PDF de programación - Diseño e implementación de un servidor web embebido basado en una arquitectura reconfigurable con fpgas para el control y monitoreo de periféricos

ESCUELA DE ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES



DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SERVIDOR WEB EMBEBIDO BASADO

EN UNA ARQUITECTURA RECONFIGURABLE CON FPGAS PARA EL

CONTROL Y MONITOREO DE PERIFÉRICOS.



AUTOR:

Christian Emanuel Lojan Herrera



Proyecto de Tesis previa obtención del Título de Ingeniero en

Electrónica y Telecomunicaciones



DIRECTOR:

Ing. Manuel Quiñones Cuenca.

Loja - Ecuador

Enero 2012





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I. CERTIFICACIÓN

Ing. Manuel Quiñones Cuenca.

Docente

Investigador de

la Escuela de

Ingeniería en Electrónica y

Telecomunicaciones de la Universidad Técnica Particular de Loja.



Certifica:



Que una vez concluido el trabajo de investigación con el tema “DISEÑO E

IMPLEMENTACIÓN DE UN SERVIDOR WEB EMBEBIDO BASADO EN UNA

ARQUITECTURA RECONFIGURABLE CON FPGAS PARA EL CONTROL Y

MONITOREO DE PERIFÉRICOS”, previo a la obtención del título de Ingeniero en

Electrónica y Telecomunicaciones, realizado por el señor Christian Emanuel Loján

Herrera, egresado de

la Escuela de

Ingeniería en Electrónica

y

Telecomunicaciones; haber dirigido, supervisado y asesorado en forma detenida

cada uno de los aspectos de la tesis de pregrado.



Además, en mi calidad de DIRECTOR DE TESIS y al encontrar que se han

cumplido con todos los requisitos investigativos, autorizo su presentación y

sustentación ante el tribunal que se designe para el efecto.



Atentamente



Ing. Manuel Quiñones Cuenca.

DIRECTOR DE TESIS

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II. CESIÓN DE DERECHOS.



Yo, Christian Emanuel Loján Herrera, declaro ser autor del presente trabajo y

eximo expresamente a la Universidad Técnica Particular de Loja y a sus

representantes legales de posibles reclamos o acciones legales.



Adicionalmente declaro conocer y aceptar la disposición del Art.67 del Estatuto

Orgánico de la Universidad Técnica Particular de Loja que su parte pertinente

textualmente dice: “Forman parte del patrimonio de la Universidad la propiedad

intelectual de investigadores, trabajos científicos o técnicos y tesis de grado

que se realicen a través, o con el apoyo financiero, académico o institucional

(operativo) de la Universidad”



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Christian Emanuel Loján Herrera.

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III. AUTORÍA



Las ideas, opiniones, conclusiones y contenidos expuestos en el presente informe

de investigación son de exclusiva responsabilidad de su autor.



Christian Emanuel Loján Herrera.





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IV. DEDICATORIA

A Dios, a mis; padres, hermanos, maestros y amigos.





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V. AGRADECIMIENTOS

A todas las personas que de una u otra manera me han ayudado a culminar este

proyecto de tesis. Es oportuno reconocer el esfuerzo, la paciencia y el apoyo de mi

director de tesis Ing. Manuel Quiñones y de los docentes de la Universidad Técnica

Particular de Loja.





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VI. GLOSARIO DE TÉRMINOS

ACK: Acknowledgement (Acuse de recibo).

ADC: Analog to digital convert (Conversor de señales analógicas a digitales).

ALU: Arithmetic logic unit (Unidad aritmética lógica).

API: Application programming interface (Interfaz de programación de aplicaciones).

ASIC: Application specific integrate circuit (Circuito integrado para aplicaciones

específicas).

CPLD: Complex programmable

logic device

(Dispositivo

lógico complejo

programable).

CSMA/CD: Carrier sense multiple access with collision detection (Acceso múltiple

por detección de portadora con detección de colisiones).

CSS: Cascading style sheets (Hojas de estilo en cascada).

DCE: Data communication equipment (Equipo de comunicación de datos).

DDR: Double data rate (Doble tasa de transferencia de datos).

DNS: Domain name system / service (Sistema/Servicio de nombre de dominio).

DTE: Data terminal equipment (Equipo terminal de datos).

E/S: Acrónimo de dispositivos de Entrada/Salida.

