando solucionar Cf cont m palavras chave para declara o de novas classes e de seus m todos e propriedades e para implementa o de encapsulamento polimorfismo os tr s pilares da programa o orientada a objetos No C tudo relacionado a uma declara o de classe localiza se na pr pria declara o Defini e
59. sados para paridade a fim de checar a integridade do c digo transmitido A Figura 4 mostra como se d a transmiss o dos bits de paridade 15 Standard 26 Bit Wiegand Format Leading Parity Bit Even mm Facility Code 8 Bits P FFFFFFFF NNNNNNNNNNNNNNNN P Trailing Parity Bit Odd Card Number 16 bits Parity Configuration First 13 Bits 12 data 1 Parity PFFFFFFFFNNNN NNNNNNNNNNNNP Last 13 Bits 12 data 1 Parity Figura 4 Paridade no protocolo Wiegand Para a convers o dos bits recebidos da linha DO e D1 em c digos v lidos necess rio seguir os passos abaixo 1 Identificar 26 interrup es de borda de descida DO D1 Iniciar o armazenamento pela direita LSB Checar a paridade de acordo com a Figura 4 Remover os bis de paridade Oo A OO N Separar os bits de acordo com a Figura 4 a fim de formar o facility code e o card number 6 Converter em hexadecimal os dois valores facility card number O leitor RFID que foi utilizado no projeto possui uma particularidade a mais que ser mencionada no Cap tulo 5 onde as etapas de desenvolvimento ser o relatadas Esta particularidade n o influi na tecnologia RFID s mais uma facilidade de seguran a implementada pelo fabricante deste leitor 3 2 GPRS O Sistema Global de Comunica es M veis GSM um sistema de telefonia celular que essencialmente prov voz e servi os de dados por comuta o de circuitos Um sistema baseado no TDMA GSM
60. se Station Controller e uma BTS Base Transceiver Station O BTS um equipamento de r dio que envia e recebe informa es sobre a comunica o das BSCs com os MSs Um grupo de BTSs controlado por um BSC O BTS deve conter softwares espec ficos para GPRS A BSC gerencia as chamadas comutadas por circuitos e comutadas por pacote e deve ser equipada com software e hardware para o sistema GPRS O BTS separa as chamadas comutadas por circuito MS originadas da transmiss o de dados do pacote antes que o BSC envie chamadas para MSC VLR e dados da comuta o por pacote para o SGSN MSC Mobile Service Switching Center respons vel pelo tr fego de pacotes que tem os MSs como origem ou destino e por fun es como autentica o roteamento gerenciamento de mobilidade controle de acesso e contabilidade de uso da rede de r dio GMSC Gateway Mobile Services Switching Center Faz o roteamento das chamadas entre a rede GSM e a PSTN N o h mudan a neste produto para o GPRS GGSN Gateway GPRS Support Node gerencia o roteamento entre a rede GPRS e outras redes de dados Internet X 25 etc Tamb m respons vel por controlar a aloca o de endere os IP por parte dos MSs e por traduzir os formatos 19 de pacotes de endere os externos para o formato de endere amento GPRS e vice versa HLR Home Location Register a base de dados que armazena a informa o da subscri o para cada pessoa que possui uma conta na operado
61. ser executada 3 3 4 6 Controle de gerenciamento de mem ria Para garantir uma resposta previs vel a uma interrup o um RTOS deve fornecer uma maneira para a tarefa bloquear o seu c digo e dados na mem ria real 28 3 3 5 Arquitetura de um RTOS A arquitetura de um RTOS depende da complexidade de sua implanta o RTOSs bons podem se adaptar a atender diferentes conjuntos de exig ncias para diferentes aplica es Para aplica es simples um RTOS geralmente compreende apenas um kernel Para sistemas embarcados mais complexos um RTOS pode ser uma combina o de v rios m dulos incluindo o kernel pilhas de protocolos de rede e outros componentes como mostrado na Figura 10 Networking POSIX Protocols Support Debugeing Facilities ANSI Device Compliant C Drivers Library Figura 10 Arquitetura Geral de um RTOS 3 3 6 Kernel Um sistema operacional geralmente consiste de duas partes o espa o do kernel modo kernel e espa o do usu rio modo usu rio kernel o componente menor e central de um sistema operacional Seus servi os incluem gerenciamento de mem ria e dispositivos e tamb m para fornece uma interface para aplica es de software usar os recursos Servi os adicionais tais como prote o e gest o de programas e multitarefa podem ser inclu dos dependendo da arquitetura do sistema operacional Existem tr s grandes categorias de modelos de kernel dispon veis a saber 3 3 6 1 Kernel
