A prototípuskészítés és a kódfrissítés felgyorsítása egy korszerű áramkörbe ágyazott hibakeresővel

A fejlesztők a beágyazott rendszerek összetettebbé válása mellett is kénytelenek felgyorsítani a termékek leszállítását. Itt döntő szerepet játszanak az áramkörbe ágyazott hibakeresők (ICD, in-circuit debugger), amelyek segítik a hibák gyors azonosítását és kijavítását. A hagyományos hibakeresők azonban terjedelmesek, rugalmatlanok és nehezen kezelhetőek, így nem felelnek meg a mai fejlesztési követelményeknek.

A fejlesztők ehelyett választhatnak olyan korszerű megoldást, amely kis méretű, több funkciója van, és fejlesztőbarát eszközkészlet tartozik hozzá. A fejlesztőknek különösen a laboratóriumban és a helyszínen végzett gyors fejlesztéshez és a termékfrissítésekhez kell támogatást keresniük.

Ez a cikk röviden ismerteti az áramkörbe ágyazott hibakeresők szerepét és a rájuk vonatkozó követelményeket. Ezután a Microchip Technology egyik megoldását mutatjuk be példaként arra, hogy a fejlesztőknek mit kell keresniük egy korszerű áramkörbe ágyazott hibakeresőben. Az eszközhöz tartoznak ezenkívül kompatibilis fejlesztőeszközök, tanácsok a kezdéshez, valamint egy gyors útmutató az áramkörbe ágyazott hibakereső gyártási környezetben való használatához.

Az áramkörbe ágyazott hibakeresők előnyei és a velük kapcsolatos nehézségek

Az áramkörbe ágyazott hibakereső egy olyan eszköz, amely a célhardverbe épített processzorhoz van csatlakoztatva. Ez a kapcsolat valós idejű hozzáférést ad a processzorhoz a rendszer működése közben, lehetővé téve olyan feladatokat, mint a lépésenkénti végrehajtás és a memória ellenőrzése. Az áramkörbe ágyazott programozóeszköz (ICP, in-circuit programmer) ezekre a képességekre épít, lehetővé téve a kód és az adatok processzormemóriába írását. Ezek a funkciók együtt nélkülözhetetlenek a beágyazott fejlesztési folyamat szempontjából.

A hagyományos hibakeresők azonban speciális készségeket és fejlesztőkörnyezetet igényelnek, ami korlátozhatja a hasznosságukat. Ezeknek a hibakeresőknek a gyártás során használt hardverek hibaelhárításakor is lehetnek korlátaik, és gyakran olyan JTAG-kapcsolatokat igényelnek, amelyeket a gyártás során használt hardverekben a költségkorlátok és a helyszűke miatt észszerűtlen megvalósítani. Ráadásul a hibakereséshez szükséges speciális szoftvereket és hardvereket nehézkes lehet a helyi környezetbe eljuttatni.

A Microchip Technology PG164150 MPLAB PICkit 5 áramkörbe ágyazott hibakereső és programozóeszköz (ICD/ICP) legyőzi ezeket a korlátokat. Egyik jellemzője, hogy BLE- (Bluetooth Low Energy, kis fogyasztású Bluetooth) kapcsolattal rendelkező okostelefonos alkalmazáson keresztül használható. Ez lehetővé teszi a technikusok számára, hogy kódképeket telepítsenek a helyszínen, jelentősen kibővítve a hibajavítási és szoftverfrissítési lehetőségeket.

Az MPLAB PICkit 5 legfontosabb jellemzői

Az MPLAB PICkit 5 egy sokoldalú eszköz, amely támogatja a Microchip Technology szinte valamennyi mikrovezérlőjét (MCU, microcontroller unit) és digitális jelvezérlőjét (DSC, digital signal controller), köztük az (ARM® Cortex®-alapú) PIC, dsPIC, AVR és SAM eszközöket. Amint az 1. ábrán látható, tartalmaz egy microSDHC-kártyahelyet, amely lehetővé teszi, hogy az eszköz több eszközmemória-képet tároljon.

1. ábra: Az ábrán az MPLAB PICkit 5 négy alapnézete képe látható, kiemelve az eszköz legfontosabb jellemzőit (kép: Microchip Technology)

Az MPLAB PICkit 5 egy USB-C kábelen keresztül csatlakozik a gazdagéphez, és az áramellátás vagy ezen a kábelen keresztül, vagy a céleszközről történhet. A hibakereső BLE-kapcsolatra is alkalmas, amely lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy okostelefonról is hozzáférjenek az eszközhöz.

A hibakereső a céleszköz felőli oldalán egy 8 érintkezős programozócsatlakozó aljzattal van ellátva, amelyhez különböző illesztőfelületek csatlakozói csatlakoztathatók. Ezek közé tartozik a 4 vezetékes JTAG, az SWD (Serial Wire Debug, soros vezetékes hibakereső), az Ethernet, a visszafelé kompatibilis 2 vezetékes JTAG és az ICSP (in-circuit serial programming, áramkörbe ágyazott soros programozóeszköz). A Microchip Technology kínálatában szerepel az AC102015 adapterkártya (2. ábra), amely az összes ilyen illesztőfelület csatlakozójának csatlakoztatására lehetőséget ad.

