La liaison radio (Peripherals.Radio)¶

Un module radio est un appareil série côté microcontrôleur (mêmes broches, même pont électrique) et un nœud d'un fil d'antenne côté radio. Entre les deux, un moteur C sans Python ni thread fait passer les octets par deux files horodatées. Le signal modulé est calculé en Modelica, pour être tracé seulement.

1. Les classes¶

2. Le moteur C¶

Resources/Include/RadioModemImpl.c inclut uartcore.c (le moteur bit/octet du microcontrôleur et des appareils série, garde d'inclusion) puis radiomodem/radiomodem_core.h et radiomodem/radiomodem_engine.c. Chaque modem porte :

• deux UartEngine : ser côté microcontrôleur, au format choisi (baudrate, dataBits, parity, stopBits) ; air côté radio, en 8N1 au débit radio ;
• deux files horodatées up (UART vers air) et down (air vers UART), de capacité paramétrée (4096 octets au plus). Chaque octet porte l'instant à partir duquel il peut repartir : fin de sa réception + txDelay (ou rxDelay). File pleine = octet perdu ;
• un identifiant 1, 2, 3… attribué dans l'ordre de construction (compteur statique du chapeau, une simulation = un process), 48 modules au plus.

Les files internes des UartEngine ne servent jamais de tampon : on n'y pousse un octet que quand l'émetteur concerné est libre, et on le lance aussitôt (uartcore_tx_kick). La taille de tampon vue par l'utilisateur est donc exactement celle des files up/down.

Ordre des opérations dans RadioModem_sync, idempotent au même instant comme tous nos points de synchro (chaque étape est pilotée par une échéance ou consomme ce qu'elle traite) :

1. ser : clore la trame rendue au microcontrôleur arrivée à échéance ;
2. ser : décoder RX ; octets reçus → up (ou perdus, avertissement) ; un octet en erreur de parité ou de trame est gardé, comme par les appareils série ;
3. air : clore la trame émise arrivée à échéance ;
4. air : si l'émetteur est libre et la tête de up prête, lancer sa trame ; en semi-duplex, cela coupe la trame en cours de réception (comptée perdue) ;
5. air : décoder le niveau entendu. Il est forcé au repos pendant notre émission en semi-duplex et pendant un brouillage. Le début d'un brouillage abandonne la trame en cours et compte une trame perdue, même si elle n'avait pas commencé : deux émetteurs partis au même instant ne laissent rien voir au décodeur. Une trame en erreur (stop bas) est jetée ; sinon → down (ou perdue) ;
6. ser : si l'émetteur est libre et la tête de down prête, lancer l'octet vers le microcontrôleur ;
7. publier ; nextWakeTime = min des échéances des deux UartEngine et des têtes de file dont l'émetteur est libre (sinon c'est la fin de la trame en cours qui réveille).

Le destructeur écrit un bilan d'une ligne (ModelicaFormatMessage), que la suite de vérification relit. Les avertissements sont plafonnés à 10 par module.

Côté Modelica, le when affecte des variables protégées (carrierOnC, txFillC, nSentC…, et jam pour la collision), qui portent les start/fixed nécessaires à pre(). Les sorties publiques (carrierOn, txFill, nSent…, collision) en sont des copies sans valeur de départ : OMEdit range toute variable publique déclarée avec un start dans un groupe « Initialization » du dialogue, alors que ces valeurs sont réécrites par le moteur dès t = 0. Publiques, elles restent dans le fichier de résultats et animent l'icône.

3. Le fil d'antenne : une moyenne sur les émetteurs¶

L'exigence est un seul fil apparent entre deux modules. Un connecteur causal (une sortie et une entrée) en demanderait deux, et une entrée non branchée laisserait le modèle sous-déterminé. Interfaces.Antenna est donc acausal : six paires potentiel/flux, s, bit, f, modulation, id, idSq. Chaque module écrit, pour chaque paire :

g = if txOn then 1 else EPS;          // EPS = 1e-9
antenna.iS = g*(antenna.s - sTx);     // idem pour bit, f, modulation, id, id^2

La loi des nœuds (somme des flux nulle) donne x = Σ g·x_k / Σ g : la moyenne des valeurs des modules qui émettent (les autres pèsent 1e-9). Avec un émetteur, c'est sa valeur, à 1e-9 près ; avec aucun, 0 ; un module seul, antenne débranchée, impose sa propre valeur (flux nul) et émet dans le vide.

Ce que le récepteur en déduit :

Le test de variance est relatif (1e-6) : il ne dépend pas de l'échelle des identifiants. Avec des identifiants 1 à 48, deux émetteurs simultanés donnent une variance relative d'au moins 1e-4. Une première version utilisait des puissances de 2 (une moyenne de puissances distinctes n'en est jamais une), mais l'erreur due aux poids de 1e-9 grandit avec l'identifiant et finissait par dépasser l'écart à détecter.

Les relations sont sous noEvent : ces grandeurs ne sautent qu'aux événements (elles dérivent de variables discrètes), donc aucune fonction de franchissement n'est utile entre deux événements. Les booléens qui en sortent (airLevelIn, collision) sont réévalués à chaque itération d'événement, et leur change() déclenche le when du récepteur au même instant.