62. t http www scribd com doc 9227795 Redes GSM gt ltimo acesso em 04 07 2011 9 General RTOS Concepts Dispon vel em lt http documentation renesas com eng products tool apn res05b0008 r8cap pdf gt ltimo acesso em 04 07 2011 10 C amp Brief History Dispon vel em lt http www cs uwf edu eelsheik pl csharp home html gt ltimo acesso em 04 07 2011 11 A Linguagem C Dispon vel em lt http altabooks tempsite ws capitulos amostra programando pdf gt ltimo acesso em 04 07 2011 12 Leitora MiniProx Dispon vel em lt http www hidglobal com documents miniprox ds pt pdf gt ltimo acesso em 04 07 2011 13 HID Indala FlexSecur Technology Dispon vel em lt http Awww hidglobal com documents hidindalaFlexsecur wp en pdf gt ltimo acesso em 04 07 2011 14 How to Develop I O Drivers for MQX Dispon vel em lt http cache freescale com files 32bit doc app note AN3902 pdf fpsp 18 amp W T TYPE Applicationy 20Notes amp WT VENDOR FREESCALE amp WT FILE F ORMAT pdf amp WT ASSET Documentation gt Ultimo acesso em 04 07 2011 62
63. tes em uma ou v rias camadas e Compress o de protocolos de informa o e controle bem como dados do usu rio e Segmenta o e montagem A camada LLC Logical Link Protocol estabelece conex es l gicas cifradas independentemente dos protocolos da interface de r dio entre os MS e a SGNS O LLC permite que o usu rio permane a com a mesma conex o quando se move entre as c lulas de uma mesma SGNS A LLC suporta e Processos de transfer ncia de PDUs Packets Data Unit LLC em ambos os modos Acknowledged e unacknowledged e Processo de detec o de corre o de PDUs LLC perdidos ou corrompidos e Processo de controle de fluxo e cifragem de PDUs LLC As camadas RLC Radio Link Control MAC Media Access Control realizam a conex o entre o MS e o BSS atrav s da interface a rea A camada GSM RF a conex o f sica via radio frequ ncia entre a MS e a BSS O BSSGP Base Station System GPRS Protocol transporta informa es de rotas e par metros de QoS Quality of Service entre a BSS e o SGSN O NS Network Services transporta o PDU do BSSGP L1 e L2 s o as camadas de enlace e meio f sico O GTP GPRS Tunneling Protocol respons vel pelo tunelamento dos dados do usu rio entre o SGSN e os elementos do Backbone GPRS O GTP encapsula todos os dados PTP Point to Point PDP Packet Data Protocol e PDU Protocol Data Units Fornece mecanismos de controle de fluxo entre os GGSNs caso seja solicitado TCP carrega os
64. tico A Figura 20 mostra o esquem tico do hardware externo que foi desenhado utilizando a ferramenta Eagle Figura 20 Esquem tico do Hardware Externo 43 Observando o esquem tico podemos identificar o conector SV1 de 40 pinos que vai ser conectado ao conector J4 da placa M52259DEMOCOM No circuito do hardware externo foi inclu do dois reguladores de tens o um para a tens o de 5V LM7805 para alimenta o do leitor RFID e do M52259DEMOKIT atrav s do conector USB X1 e outro de 3 3V LM3940 com o intuito de alimentar o KIT pelo pino 1 do conector SV1 A entrada ou a alimenta o do regulador LM7805 proveniente de uma fonte externa de 12V DC 1A que conectada ao J1 J o LM3940 recebe a alimenta o do LM7805 No esquem tico da Figura 20 poss vel notar a presen a de um circuito integrado amplificador operacional que foi utilizado para dar um ganho de tens o para as diferen as de tens o fornecidas pelo sensor de temperatura LM35 uma vez que uma m nima diferen a de tens o pode indicar uma grande varia o de temperatura E para que esta pequena diferen a entre n veis de tens o seja percebida pelo conversor A D do MCF52259 necess rio o amplificador que foi projetado para ter um ganho de mais ou menos 2 5 A Figura 21 mostra um gr fico de tens o por temperatura do LM35 BE AAP TARF yaum IAA Huar L AS SUPPLY VOLTAGE V 75 235 25 75 1 175 TEMPERATURE C Figura 21 LM35 Te

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