``` ************************************************************************************************************************************************************ * * * ██╗ ████████╗ ███████╗ * * ██║ ██████ ╚══██╔══╝ ██████ ██╔════╝ Internet of Things Operating System * * ██║ ██ ██╗ ██║ ██ ██╗ ███████╗ Micro OS pour Arduino UNO R4 Minima * * ██║ ██ ██║ ██║ ██ ██║ ██║ Ethernet Shield 2 -- W5500 * * ██║ ██████╔╝ ██║ ██████╔╝ ███████║ * * ╚═╝ ╚════╝ ╚═╝ ╚════╝ ╚══════╝ v1.2 -- Biechy Jean-Marc -- 2026 * * * ************************************************************************************************************************************************************ * Auteur : Jean-Marc Biechy Contact : radiobiechy@gmail.com * * Site : http://iotos.dsmynas.org/ * * Licence : GNU LGPL v2.1 https://www.gnu.org/licenses/old-licenses/lgpl-2.1.html * * Context : Institution Saint-Jean -- Ecole d'Electronique Informatique et Reseau -- 68000 Colmar France * ************************************************************************************************************************************************************ ************************************************************************************************************************************************************ * 1. DESCRIPTION GENERALE * ************************************************************************************************************************************************************ * * * IoToS est un micro-systeme d'exploitation embarque destine a l'Arduino UNO R4 Minima. * * Il transforme un Arduino en serveur reseau autonome offrant : * * - un shell en ligne de commande (CLI) accessible en Serial et Telnet * * - un serveur WEB HTTP/AJAX avec pages stockees sur carte Micro SD * * - un serveur FTP pour acceder a la carte Micro SD depuis un PC * * - une synchronisation d'horloge Internet (NTP) * * - des outils reseau : Ping ICMP complet, Traceroute, Netstat * * - un Datalogger CSV horodate sur Micro SD * * - une gestion de la configuration reseau persistante en EEPROM interne * * * * La librairie IoToS est un firmware clef-en-main : l'utilisateur n'edite * * qu'un seul fichier (IoToS_User.h) pour personnaliser son application. * * * ************************************************************************************************************************************************************ ************************************************************************************************************************************************************ * 2. PLATEFORME MATERIELLE * ************************************************************************************************************************************************************ * * * Carte : Arduino UNO Rev 4 Minima * * CPU : Renesas RA4M1 / ARM Cortex-M4 @ 48 MHz * * RAM : 32 KB SRAM (13820 octets utilises soit 42 %) * * Flash : 256 KB (142980 octets utilises soit 54 %) * * Reseau : Ethernet Shield 2 -- puce W5500 -- port SPI D10 (CS) * * Stockage : Micro SD Card FAT32 MSDOS noms longs -- port SPI D4 (CS) * * EEPROM : EEPROM interne (sauvegarde configuration reseau) * * Afficheur opt.: LCD TFT I2C 128x64 GM12864-59N VER2.0 ST7567S -- U8g2 * * * * Connexions principales : * * D2 / D3 : Boutons (+) et (-) (Grove) * * D4 : CS Micro SD Card * * D5 : Module LED externe (Grove) * * D8 : Bouton OK (Grove) * * D10 : CS Ethernet W5500 * * D13 : LED_BUILTIN (allumee quand le serveur WEB demarre OK) * * * ************************************************************************************************************************************************************ ************************************************************************************************************************************************************ * 3. ENVIRONNEMENT DE DEVELOPPEMENT * ************************************************************************************************************************************************************ * * * IDE : Arduino IDE 2.3.7 (IDE 1.x.x : Bug Ethernet IP Fixe -- ne pas utiliser) * * Type de carte: Outils --> Type de carte --> Arduino UNO R4 Minima * * Partition SD : FAT32 -- Systeme MSDOS -- Noms de fichiers longs actives * * Librairie : Ethernet@2.0.2 -- Ethernet (Arduino UNO R4 Minima) 1.5.3 * * Librairies a copier dans : \Mes Documents\Arduino\libraries\ (1er niveau -- pas de sous-dossier) * * * * Double appui rapide sur RESET --> active