2. ábra: Az AC102015 adapterkártya sokféle illesztőfelület csatlakozójának csatlakoztatására ad lehetőséget (kép: Microchip Technology)

A hibakereső a kisfeszültségű programozási módba való belépéshez 1,2 V-tól 5,0 V-ig terjedő céltápfeszültséget, míg a nagyfeszültségű programozási módba való belépéshez 1,8 V-tól 5,0 V-ig terjedő feszültséget támogat. A célkészüléket 150 mA erősségű árammal is képes közvetlenül ellátni.

A további funkciók közé tartozik a virtuális kommunikációs port (VCOM), több hardveres és szoftveres töréspont, stopperóra az időzítési műveletekhez, valamint a forráskódfájlok közvetlen hibakeresésének lehetősége. A hibakereső egy 300 MHz-es ATSAME70N2 mikrovezérlővel működik, amelyen egy valós idejű operációs rendszer (RTOS, real-time operating system) fut, így az eszközök közötti váltáskor nem szenved késedelmet a firmware letöltése. Ez a beépített intelligencia lehetővé teszi a hibakereső számára új céleszközök és funkciók támogatását is.

A legfontosabb fejlesztések az MPLAB PICkit 4 és az MPLAB PICkit 3 rendszerekhez képest

Az MPLAB PICkit sorozat folyamatosan fejlődött, minden egyes újabb változattal javítva a rugalmasságot és az eszközkompatibilitást, és növelve a sebességet. Az 1. táblázat összefoglalja az MPLAB PICkit 5 legfontosabb frissítéseit az elődeihez képest.

1. táblázat: Az MPLAB PICkit 5 számos előnyt kínál az elődeihez képest (táblázat: Kenton Williston)

Az MPLAB PICkit 5 által támogatott fejlesztőkörnyezetek

Az MPLAB PICkit 5 a következő fejlesztőkörnyezeteket támogatja:

• Az MPLAB X IDE (integrated development environment, beépített fejlesztőkörnyezet) egy teljes körű szoftvercsomag beágyazott rendszerek fejlesztéséhez.
• Az MPLAB IPE (integrated programming environment, beépített programozási környezet) egy egyszerűsített alkalmazás, amely tartalmaz egy gyártáshoz használható üzemmódot a Microchip Technology processzorain alapuló termékeket építő szakemberek számára.
• Az MPLAB PTG (Programmer-To-Go, út közbeni programozó) funkció az MPLAB X részét képezi, és iOS és Android rendszeren is használható az MPLAB X okostelefonos alkalmazással.

Az okostelefonos alkalmazás (3. ábra) különösen figyelemre méltó, mert lehetővé teszi a felhasználók számára a célhardver távprogramozását egy egyszerű folyamat segítségével:

• A kód fejlesztése az MPLAB X segítségével történik, és a kész kód egy .ptg hexadecimális fájlba lesz lefordítva, amely kódot, adatokat és beállítási adatokat tartalmaz.
• A hexadecimális fájlt az MPLAB PICkit 5 készülékbe helyezett microSDHC-kártyára kell letölteni.
• A microSDHC-kártya több hexadecimális fájlt is képes tárolni, így a felhasználók rugalmasan programozhatják a céleszközöket.
• Az MPLAB PICkit 5 a célhardverhez van csatlakoztatva.
• A céleszköz programozásához a felhasználó az okostelefonos alkalmazás segítségével kiválaszt egy mentett programképet a memóriakártyáról.

3. ábra: Az MPLAB PTG okostelefonos alkalmazás egyszerű kezelőfelületet kínál (kép: Microchip Technology)

Az MPLAB PTG különösen hasznos távoli helyszíneken vagy mozgás közben, amikor a kiegészítő berendezések használata nem praktikus. Segítségével az eszközöket közvetlenül a helyszínen, számítógép nélkül lehet programozni, így az MPLAB PICkit 5 gyakorlatilag önálló programozóeszközzé válik.

A fejlesztők számára ez megkönnyíti a gyors helyszíni firmware-frissítéseket, felgyorsítja a fejlesztési ciklusokat, és lerövidíti a piacra kerülési időt. A technikusok ezután az MPLAB PTG alkalmazást használhatják más helyszíni eszközök frissítésére, lehetővé téve a termékfrissítések gyors bevezetését. Az eszköz olyan vészhelyzetekben is nagyon hasznos, amikor a készülék működőképességének helyreállításához gyors átprogramozásra van szükség.

