Nopeuta prototyyppien luontia ja koodipäivityksiä modernilla piirin sisäisellä debuggerilla

Kehittäjät kohtaavat painetta nopeuttaa tuotetoimituksia, vaikka sulautetut järjestelmät muuttuvat yhä kompleksisemmiksi. Piirin sisäiset debuggerit (ICD) ovat tällöin ratkaisevassa asemassa, sillä ne auttavat tunnistamaan ja korjaamaan viat nopeasti. Perinteiset debuggerit vievät kuitenkin paljon tilaa ja ne ovat joustamattomia ja vaikeita käyttää, joten ne eivät sovellu nykypäivän kehitysvaatimuksiin.

Kehittäjät voivat niiden sijasta valita modernin, kompaktin ratkaisun, joka tarjoaa laajennetut toiminnot ja kehittäjäystävällisemmät työkalut. Kehittäjien tulisi erityisesti pitää mielessä tuki nopealle kehitykselle ja tuotepäivityksille niin tuotekehitystiloissa kuin kentällä.

Tässä artikkelissa kuvataan lyhyesti ICD-debuggereiden roolia ja vaatimuksia. Siinä esitellään sen jälkeen Microchip Technologyn ratkaisu esimerkkinä siitä, mitä kehittäjien tulisi odottaa modernilta ICD-debuggerilta. Se sisältää myös yhteensopivia kehitystyökaluja, vinkkejä käytön aloittamiseen ja pikaohjeen ICD-debuggerin käyttöön tuotantoympäristössä.

ICD-debuggereiden edut ja haasteet

ICD-debuggeri on kohdelaitteistoon asennettu työkalu, joka muodostaa yhteyden prosessoriin. Tämä yhteys tarjoaa reaaliaikaisen pääsyn prosessoriin järjestelmän toiminnan aikana mahdollistaen sellaiset tehtävät kuten koodin suoritus askel askeleelta ja muistin seuraaminen. Piirin sisäinen ohjelmointilaite (ICP) perustuu näihin ominaisuuksiin ja mahdollistaa koodin ja datan kirjoittamisen prosessorin muistiin. Yhdessä nämä ominaisuudet ovat ratkaisevan tärkeitä sulautetulle kehitysprosessille.

Perinteiset debuggerit vaativat kuitenkin erikoistaitoja ja -kehitysympäristöjä, jotka voivat rajoittaa niiden hyödyllisyyttä. Näillä debuggereilla voi myös olla rajoituksia tuotantolaitteiden vianmäärityksessä. Ne vaativat lisäksi usein JTAG-yhteyden, jonka toteuttaminen on epäkäytännöllisiä tuotantolaitteissa kustannus- ja tilarajoitusten vuoksi. Lisäksi debuggaukseen tarvittavia erikoisohjelmistoja ja -laitteita voi olla hankala tuoda kenttäympäristöön.

Microchip Technologyn ICD/ICP PG164150 MPLAB PICkit 5 poistaa nämä rajoitteet. Sitä voidaan käyttää muun muassa älypuhelinsovelluksen kautta Bluetooth Low Energy (BLE) -yhteydellä. Teknikot voivat sen ansiosta kirjoittaa koodikuvia kenttäolosuhteissa, mikä laajentaa merkittävästi mahdollisuuksia bugikorjauksiin ja ohjelmistopäivityksiin.

MPLAB PICkit 5 -teknologian pääominaisuudet

MPLAB PICkit 5 on monipuolinen laite, joka tukee lähes kaikkia Microchip Technologyn mikrokontrollereita (MCU) ja digitaalisia signaaliohjaimia (DSC), mukaan lukien PIC-, dsPIC-, AVR- ja SAM- (Arm® Cortex®-pohjaiset) -laitteet. Kuten kuva 1 näyttää, se sisältää microSDHC-korttipaikan, jonka ansiosta työkalu voi tallentaa monia laitemuistikuvia.

Kuva 1: Yleiskatsaus MPLAB PICkit 5 -laitteeseen ja sen tärkeimpiin ominaisuuksiin. (Kuvan lähde: Microchip Technology)

MPLAB PICkit 5 liitetään isäntätietokoneeseen USB Type-C -kaapelilla, ja sille voidaan syöttää virtaa joko tämän kaapelin tai kohdelaitteen kautta. Debuggeri tarjoaa myös BLE-yhteyden, jonka ansiosta käyttäjät voivat käyttää työkalua älypuhelimella.

Debuggerin ominaisuuksiin kuuluu kohdepuolella 8-nastainen ohjelmointiliitin, joka tukee erilaisia rajapintoja. Niitä ovat 4-johtiminen JTAG, SWD (Serial Wire Debug), Ethernet, taaksepäin yhteensopiva 2-johtiminen JTAG ja piirin sisäinen sarjaohjelmointi (ICSP). Microchip Technology tarjoaa AC102015-adapterikortin (kuva 2), joka tukee kaikkia näitä rajapintoja.

