Rajapintojen kehitys Sigfox-järjestelmäpiirille

Abstract

Sigfox-verkko on yksi monesta esineiden internetin laitteille kehitetyistä verkoista. Verkko toimii lisensoimattomilla taajuuksilla ja kilpailee muiden samankaltaisten verkkojen, kuten LoRan ja Weightlessin, kanssa. Sigfox-verkkoa operoi Suomessa Connected Finland, jonka ylläpitämään verkkoon tässä projektissa kehitetty järjestelmäpiiri on tarkoitus yhdistää.

Työn tavoitteena on kehittää tarvittavat rajapinnat uudelle Sigfox-järjestelmäpiirille. Vaadittuja toiminnollisuuksia ovat UART-kommunikaatio sekä GPIO-porttien hallinta. RCP Softwaren tuoteprototyypin toiminnollisuus on tarkoitus toistaa uudella Sigfox-piirillä käyttäen kehitettyjä rajapintoja. Tavoitteena on myös tutustua testivetoiseeen kehitykseen, hyödyntää sitä rajapintojen kehityksessä sekä pohtia sen tuomia hyötyjä ja haittoja sulautettujen ohjelmistojen kehityksessä.

Opinnäytetyön kehitysprojektissa luotiin rajapinnat RCP Softwaren omaan suunnitteluun perustuvalle Sigfox-järjestelmäpiirille. Rajapinnat kehitettiin UARTille, GPIO:lle sekä UARTin kautta vastaanotettaville komennoille. Projektin työstämisen aikana tutustuttiin testivetoisen kehityksen perusteisiin. Testivetoinen kehitys on ohjelmistonkehitysmuoto, jossa testitapaukset luodaan ennen ohjelmakoodia. Testivetoinen kehitys edistää ohjelmamoduulien keskinäistä riippumattomuutta, tuo varmuuden ohjelmakokonaisuuden toiminnasta ja toimii selkeänä dokumentaationa. Testivetoista kehitystä sovellettiin projektityön komentorajapinnan kehityksessä.

Projektin tuotoksena syntyi kolme toisistaan riippumatonta rajapintamoduulia. UART-rajapinta toteuttaa UART-viestien lähettämisen ja vastaanottamisen. GPIO-rajapinnalla pystytään hallitsemaan GPIO-portteja digitaalisina tuloina ja lähtöinä sekä asettamaan porteille keskeytyksiä. Komentorajapinta tulkitsee sille syötetyt komennot. Komennot määriteltiin vastaamaan toimeksiantajayrityksen tarpeita. Rajapinnat toteutettiin C-kielellä.

Projektityön tavoitteet täyttyivät lähes täysin. Kehitystyön aikana kohdattiin muutamia merkittäviä ongelmia, jotka venyttivät aikataulua. Ongelmat onnistuttiin selvittämään, mutta aikataulun venyttyä muutama ominaisuus jäi ajan puutteen vuoksi kehittämättä. Testivetoisen kehityksen todettiin olevan tehokas tapa ohjelmiston kehityksessä. Testivetoista kehitystä on mahdollista hyödyntää sulautettujen ohjelmistojen kehityksessä, kun tiedetään kohdelaitteiston tuomat rajoitukset.

The Sigfox network is one of the many networks developed for IoT devices. The network uses unlicensed frequencies and competes with similar technologies, such as LoRa and Weightless. The Sigfox network in Finland is operated by Connected Finland.

The goal of the thesis is to develop the necessary interfaces for a new Sigfox module. The required functionalities include UART communication and GPIO management. The goal is also to get acquainted with test-driven development, to utilize it in the development of the interfaces, and to discuss its benefits and disadvantages in embedded software development.

In this thesis, interfaces were developed for a Sigfox module based on RCP Software design. Interfaces for UART communication, GPIO functionality and commands received and sent via UART were developed. During the development work for this thesis, the basics of test driven development were studied. Test driven development is a software development method where test cases are created before the code is written. Test driven development boosts software decoupling, developer confidence and works as clear documentation for the project. Test driven development was applied to the development of the command interface.

As a result, three decoupled interface modules were created. The UART interface implements the sending and receiving of UART messages. With the GPIO interface GPIO ports can be used as digital inputs or outputs and interrupts can be assigned for the ports. The command interface interprets given commands. Commands were defined to correspond the needs of the client company. The interfaces were implemented in the C language.

The goals for the project were achieved almost completely. During the development, a few major problems were encountered which delayed the schedule. The problems were solved but some functionalities were not implemented due to lack of time. Test driven development was found to be an effective way of developing software. Test driven development can be utilized in the development of embedded software when the restrictions of target hardware are known.