4. Ruptures de boucle¶

Ce que le when publie (porteuse, bit, identifiant) n'entre dans le fil qu'à travers pre() : txOn = pre(carrierOn), txBit = pre(airTxLevel), myId = pre(airId). Sans cela, l'entrée du when d'un module (le niveau entendu) dépend de ses propres sorties et de celles de l'autre module au même instant : boucle algébrique entre équations discrètes. omc l'a refusée (« non-linear equations within when-equations »). C'est la même coupure que celle des sorties du MCU entre deux cartes câblées. Le décalage d'une itération d'événement se fait au même instant simulé, comme pour une broche.

RIn, ajoutée à PartialUartPins à cette occasion : Examples.Radio.Modulations branche quatre entrées RX sur la même broche TX. Leurs CIn se retrouvaient en parallèle, fusionnées par omc en une variable alias à quatre valeurs initiales fixées (avertissement « alias variables with redundant start »). Même remède que pour les périphériques I2C ; RIn·CIn = 10 ns, invisible.

5. Le signal tracé¶

sTx est algébrique et ne coûte rien au solveur :

• OOK : sin(2π·fDisplay·t) pour un 1, 0 pour un 0 ;
• ASK : même porteuse, amplitude 1 ou askLowAmplitude ;
• BPSK : même porteuse, signe selon le bit ;
• FSK : phase continue sans état continu. À chaque changement de bit (when change(txBit) or change(txOn)), phi0 cumule la phase parcourue depuis le changement précédent ; entre deux, sin(phi0 + 2π·f(bit)·(t - tRef)).

La contrepartie : sTx n'existe dans le fichier de résultats qu'aux points de sortie. D'où fDisplay, porteuse mise à l'échelle (4 × débit radio), distincte de fCarrier, qui ne sert qu'à l'accord, et les intervalles de sortie des exemples : 10 µs pour Examples.Radio.Modulations (4800 Hz), 2 µs pour Examples.Radio.Link (38,4 kHz ; FSK à 28,8 et 48 kHz, une dizaine de points par période). sRx rend le signal de l'autre émetteur, tel que vu depuis ce module.

Avertissement d'échantillonnage (warnSampling, 2026-10-07). Le constructeur RadioModem_new reçoit drawnFMax (fDisplay, plus deltaFDisplay en FSK) et compare l'intervalle de sortie à 1/(10 × drawnFMax) ; au-delà, une ligne ModelicaFormatWarning par module donne le nombre de points par période et l'intervalle à choisir. Modelica ne donne pas l'intervalle de sortie à un modèle : Resources/Include/simoutput.c (sim_output_interval, garde d'inclusion, inclus par le chapeau RadioModemImpl.c) le relit comme le simulateur généré par omc, la ligne de commande d'abord (-override=...,stepSize=... ou numberOfIntervals avec startTime/stopTime, -overrideFile), puis l'élément DefaultExperiment de <exe>_init.xml (-f, sinon dossier -inputPath ou celui de l'exécutable, puis dossier courant). Introuvable : -1, rien n'est signalé. Seul le modem avertit : les autres courbes de la bibliothèque sont faites d'événements (sorties numériques, trames, PWM par mod()), écrits dans le fichier de résultats quel que soit l'intervalle. Les valeurs typiques (débit, fDisplay, deltaFDisplay, askLowAmplitude) sont tabulées dans le guide, page « Liaison radio » ; le schéma de la boîte de paramètres (Resources/Images/radio_drawn_signal.png, attribut groupImage) est produit par python docs/figures/make_figures.py radio-trace.

6. Coût¶

Examples.Radio.Link (deux MCU, deux modules, 0,25 s, 42 octets dans chaque sens de l'air) : 2,8 s de simulation sur une copie hors OneDrive (OpenModelica 1.27.1) avec une sortie toutes les 100 µs (celle de verify_51) ; avec l'intervalle de 2 µs de l'annotation experiment (125 000 points), environ 18 s et un fichier de résultats de 150 Mo (300 Mo à 1 µs, pour une courbe à peine plus lisse). Le signal tracé ne coûte rien au solveur ; ce sont les points de sortie qui coûtent : chaque point arrête l'intégrateur et écrit toutes les variables du modèle. Radio.Modulations (huit modules, 40 ms, sortie toutes les 10 µs) : 1 s. Les événements ajoutés par un module sont ceux de ses deux liaisons série (un par changement de niveau, un réveil par octet reçu) ; le fil d'antenne n'en crée aucun en propre.

7. Pour aller plus loin¶

Démodulation filtrée (le récepteur lirait antenna.s au lieu de antenna.bit, la chaîne de filtres alimentant le même décodeur), enveloppe complexe, canal (distance, atténuation, bruit, taux d'erreur), écoute avant d'émettre, paquets : TODO de requirements.md, entrées « Liaison radio ».

8. Vérification¶

verify_51 (liaison PING/PONG par deux RadioModem, instant de la première porteuse, bilans sans perte), verify_52 (tampon plein : octets reçus et perdus calculés à la main), verify_53 (forme des quatre modulations sur deux bits, par une seule lecture du fichier de résultats), verify_54 (désaccord de fréquence, de débit radio, diffusion vers deux récepteurs, collision ; modèles déclarés dans le script par loadString), verify_71 (avertissement d'échantillonnage : intervalle lu dans _init.xml, puis dans -override par stepSize et par numberOfIntervals).