Kuva 2: AC102015-adapterikortti tarjoaa monenlaisia rajapintoja. (Kuvan lähde: Microchip Technology)

Debuggeri tukee kohdelaitteen syöttöjännitteitä 1,2−5,0 V alhaisen jännitteen ohjelmatilassa ja 1,8−5,0 V korkean jännitteen ohjelmatilassa. Se voi myös syöttää kohdelaitteeseen suoraan 150 milliampeeria (mA).

Lisätoimintoihin kuuluvat Virtual Comm Port (VCOM), useat laitteistotason ja ohjelmistolliset pysäytyskohdat, sekuntikello ajastusoperaatioita varten ja mahdollisuus debugata suoraan lähdekooditiedostoja. Debuggeri käyttää 300 megahertsin (MHz) ATSAME70N2-mikrokontrolleria ja reaaliaikaista käyttöjärjestelmää (RTOS). Tämä varmistaa, ettei laiteohjelmiston latausta tarvitse odottaa vaihdettaessa laitteesta toiseen. Tämän sisäisen älykkyyden ansiosta debuggeri tukee myös uusia kohdelaitteita ja ominaisuuksia.

Tärkeimmät parannukset MPLAB PICkit 4- ja MPLAB PICkit 3 -malleihin verrattuna

MPLAB PICkit -sarja on kehittynyt jatkuvasti, ja joustavuus, nopeus ja laiteyhteensopivuus ovat parantuneet jokaisen iteraation myötä. Taulukossa 1 on yhteenveto MPLAB PICkit 5 -sarjan tärkeimmistä parannuksista edellisversioihin verrattuna.

Taulukko 1: MPLAB PICkit 5 tarjoaa monia etuja edeltäjiinsä verrattuna. (Taulukon lähde: Kenton Williston)

MPLAB PICkit 5 -sarjan tukemat kehitysympäristöt

MPLAB PICkit 5 tukee seuraavia kehitysympäristöjä:

• Integroitu kehitysympäristö (IDE) MPLAB X, joka on sulautettujen järjestelmien kehittämiseen tarkoitettu monipuolinen ohjelmistopaketti.
• Integroitu ohjelmointiympäristö (IPE) MPLAB, yksinkertaistettu sovellus, joka sisältää teknikoille tuotantotilan Microchip Technologyn prosessoreihin perustuvien tuotteiden kokoamiseksi.
• MPLAB Programmer-To-Go (PTG) -toiminnallisuus, joka sisältyy MPLAB X -kehitysympäristöön ja joka toimii myös iOS- ja Android-älypuhelinsovelluksen MPLAB X kanssa.

Kyseinen älypuhelinsovellus (kuva 3) on erityisen huomionarvoinen. Sen avulla käyttäjät voivat etäohjelmoida kohdelaitteiston suoraviivaisen prosessin kautta:

• Koodi kehitetään MPLAB X -kehitysympäristössä ja käännetään .ptg-muotoiseksi hex-tiedostoksi, joka kapseloi koodin, datan ja konfigurointitiedot.
• Hex-tiedosto ladataan MPLAB PICkit 5 -laitteeseen asennettavalle microSDHC-kortille.
• MicroSDHC-kortille voidaan tallentaa useita hex-tiedostoja, mikä tarjoaa käyttäjille joustavuutta kohdelaitteiden ohjelmoinnissa.
• MPLAB PICkit 5 kytketään kohdelaitteistoon.
• Käyttäjä valitsee älypuhelinsovelluksella muistikortille tallennetun ohjelmakuvan kohdelaitteen ohjelmointia varten.

Kuva 3: MPLAB PTG -älypuhelinsovellus tarjoaa selkeän käyttöliittymän. (Kuvan lähde: Microchip Technology)

MPLAB PTG -toiminto on erityisen hyödyllinen etä- ja mobiiliympäristöissä, joissa lisälaitteet eivät ole käytännöllisiä. Se voi ohjelmoida laitteita kentällä suoraan ilman tietokonetta. Tämä muuttaa MPLAB PICkit 5 -sarjan käytännössä itsenäiseksi ohjelmointityökaluksi.

Kehittäjien näkökulmasta tämä helpottaa laiteohjelmistojen nopeita päivityksiä paikan päällä, mikä nopeuttaa kehityssyklejä ja lyhentää markkinoilletuontiaikaa. Teknikot voivat sitten käyttää MPLAB PTG -toimintoja muiden kenttälaitteiden päivittämiseen, mikä mahdollistaa tuotepäivitysten nopean käyttöönoton. Työkalu on arvokas myös hätätilanteissa, joissa nopea uudelleenohjelmointi on välttämätöntä laitteen toiminnan palauttamiseksi.

