Feasibility study of 8-bit microcontroller applications for Ethernet

Abstract

Feasibility study of 8-bit microcontroller applications for Ethernet is presented. Designed device is based on ATmega32 microcontroller and 10 Mbps Ethernet controller ENC28J60. Device is simulated as mass queuing theoretical model with ticket booking counter. Practical explorations are accomplished and characteristics are determined. Practical results are compared to theoretical ones. Program code and device packet processing speed optimization are discussed. Microcontroller packet processing speed and packet latency depend on packet size. For ICMP protocol packet processing speed varies 1.4–2.1 Mbps, latency – 0.8–8.4 ms. UDP protocol packet processing speed varies 1.3–1.8 Mbps, latency – 1.1–9.6 ms. Packet processing speed depends on compilation settings and program code compression level. Best results are reached on optimization le­vel ‑O3, then speed increased ~3% but program code size increased 68% comparing to –Os optimization level.

Article in Lithuanian.

Aštuonių skilčių mikrovaldiklių panaudojimo galimybių tyrimas Ethernet tinklo įrenginiuose

Santrauka. Išnagrinėtos aštuonių skilčių mikrovaldiklių panaudojimo galimybės 10 Mbps Ethernet tinklo įrenginiuose. Suprojektuotas ir eksperimentiškai ištirtas įrenginys, kuris sudarytas iš aštuonių skilčių mikrovaldiklio ATmega32 ir 10 Mbps Ethernet valdiklio ENC28J60. Nustatytos įrenginio duomenų apdorojimo spartos priklausomybės nuo paketų dydžio, protokolo, programos kodo kompiliavimo režimo. Įrenginio darbas modeliuotas kaip vieno kanalo masinio aptarnavimo sistema su apribota eile. Gauti eksperimentinio tyrimo rezultatai palyginti su modeliavimo rezultatais. Atlikti mikrovaldiklio programos kodo optimizavimo tyrimai. Parodyta, kad mikrovaldiklio duomenų paketų apdorojimo sparta priklauso nuo paketų dydžio. Paketų dydžiui kintant nuo 64 B iki 1514 B, gauti tokie maksimalios paketų apdorojimo spartos rezultatai: ICMP protokolo paketus mikrovaldiklis apdoroja 1,4–2,1 Mbps sparta, UDP protokolo paketus mikrovaldiklis apdoroja 1,3–1,8 Mbps sparta. Paketų vėlinimas taip pat priklauso nuo paketų dydžio. Paketų dydžiui kintant nuo 64 B iki 1514 B, gauti tokie maksimalios paketų apdorojimo spartos rezultatai: ICMP protokolo paketų vėlinimas kinta 0,8–8,4 ms, UDP protokolo paketų vėlinimas kinta 1,1–9,6 ms. Priklausomai nuo parinkto kompiliatoriaus režimo galima padidinti įrenginio veikimo spartą. Geriausi rezultatai palyginus su –Os optimizavimo lygiu gauti parinkus –O3 optimizavimo lygį, įrenginio greitaveika padidėjo ~5–6 %, vėlinimas sumažėjo ~3 %, tačiau programos kodo dydis padidėjo 68 %.

Raktiniai žodžiai: Ethernet; mikrovaldiklis; vienkanalė masinio aptarnavimo sistema; kompiliatorius; paketų apdorojimo sparta.

Keyword : Ethernet, microcontroller, mass queuing theory model, compilation, packet processing speed, optimization