le bootloader pour televersement * * * ************************************************************************************************************************************************************ ************************************************************************************************************************************************************ * 4. ARCHITECTURE DE LA LIBRAIRIE IoToS * ************************************************************************************************************************************************************ * * * Structure des fichiers : * * * * sketch_Arduino_IoToS.ino Point d'entree utilisateur (setup / loop) * * IoToS_User.h FICHIER UTILISATEUR : configuration, commandes, routes WEB * * * * libraries\IoToS\ Librairie systeme (ne pas modifier) * * IoToS_Firmware.h Declarations globales, types, includes ordonnes * * IoToS_Boot_Driver.h Initialisation complete au demarrage (setup) * * IoToS_Kernel.h Boucle principale (loop) : orchestration des services * * App_ServeurWEB.h Moteur HTTP AJAX avec routeur par table (Flask-inspired) * * Driver_Ethernet_Reseau.h Initialisation Ethernet IP Fixe ou DHCP + NTP * * Shell_CmdLine_SD.h Shell CLI systeme : commandes et fonctions * * Utils_Common.h Utilitaires communs : OK/FAILED/INIT, Datalogger, PrintMAC * * CmdLine.h / CmdLine.cpp Librairie interpreteur CLI multi-canaux v24 * * CmdLineKey.h Detection automatique de la plateforme cible * * * * Ordre d'inclusion obligatoire dans IoToS_Firmware.h : * * * * 1 Utils_Common.h Utilitaires communs * * 2 Shell_CmdLine_SD.h Shell CLI systeme * * 3 App_ServeurWEB.h Serveur WEB + routeur HTTP * * 4 Driver_Ethernet_Reseau.h Init Ethernet + NTP * * 5 IoToS_Boot_Driver.h Setup complet * * 6 IoToS_Kernel.h Loop complet * * * ************************************************************************************************************************************************************ ************************************************************************************************************************************************************ * 5. MODULES FONCTIONNELS * ************************************************************************************************************************************************************ * * * ┌───────────┬──────────────────────────────────────────────────────────────┬──────────────────────────────────────────────────────────────┐ * * │ Module │ Description │ Details │ * * ├───────────┼──────────────────────────────────────────────────────────────┼──────────────────────────────────────────────────────────────┤ * * │ [CLI] │ Shell ligne de commande interactif │ TAB : Autocompletion │ * * │ │ Serial / Telnet / Bluetooth (ESP32) │ Fleches Haut/Bas : Historique des commandes │ * * │ │ Analogie Mini MS-DOS │ Login / Password sur Serial et Telnet │ * * │ │ 3 canaux independants simultanement │ Commandes : dir rename del type copie │ * * ├───────────┼──────────────────────────────────────────────────────────────┼──────────────────────────────────────────────────────────────┤ * * │ [WEB] │ Serveur HTTP AJAX (port 80) │ Authentification Login/Password Base64 ON/OFF │ * * │ │ Architecture routeur par table (Flask-inspired) │ Configuration IP Ethernet par page WEB │ * * │ │ Pages htm/html/css stockees sur Micro SD Card │ Reponse XML aux requetes AJAX │ * * │ │ Commande LED Arduino par boutons CSS │ Fallback automatique : tout fichier sur SD est servi │ * * ├───────────┼──────────────────────────────────────────────────────────────┼──────────────────────────────────────────────────────────────┤ * * │ [FTP] │ Serveur FTP (port 21) │ Acces Micro SD Card depuis FileZilla ou tout client FTP │ * * │ │ Login / Password configurable │ Transfert fichiers datalogger et pages WEB │ * * ├───────────┼──────────────────────────────────────────────────────────────┼──────────────────────────────────────────────────────────────┤ * * │ [NET] │ Config reseau : ip, subnet, gateway, mac, dhcp │ Outils reseau : Ping ICMP complet -- Traceroute │ * * │ │ IP Fixe ou DHCP avec bascule automatique │ Netstat -- Test validite adresse IP / masque │ * * │ │ Port WEB configurable (defaut 80) │ Test connexion Internet (DNS Google) │ * * ├───────────┼──────────────────────────────────────────────────────────────┼──────────────────────────────────────────────────────────────┤ * * │ [NTP] │ Horloge synchronisee Internet │ Format JJ/MM/AAAA