Miten aloittaa MPLAB PICkit 5 -sarjan käyttö

MPLAB PICkit 5 -sarjan käyttäminen MPLAB X -kehitysympäristöllä (IDE) on prosessi, jonka pitäisi olla tuttu kaikille sulautettujen järjestelmien kehittäjille. Perusvaiheet ovat seuraavat:

• Asennus: Asenna MPLAB X -kehitysympäristön uusin versio. MPLAB PICkit 5 -sarja ei yleensä vaadi omia laiteajureita, mutta kehittäjien on hyvä tarkistaa Microchip Technologyn verkkosivuilta uusimmat tiedot.
• Projektiasetukset: PICkit 5 voidaan valita laitteistotyökaluksi ohjelmointia ja debuggausta varten uutta projektia luotaessa. Tämä valinta tehdään projektin ominaisuuksissa luokassa ”Hardware Tool” (Laitteistotason työkalu).
• Ohjelmointi: Kun projekti on konfiguroitu ja koodi on valmis, mikrokontrolleri voidaan ohjelmoida aktivoimalla ”Make and Program Device” (Luo ja ohjelmoi laite) -painike.

Integroitu ohjelmointiympäristö (IPE) MPLAB tarjoaa suoraviivaisemman prosessin tuotantoympäristössä työskenteleville teknikoille. Tämän työkalun käytön keskeiset vaiheet ovat seuraavat:

• Konfigurointi: Käytettävissä olevista työkaluista on valittava MPLAB PICkit 5. Tämän jälkeen on valittava kohdelaite (MCU-malli) ja haluttu ohjelmoitava hex-tiedosto.
• Ohjelmointi: Kun laite ja hex-tiedosto on valittu, mikrokontrolleri voidaan ohjelmoida painamalla ”Program” (Ohjelmoi) -painiketta. MPLAB IPE tyhjentää tarvittaessa kohdelaitteen, ohjelmoi sen ja tarkistaa ohjelmoinnin.

Kummassakin ympäristössä käyttäjät kohtaavat todennäköisesti teknisiä ongelmia. Nämä ongelmat johtuvat usein yksinkertaisista asioista, jotka voidaan ratkaista seuraavasti:

• Varmista ettei yhteyksissä ole ongelmia: Kehittäjän tulisi tarkistaa isäntälaitteen ja kohdelaitteen väliset yhteydet. Jos käytetään ICSP-liitäntää, liittimen suuntaukseen on kiinnitettävä huomiota.
• Tarkista virta-asetukset: Virta-asetukset tulisi tarkistaa. MPLAB PICkit 5 voi syöttää virtaa suoraan joihinkin laitteisiin, kun taas toiset saattavat vaatia ulkoista virtaa.
• Päivitä laiteohjelmisto: Microchip Technology julkaisee säännöllisesti MPLAB PICkit 5 -sarjan laiteohjelmistopäivityksiä. Kehittäjien tulisi varmistaa, että he ovat asentaneet uusimman version.

MPLAB PICkit 5 -sarjan kanssa yhteensopivat kehityssarjat

MPLAB PICkit 5 on yhteensopiva erilaisten oppimiseen, prototyyppien luontiin ja sovellusten kehittämiseen suunniteltujen kehityssarjojen kanssa. Esimerkiksi Curiosity Low Pin Count (LPC) -kehitysalustat, kuten DM164137, jotka tukevat 8, 14 tai 20 nastaa, on suunniteltu PIC-mikrokontrollereiden testaamista varten. Näihin kehitysalustoihin on usein integroitu ohjelmointilaite ja debuggeri, mutta ulkoinen työkalu, kuten MPLAB PICkit 5, voi tarjota lisäominaisuuksia. Kehittäjien tulisi tarkistaa, voidaanko sisäinen ohjelmointilaite kytkeä pois päältä jumpperilla.

Xpress-arviointialustat, kuten DM164140, ovat toinen esimerkki. Nämä arviointialustat on suunniteltu prototyyppien nopeaan luontiin tiettyjen PIC-mikrokontrollereiden kanssa. Niissä on sisäänrakennettu ohjelmointilaite ja debuggeri, mutta kehittäjät voivat käyttää MPLAB PICkit 5 -sarjaa yhdenmukaisuuden säilyttämiseksi projektien välillä tai tämän debuggerin erityisominaisuuksien takia.

Microchip Technology tarjoaa myös aloituspaketteja, kuten PIC32MX XLP -arviointialustan DM320105, jotka sisältävät tarvittavat laitteet ja ohjelmistot tuotekehityksen nopeaan aloittamiseen. MPLAB PICkit 5 on hyödyllinen näiden sarjojen käyttämien mikrokontrollereiden ohjelmointiin ja debuggaukseen tarjoten saumattoman kokemuksen.

Yhteenveto

Modernit ICD-debuggerit voivat auttaa kehittäjiä nopeuttamaan kehityssyklejä ja tekemään tuotepäivityksiä kentällä. MPLAB PICkit tukee laajempaa valikoimaa kohdelaitteita, yhteysvaihtoehtoja ja ohjelmistotyökaluja edellisiin debuggereihin verrattuna, mikä tekee siitä erittäin joustavan ja hyödyllisen. MPLAB PICkit 5 -sarjan älypuhelinsovellus on erityisen huomionarvoinen, sillä se mahdollistaa tämän tuotteen käytön ympäristöissä, joissa on vaikea käyttää perinteisiä debuggereita.