Webový server na 8bitovém mikrokontroleru: Proč ne?

Mezi projekty, co jsou technicky možné, ale často zbytečné, patří ty, které nás naučí fungování internetu do detailu. Jeden vývojář se rozhodl spustit skutečný web na mikrokontroleru za cenu bonbónu.

Hardware: Skromný začátek

Hlavní hvězdou je AVR64DD32. Stojí kolem 25 korun. Podívejte se na specifikace:

• CPU: 8bitové jádro AVR na 24 MHz
• RAM: 8 kB
• Flash: 64 kB
• Napájení: 1,8–5,5 V
• Cena: Jedna koruna v tisících kusů.

Pro 8bitový čip je to dostatek prostoru. Lepší než starý Atmega328 z Arduina. Jednodušší programování, víc periferií. Chybí jen připojení k síti.

Síťový problém: Ethernet nefunguje

Ethernet vypadá lákavě. Je standardní, zdokumentovaný. Ale fyzika brzdí. 10BASE-T běží na 10 Mbit/s. S Manchester kódováním to dělá 20 Mbit/s. GPIO piny AVR zvládnou max 12 MHz. Žádná šance.

Koupit Ethernet čip? Zvyšuje cenu, složitost, čas na dodání. Tohle není cíl.

Chytrý řešení: SLIP protokol

SLIP – Serial Line Internet Protocol z éry modemů (RFC 1055). Jednoduchý jako facka. Balíčky obaluje speciálními bajty:

• Okraje 0xC0
• 0xC0 v datech nahradí 0xDB 0xDC
• 0xDB nahradí 0xDB 0xDD

Žádný složitý hardware. Stačí USB-serial adaptér na 115200 baud. Linux to vidí jako síťové rozhraní:

stty -F /dev/ttyUSB0 115200 raw cs8
slattach -m -F -L -p slip /dev/ttyUSB0

Stará technologie z 90. let. Linux ji stále podporuje. Mikrokontroler se napájí z adaptéru. Jeden kabel, hotovo.

Protokolový stack: Od nuly

Zajímavé je napíchat síťování do 8 kB RAM.

IP: Žádný problém

IP hlavička má 40 bajtů. Adresy, metadata. Fragmentace? Moderní OS ji vypínají. IPv6 ji nemá.

Řešení: Prohodit zdroj a cíl adresy, resetovat TTL, poslat zpět. MCU nemusí IP chápat. Jen zrcadlit.

TCP: Noční můra

TCP vyžaduje:

• Sledování stavů spojení
• Opakované odesílání ztracených paketů
• Zvládání výjimek (je jich tunu)
• Timeouty

Debugging trval dny. Výsledek má chyby, ale slouží stránku.

HTTP: Jednoduchý trik

Vývojář zakódoval odpověď pevně. Vždy stejný statický obsah. Jedna URL stačí. Omezení nutí k elegantním řešením.

Připojení k internetu: Chytrý tunel

MCU je na sérii připojené k dev stroji. Ten jede na VPS v Helsinkách s veřejnou IPv4.

Problém: Žádná veřejná IP pro MCU. IPv4 jsou vzácné a drahé. Serial přes internet nejde.

VPN řešení: WireGuard

WireGuard tuneluje síť. Funguje za NAT.

Nastavení:

1. Dev stroj se připojí k VPS přes WireGuard
2. VPS proxyuje /mcu/* na MCU v lokálním tunelu
3. Návštěvníci jdou na VPS IP
4. VPS to pošle dál na MCU

Stejný princip jako u streamů na Twitchi. MCU není vystavené. Skvělé.

Co jsme se naučili

Projekt je záměrně hloupý. Proto je cenný. Odhaluje základy bez abstrakcí.

Zjišťujete:

• Síť je modulární. Serial místo Ethernetu, TCP za UDP – principy stejné.
• Omezení dělají kreativitu. 8 kB RAM nutí k čistému kódu.
• Staré protokoly žijí. SLIP z 1988. Linux ho má.
• Internet je jednoduchý. Jen bajty mezi adresami.

Hlavní zpráva

U NameOcean odhalujeme základy webu. Ať stavíte na cloudu nebo experimentujete s MCU, pochopte DNS, TCP, HTTP.

Tenhle server nenahradí hosting. Ukáže, proč cloud je super. Nejlepší pochopení abstrakcí je postavit si to na $1 čipu.

Teď musíme zastavit někoho, kdo chce blog na chytrých hodinkách.

Chcete víc o síti? Mrkněte na naše průvodce DNS, TCP/IP základy a proč je domain důležitější než hardware. Na hosting (doporučujeme) máme AI řešení bez páječky.