HH:MM:SS │ * * │ │ Backend EthernetUDP pour W5500 │ Gestion UTC+1 / UTC+2 (heure France) │ * * │ │ Jour de la semaine en francais │ Horodatage du Datalogger et des evenements │ * * ├───────────┼──────────────────────────────────────────────────────────────┼──────────────────────────────────────────────────────────────┤ * * │ [SD] │ Gestion Micro SD Card FAT32 │ Carte SD sur Ethernet Shield V2 port SPI CS D4 │ * * │ │ Librairie SdFat v2.3.1 │ Fonctions : dir, del, rename, type, copie │ * * │ │ Stockage pages WEB + fichier Datalogger │ Acces depuis CLI, WEB et FTP │ * * ├───────────┼──────────────────────────────────────────────────────────────┼──────────────────────────────────────────────────────────────┤ * * │ [LOG] │ Datalogger au format Excel CSV sur Micro SD │ Horodatage NTP -- Etat LED -- Evenements │ * * │ │ Fichier : datalogger.csv │ En-tete CSV : Date ; Heure ; Etat LED │ * * ├───────────┼──────────────────────────────────────────────────────────────┼──────────────────────────────────────────────────────────────┤ * * │ [EEP] │ Sauvegarde configuration systeme en EEPROM interne │ Commandes : save -- reload -- defaults │ * * │ │ Parametres reseau persists apres redemarrage │ Reset + chargement EEPROM automatique │ * * └───────────┴──────────────────────────────────────────────────────────────┴──────────────────────────────────────────────────────────────┘ * * * ************************************************************************************************************************************************************ ************************************************************************************************************************************************************ * 6. COMMANDES SHELL DISPONIBLES (CLI Serial et Telnet) * ************************************************************************************************************************************************************ * * * ┌──────────────────────────┬────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ * * │ Commande │ Description │ * * ├──────────────────────────┼────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤ * * │ help │ Affiche la liste des commandes disponibles │ * * │ print │ Affiche la configuration reseau complete │ * * │ reset │ Redemarrage de l'Arduino │ * * │ mem │ Affiche la memoire libre (RAM disponible) │ * * │ save │ Sauvegarde la configuration en EEPROM │ * * │ reload │ Recharge la configuration depuis l'EEPROM │ * * │ defaults │ Reinitialise la configuration par defaut │ * * ├──────────────────────────┼────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤ * * │ ip │ Definit l'adresse IP fixe │ * * │ gateway │ Definit la passerelle │ * * │ msr │ Definit le masque de sous-reseau │ * * │ mac │ Definit l'adresse MAC │ * * │ dhcp │ Active / desactive le mode DHCP │ * * ├──────────────────────────┼────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤ * * │ ping │ Test ICMP complet vers une cible │ * * │ tracert │ Traceroute TTL 1-30 vers une cible │ * * │ netstat │ Affiche l'etat des connexions reseau │ * * ├──────────────────────────┼────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤ * * │ dir │ Liste les fichiers de la Micro SD Card │ * * │ del │ Supprime un fichier │ * * │ rename │ Renomme un fichier │ * * │ type │ Affiche le contenu d'un fichier texte │ * * │ copie │ Copie un fichier │ * * ├──────────────────────────┼────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤ * * │ led on / led off │ Commande la LED externe D5 et enregistre dans le Datalogger │ * * │ login │ Authentification pour acceder au CLI (si login active) │ * * │ cli on / cli off │ Active / desactive l'echo local (MobaXterm : cli off) │ * * └──────────────────────────┴────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘ * * * ************************************************************************************************************************************************************ ************************************************************************************************************************************************************ * 7. SERVEUR WEB : ROUTEUR HTTP PAR TABLE * ************************************************************************************************************************************************************ * * * Architecture a trois couches (Flask-inspired) : * * * * Requete HTTP cliente * * | * * v * * [ user_routes[] ] Prioritaire -- defini dans IoToS_User.h par le developpeur * * | si non trouve * * v * * [ iotos_routes[] ] Systeme IoToS : ajax_outputs, ajax_inputs, favicon... * * | si non trouve * * v * * [ Handler_SD_File ] Fallback : sert tout fichier present sur la Micro SD Card * * * * Routes systeme integrees : * * * * ┌──────────────────────┬─────────────┬────────────────────────────────────────────────────┐ * * │ URL / mot-cle │ Methode │ Fonction │ * * ├──────────────────────┼─────────────┼────────────────────────────────────────────────────┤ * * │ ajax_outputs │ GET │ Reception config IP depuis ConfIP.html --> EEPROM │ * * │ ajax_inputs?led │ GET │ Polling etat LED depuis index.html --> XML │ * * │ ajax_inputs │ GET │ Envoi config IP complete vers ConfIP.html │ * * │ favicon.ico │ ANY │ Reponse 404 pour favicon.ico │ * * │ (vide) │ ANY │ Fallback SD : sert tout fichier sur la SD │ * * └──────────────────────┴─────────────┴────────────────────────────────────────────────────┘ * * * * Correspondance URL <--> fichiers Micro SD Card : * * * * ┌────────────────────────┬─────────────────────────────┬───────────────────────────────┐ * * │ URL navigateur │ Fichier SD │ Content-Type │ * * ├────────────────────────┼─────────────────────────────┼───────────────────────────────┤ * * │ http://192.168.0.10/ │ index.html (page princ.) │ text/html │ * * │ .../ConfIP.html │ ConfIP.html (config IP) │ text/html │ * * │ .../style.css │ style.css │ text/css │ * * │ .../script.js │ script.js │ application/javascript │ * * │ .../data.xml │ data.xml │ text/xml │ * * │ .../MonFichier.xxx │ MonFichier.xxx │ application/octet-stream │ * * │ .../absent.html │ (absent de la SD) │ HTTP 404 Not Found │ * * └────────────────────────┴─────────────────────────────┴───────────────────────────────┘ * * * ************************************************************************************************************************************************************ ************************************************************************************************************************************************************ * 8. PERSONNALISATION UTILISATEUR : IoToS_User.h * ************************************************************************************************************************************************************ * * * C'est le SEUL fichier que l'utilisateur doit modifier. * * * * Ce fichier contient : * * * * 8.1 Configuration reseau par defaut (default_conf) * * IP, masque, passerelle, MAC, port WEB, login WEB/FTP, Datalogger... * * * * 8.2 Commandes CLI utilisateur (user_commands[]) * * Meme syntaxe que les commandes systeme. * * Ajout sans modifier Shell_CmdLine_SD.h * * Exemple : * * void MaCommande(const char *arg) { cmdLine.println("Hello"); } * * const cmd_t user_commands[] = { {"macommande", MaCommande}, }; * * * * 8.3 Routes WEB utilisateur (user_routes[]) * * Prioritaires sur les routes systeme IoToS. * * 3 etapes : declaration, route, handler. * * Exemple : * * void Handler_Mon_Capteur(EthernetClient &client) { * * client.println(F("HTTP/1.1 200 OK")); * * client.println(F("Content-Type: text/xml")); * * client.println(F("Connection: close")); * * client.println(); * * client.print(F("22.5")); * * } * * const route_t user_routes[] = { * * { "/api/capteur", HTTP_GET, Handler_Mon_Capteur }, * * }; * * * * 8.4 Banner de demarrage personnalisee (InfoVersion) * * Texte affiche au boot sur Serial et Telnet. * * * ************************************************************************************************************************************************************ ************************************************************************************************************************************************************ * 9. LIBRAIRIES TIERCES INTEGREES * ************************************************************************************************************************************************************ * * * ┌──────────────────────┬─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ * * │ Librairie │ Auteur / Source │ Role │ * * ├──────────────────────┼───────────────────────────────────────────────┼─────────────────────────────────────────────────────────────────────┤ * * │ CmdLine v24 │ IndustrialShields -- modif. Biechy │ CLI multi-canaux Serial/Telnet/Bluetooth │ * * │ SdFat v2.3.1 │ Bill Greiman │ Gestion Micro SD Card FAT16/32/exFAT │ * * │ SimpleFTPServer │ Renzo Mischianti -- modif. Biechy │ Serveur FTP sur W5500 │ * * │ NTPClient2 │ Fabrice Weinberg -- modif. Biechy │ Horloge Internet NTP format francais │ * * │ EthernetICMP │ Blake Foster -- modif. Biechy │ Ping ICMP + Traceroute TTL sur W5500 │ * * │ U8g2 v2.35.30 │ Oliver Kraus │ Afficheur LCD TFT I2C ST7567S 128x64 │ * * │ MemoryFree │ Sudar Muthu │ Affichage RAM libre │ * * │ Ethernet@2.0.2 │ Arduino SA │ Pile reseau W5500 │ * * └──────────────────────┴───────────────────────────────────────────────┴─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘ * * * * Attention : certaines librairies ont ete modifiees par Jean-Marc Biechy * * pour la compatibilite ARM Cortex-M4 (Renesas RA4M1). * * Rechercher les versions : cmdLineTelnet_SD -- NTPClient2 -- EthernetICMP modif. * * * ************************************************************************************************************************************************************ ************************************************************************************************************************************************************ * 10. DEMARRAGE (BOOT) ET BOUCLE (KERNEL) * ************************************************************************************************************************************************************ * * * Sequence de demarrage IoToS_Boot() : * * * * [1] PORT I/O LED_BUILTIN, D5, D2, D3, D8 * * [2] Serial 115200 Attente max 2 s -- affichage banner InfoVersion * * [3] EEPROM Chargement configuration reseau persistante * * [4] SPI Init bus SPI partage W5500 (D10) et SD (D4) * * [5] Micro SD Card Montage FAT32 -- detection erreur * * [6] Ethernet IP Fixe ou DHCP -- test validite -- test WAN * * [7] Telnet Serveur port 23 * * [8] FTP Serveur port 21 (si SD ok) * * [9] WEB Serveur port 80 (configurable) * * [10] CmdLine Init CLI systeme + CLI utilisateur (addCommands) * * * * Boucle principale IoToS_Kernel() : * * * * [1] CmdLine.update() Traitement entrees Serial * * [2] CmdLine.updateNetwork() Traitement entrees Telnet * * [3] ServeurWEB() Si WEB actif : traitement requetes HTTP * * [4] FTP.handleFTP() Si FTP actif : traitement sessions FTP * * [5] Telnet Banner Banner premiere connexion Telnet * * [6] Serial Banner Banner premiere connexion Serial * * * ************************************************************************************************************************************************************ ************************************************************************************************************************************************************ * 11. CONFIGURATION RESEAU PAR DEFAUT * ************************************************************************************************************************************************************ * * * IP fixe : 192.168.0.10 * * Masque : 255.255.255.0 * * Passerelle : 192.168.0.254 * * MAC : DE:AD:BE:EF:FE:B1 (a modifier si plusieurs Arduino sur le reseau) * * Port WEB : 80 * * Login WEB : user:pass (base64 : dXNlcjpwYXNz) --> Encoder sur base64encode.org * * Login FTP : arduino / arduino * * Login CLI : changerLeMotDePasse (login desactive par defaut) * * DHCP : desactive (IP fixe) * * Datalogger : desactive (activer dans IoToS_User.h) * * * ************************************************************************************************************************************************************ ************************************************************************************************************************************************************ * 12. CONTEXTE PEDAGOGIQUE * ************************************************************************************************************************************************************ * * * IoToS est utilise comme support pedagogique a l'Institution Saint-Jean de Colmar * * pour l'enseignement des reseaux embarques et des protocoles Internet : * * * * - Protocoles : HTTP, FTP, Telnet, NTP, ICMP * * - Programmation systeme sur microcontroleur ARM Cortex-M4 * * - Architecture logicielle : librairie, routeur, machine d'etat * * - Reseaux embarques : IP fixe, DHCP, DNS, WAN * * * * Site du projet : http://iotos.dsmynas.org/ * * Version actuelle: IoToS v1.2 -- 2026 * * * ************************************************************************************************************************************************************ ```