Implementing a fan controller

Abstract

The purpose of thesis was to study and implement a fan controller which is controlled from the USB port. Data structures and possible implementation methods were studied, particularly for embedded systems.

The platform used in the thesis was Microchips AVR microcontroller, and its open source libraries. ATMega32u4 was chosen for the microcontroller. The software was created during the thesis. The software controls of the fan is based on user commands.

The LUFA was chosen for the USB control. The microcontroller receives user commands via a USB-CDC protocol, which was available through the LUFA library.

The thesis studies data structures in theory, and their suitability in embedded systems. Additionally, modern C++ is compared to the currently implemented C program. Finally, the thesis discusses the suitability of the C++ for embedded platforms in general.

Tämän opinnäytetyön tarkoituksena oli toteuttaa yleinen – sulautettuihin järjestelmiin soveltuva projekti, käyttäen helposti saatavilla olevia avoimia ohjelmakirjastoja ja osia. Työ ei ollut toimeksianto, vaan se toteutettiin itsenäisenä projektina. Opinnäytetyössä toteutettiin tuuletinohjain, jota ohjattiin USB-väylän kautta annettavilla komennoilla. Tietorakenteita ja mahdollisia toteustapoja tutkittiin erityisesti sulautettuihin järjestelmiin soveltuvalla tavalla.

Alustana käytettiin Microchipin AVR-mikrokontrolleria, ja sille tarkoitettuja avoimen lähdekoodin kirjastoja. ATMega32u4 valittiin mikrokontrolleriksi, sen sisältämien ominaisuuksien vuoksi, ja sille toteutettiin opinnäytetyön aikana ohjelma, jonka tarkoitus oli ohjata useita tuulettimia käyttäjän komentojen perusteella.

Ohjelman USB-ohjaukseen käytetään LUFA-kirjastoa, joka on AVR-alustalle tarkoitettu avoin USB-ohjelmakirjasto. Mikrokontrolleri vastaanottaa käyttäjän komennot USB-CDC-protokollan kautta, jonka toteutus oli tehty LUFAssa. Lisäksi opinnäytetyössä tehtiin USB-ohjelmakirjastojen välistä vertailua.

Opinnäytetyössä tutkittiin teoriatasolla tietorakenteita, ja niiden yleistä soveltuvuutta sulautettuihin järjestelmiin. Erityistä huomiota kiinnitettiin linkitettyjen listojen toteutukseen. Työ selvitti sulautetuissa järjestelmissä käytettäviä C- ja C++-standardeja, sekä niiden eroavaisuutta tavallisen ohjelmistokehityksen näkökulmasta. Lisäksi vertailtiin modernia C++:aa ohjelman nykyiseen, C-kieliseen toteutukseen. Lopulta tutkittiin C++:an yleistä soveltuvuutta sulautettuihin järjestelmiin. Tähän kuului esimerkiksi C++:an turvallisuutta heikentävien ominaisuuksien tutkiminen reaaliaikasysteemeissä.

C++-osuutta ei toteutettu työn aikana, vaan se perustui teoreettiseen pohdiskeluun. Käytännössä työn aikana toteutettiin ainoastaan toimiva C-kielinen ohjelma. Työn tuloksia voisi soveltaa samankaltaista C++-projektia suunniteltaessa.