EDK: Embedded development kit (Kit de desarrollo embebido).

FPGA: Field programmble gate array

(Arreglo de compuertas

lógicas

programables).

GET: Método de acceso a recursos HTML.

HDL: Hadware description language (Lenguaje de descripción de hardware).

HTML: Hyper text markup language (Lenguaje de marcas de hipertexto).

HTTP: Hypertext transfer protocol (Protocolo de transferencia de hipertexto).

IP: Internet protocol (Protocolo de Internet).

IPC: Interprocess communication (Comunicación interproceso).

IPCORE: Intellectual property Core (Bloque de lógica programable utilizado para

conformar un sistema en un FPGA).

ISE: Integrated software environment (Ambiente integrado de software).



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LTU: LookUp tables (Tablas de consulta).

LWIP: Lighweight IP (Pila IP de bajo peso).

MAC: Media access controller (Controlador de acceso al medio).

MFS: Memory file system (Sistema de archivos en memoria).

MPMC: Multiport memory controller (Controlador multipuerto de memoria).

PCB: Protocol control block (Bloque de control de protocolo).

PLB: Processor local bus (Bus local del procesador).

POST: Método de acceso a recursos HTML.

RFC: Request for comments (Solicitud de comentarios).

RISC: Reduced instruction set computer (Computador de conjunto de instrucciones

reducidas).

SDK: Software development kit (Conjunto de software de desarrollo)

SDRAM: Synchronous dynamic random access memory (Memoria de acceso

aleatorio dinámico síncrono).

SoC: System on chip (Sistema sobre un chip).

SWE: Servidor web embebido.

TCP: Transmission control protocol (Protocolo de control de transmisión).

TFTP: Trivial file transfer protocol (Protocolo de transferencia de archivos triviales).

TTL: Time to live (Tiempo de vida).

UCF: User constraints file (Archivo de restricciones de usuario).

URL: Uniform resource locator (Localizador uniforme de recursos).

XMD: Xilinx microprocessor debugger (Depurador de microprocesador de Xilinx).

XML: Extensive markup language (Lenguaje de marcado extensible).





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VII. CONTENIDO

I. CERTIFICACIÓN ............................................................................................................... ii

II. CESIÓN DE DERECHOS. .............................................................................................. iii

III. AUTORÍA...........................................................................................................................iv

IV. DEDICATORIA ................................................................................................................. v

V. AGRADECIMIENTOS ......................................................................................................vi

VI. GLOSARIO DE TÉRMINOS ......................................................................................... vii

VII. CONTENIDO ................................................................................................................... ix

VIII. LISTA DE FIGURAS .................................................................................................... xii

IX. ÍNDICE DE TABLAS ..................................................................................................... xiii

X. RESUMEN ....................................................................................................................... xiv

XI. INTRODUCCIÓN. ........................................................................................................... xv

OBJETIVO GENERAL. ...................................................................................................... xvii

OBJETIVOS ESPECÍFICOS. ........................................................................................... xvii

1. CAPITULO I: GENERALIDADES. .................................................................................. 1

1.1. Estado del arte de los servidores web embebidos (SWEs). ................................... 1

1.2. Importancia y aplicaciones de los SWEs. .................................................................. 6

1.3. Sistemas embebidos System on Chip (SoC). ........................................................... 7

1.4. Codiseño de sistemas embebidos SoC. .................................................................... 8

1.5. Servidor web embebido (SWE). .................................................................................. 9

1.6. Protocolos de comunicación de Internet. ................................................................. 10

1.7. Aplicaciones WEB HTML. .......................................................................................... 10

1.7.1. HTML dinámico y JS (JavaScript). ........................................................................ 11

1.7.2. HTML y las hojas de estilo. ..................................................................................... 12

1.8. Nivel de sistema y partición del SWE. ...................................................................... 13

2. CAPITULO II: DESARROLLO DEL HARDWARE. .................................................... 15

2.1. Ambiente de software integrado (ISE 11.1) de Xilinx ............................................ 15

2.2. Hardware del sistema. ................................................................................................ 17

2.2.1. Módulo ADC de 8 canales. ..................................................................................... 19

2.3. Microblaze. ................................................................................................................... 20

2.3.1. Diseño de Microblaze mediante EDK 11.1. ......................................................... 2