Ismerkedés az MPLAB PICkit 5 használatával

Az MPLAB PICkit 5-nek az MPLAB X IDE-vel való használata olyan folyamat, amely minden beágyazott alkalmazásokat készítő fejlesztő számára ismerős lehet. Az alapvető lépések a következők:

• Telepítés: Az MPLAB X IDE legújabb verzióját kell telepíteni. Az MPLAB PICkit 5 használatához általában nem kellenek további illesztőprogramok, de a fejlesztőknek érdemes a Microchip Technology webhelyén tájékozódni a legfrissebb információkról.
• A projekt beállítása: A PICkit 5 választható programozásra és hibakeresésre szolgáló hardvereszközként, amikor új projektet hoz létre. Ez a kiválasztás a projekt tulajdonságlapján a Hardware Tool (Hardvereszköz) kategóriában történik.
• Programozás: A projekt beállítása és a kód elkészítése után a mikrovezérlő programozása a Make and Program Device (Elkészítés és az eszköz programozása) gombot megnyomva végezhető el.

Az MPLAB IPE egyszerűbb eljárást kínál a gyártási környezetben dolgozó technikusok számára. Az eszköz használatának legfontosabb lépései a következők:

• Beállítás: A választható eszközök közül az MPLAB PICkit 5-öt kell kiválasztani. Ezután meg kell adni a céleszközt (mikrovezérlő-típus) és a programozáshoz használni kívánt hexadecimális fájlt.
• Programozás: Az eszköz és a hexadecimális fájl kiválasztása után a mikrovezérlő a Program gombot megnyomva programozható. Ha szükséges, az MPLAB IPE törli a céleszköz memóriáját, beprogramozza a céleszközt, és ellenőrzi a programozást.

A felhasználók valószínűleg mindkét környezetben találkoznak technikai nehézségekkel. Ezeket gyakran egyszerű problémák okozzák, amelyek a következőképpen kezelhetőek:

• Gondoskodjon a megfelelő csatlakozásokról: A fejlesztőnek ellenőriznie kell a gazdagéphez és a céleszközhöz való csatlakozásokat. ICSP-csatlakozó használata esetén ügyelni kell annak tájolására.
• Ellenőrizze az áramellátási beállításokat: Az áramellátási beállításokat ellenőrizni kell. Egyes eszközök közvetlenül az MPLAB PICkit 5-ről táplálhatóak, míg másoknak külső áramellátásra lehet szükségük.
• A firmware frissítése: A Microchip Technology rendszeresen ad ki firmware-frissítéseket az MPLAB PICkit 5-höz. A fejlesztőknek kell gondoskodniuk arról, hogy a legújabb verzió legyen telepítve.

Az MPLAB PICkit 5-tel kompatibilis fejlesztőkészletek

Az MPLAB PICkit 5 többféle, tanulásra, prototípusok készítésére és alkalmazások fejlesztésére tervezett fejlesztőkészlettel kompatibilis. A 8, 14 vagy 20 érintkezős Curiosity LPC (Low Pin Count, kevés érintkezőjű) fejlesztőkártyákat, amilyen például a DM164137, a PIC mikrovezérlőkkel való kísérletezéshez tervezték. Ezek a kártyák gyakran tartalmaznak beépített programozóeszközt és hibakeresőt, de egy külső eszköz, amilyen az MPLAB PICkit 5 is, további funkciókat kínálhat. A fejlesztőknek ellenőrizniük kell, hogy a kártyán lévő programozóeszköz lekapcsolható-e egy például egy átkötéssel.

Az Xpress Evaluation Board fejlesztőkártyák, amilyen például a PIC16F18855-höz készült DM164140, egy másik példa erre. Ezeket a kártyákat egyedi PIC mikrovezérlőkkel történő gyors prototípuskészítésre tervezték. Beépített programozóeszközzel és hibakeresővel vannak ellátva, de a fejlesztők az MPLAB PICkit 5-öt használhatják a projektek közötti egységesség érdekében, vagy az erre a hibakeresőre jellemző funkciók miatt.

A Microchip Technology olyan indulókészleteket is kínál, mint például a DM320105 PIC32MX XLP fejlesztőkártya, amely a fejlesztés gyors megkezdéséhez szükséges hardvert és szoftvert is tartalmazza. Az MPLAB PICkit 5 az ezekben a készletekben található mikrovezérlők programozására és hibakeresésére lehet hasznos, problémamentes munkát kínálva.

Összegzés

A korszerű áramkörbe ágyazott hibakeresők segíthetnek a fejlesztőknek felgyorsítani a fejlesztési ciklusokat, és a helyszínen végrehajtani a termékfrissítéseket. Az MPLAB PICkit 5 a céleszközök, csatlakozási lehetőségek és szoftvereszközök szélesebb körét támogatja, mint a korábbi hibakeresők, ami nagyfokú rugalmasságot és használhatóságot kínál. Az okostelefonos alkalmazás különösen figyelemre méltó, mivel lehetővé teszi az MPLAB PICkit 5 használatát olyan helyeken, amelyekhez a hagyományos hibakeresőkkel nehéz hozzáférni.