Urychlení prototypování a aktualizací kódu pomocí moderního obvodového debuggeru

Vývojáři čelí tlaku na urychlení dodávky produktů i za situace, kdy se zvyšuje složitost vestavěných systémů. Zásadní roli zde hrají obvodové debuggery (ICD), které pomáhají rychle identifikovat a opravovat chyby. Tradiční debuggery jsou však objemné, neflexibilní a obtížně použitelné, a pro současné vývojové požadavky tedy nevhodné.

Vývojáři si místo toho mohou vybrat moderní řešení, které je kompaktní, má rozšířenou funkčnost a obsahuje více vývojářských sad nástrojů. Zejména by měli hledat podporu pro rychlý vývoj a aktualizace produktů v laboratoři i v provozu.

Tento článek stručně popisuje požadavky na obvodové debuggery a jejich úlohu. Poté představí řešení od společnosti Microchip Technology jako příklad toho, co by vývojáři měli v moderním obvodovém debuggeru hledat. Dále jsou zde popsány kompatibilní vývojové nástroje, tipy pro začátek a rychlý průvodce používáním ICD debuggerů ve výrobním prostředí.

Výhody a problematika ICD debuggerů

ICD debugger je nástroj, který se připojuje k procesoru nainstalovanému v cílovém hardwaru. Takové propojení poskytuje přístup k procesoru v reálném čase během provozu systému, což umožňuje provádění úkolů, jako je krokové spouštění a kontrola paměti. Obvodový programátor (ICP) tyto schopnosti využívá umožněním zápisu kódu a dat do paměti procesoru. Společně jsou tyto funkce kriticky důležité pro vývoj vestavěných zařízení.

Tradiční debuggery však vyžadují specializované schopnosti a vývojová prostředí, která mohou omezit jejich použitelnost. Tyto debuggery mohou také vykazovat omezení při odstraňování problémů s výrobním hardwarem a často vyžadují připojení podle standardu JTAG, jehož implementace na výrobní hardware je vzhledem k nákladům a prostorovým omezením nepraktická. Dále platí, že specializovaný software a hardware potřebný pro ladění může být obtížně přenositelný do provozních prostředí.

Tato omezení překonává debugger MPLAB PICkit 5 ICD/ICP PG164150 od společnosti Microchip Technology. Kromě jiných funkcí jej lze používat prostřednictvím aplikace pro chytré telefony s připojením Bluetooth Low Energy (BLE). Toto řešení umožňuje technikům implementaci kódových obrazů v provozu, což značně rozšiřuje možnosti oprav chyb a aktualizací softwaru.

Klíčové vlastnosti debuggeru MPLAB PICkit 5

Debugger MPLAB PICkit 5 je všestranné zařízení podporující takřka všechny mikrokontrolérové jednotky (MCU) od společnosti Microchip Technology a digitální signálové kontroléry (DSC) včetně obvodů PIC, dsPIC, AVR, a SAM (s jádrem Arm® Cortex®). Jak je znázorněno na obrázku 1, debugger obsahuje slot pro paměťovou kartu microSDHC, na kterou může nástroj ukládat více snímků paměti zařízení.

Obrázek 1: Na obrázku je znázorněn debugger MPLAB PICkit 5 se zvýrazněním jeho klíčových vlastností. (Zdroj obrázku: Microchip Technology)

Debugger MPLAB PICkit 5, který se připojuje k hostitelskému zařízení pomocí kabelu USB Type-C, lze napájet přes tento kabel nebo z cílového zařízení. Debugger obsahuje také konektivitu BLE, pomocí které k němu mohou uživatelé přistupovat z chytrého telefonu.

Debugger je cílové straně opatřen 8pinovým programovacím konektorem, který podporuje různá rozhraní. Patří mezi ně 4vodičový konektor JTAG, sériové ladicí rozhraní Serial Wire Debug (SWD), Ethernet, zpětně kompatibilní 2vodičový konektor JTAG a rozhraní In-Circuit Serial Programming (ICSP™). Společnost Microchip Technology nabízí adaptérovou desku AC102015 (obrázek 2), která všechna tato rozhraní podporuje.

Obrázek 2: Adaptérová deska AC102015 podporuje širokou škálu rozhraní. (Zdroj obrázku: Microchip Technology)

Debugger podporuje cílové napájecí napětí v rozsahu 1,2 V až 5,0 V pro vstup do nízkonapěťového programového režimu a 1,8 V až 5,0 V pro vstup do vysokonapěťového programového režimu. Je též schopen dodávat proud až 150 mA přímo do cílového zařízení.

Jeho další funkce zahrnují virtuální komunikační port (VCOM), více bodů hardwarového a softwarového přerušení, stopky pro operace časování a možnost přímého ladění souborů zdrojového kódu. Srdcem debuggeru je 300MHz mikrokontrolér (MCU) ATSAME70N2 s operačním systémem v reálném čase (RTOS), který zajišťuje, aby během přepínání mezi zařízeními nedocházelo ke zpoždění stahování firmwaru. Tato integrovaná inteligence také umožňuje debuggeru podporovat nová cílová zařízení a funkce.

Klíčová vylepšení v porovnání s debuggery MPLAB PICkit 4 a MPLAB PICkit 3

Debuggery řady MPLAB PICkit se neustále vyvíjely a každá iterace přinesla vylepšení flexibility, rychlosti a kompatibility zařízení. V tabulce 1 je uveden souhrn kritických aktualizací debuggeru MPLAB PICkit 5 v porovnání s jeho předchůdci.

Tabulka 1: Debugger MPLAB PICkit 5 nabízí mnoho výhod oproti svým předchůdcům. (Zdroj tabulky: Kenton Williston)

Vývojová prostředí podporovaná debuggerem MPLAB PICkit 5

Debugger MPLAB PICkit 5 podporuje různá vývojová prostředí včetně následujících:

• Integrované vývojové prostředí (IDE) MPLAB X - plně vybavená softwarová sada pro vývoj vestavěných systémů.
• Integrované programovací prostředí MPLAB (IPE) - zjednodušená aplikace zahrnující produkční režim pro techniky vyvíjející produkty založené na procesorech Microchip Technology.
• Funkce MPLAB Programmer-To-Go (PTG), která je součástí prostředí MPLAB X a spolupracuje s aplikací MPLAB X pro chytré telefony se systémem iOS nebo Android.

Zvláště důležitá je aplikace pro chytré telefony (obrázek 3); která uživatelům umožňuje dálkové programování cílového hardwaru pomocí jednoduchého procesu:

• Kód je vyvinut v prostředí MPLAB X a zkompilován do hexadecimálního souboru .ptg , který obsahuje zapouzdřený kód, data a konfigurační informace.
• Hexadecimální soubor se stahuje na kartu microSDHC vloženou do debuggeru MPLAB PICkit 5.
• Na kartu microSDHC lze uložit více hexadecimálních souborů, což uživatelům poskytuje flexibilitu při programování cílových zařízení.
• Deugger MPLAB PICkit 5 se zapojí do cílového hardwaru.
• Pokud chce uživatel naprogramovat cílové zařízení, vybere pomocí aplikace pro chytré telefony programový obraz uložený na paměťové kartě.

Obrázek 3: aplikace pro chytré telefony MPLAB PTG nabízí jednoduché rozhraní. (Zdroj obrázku: Microchip Technology)

Aplikace MPLAB PTG je výhodná zejména ve vzdálených nebo mobilních prostředích, kde je další vybavení nepraktické. Je schopná naprogramovat zařízení přímo v místě provozu bez použití počítače, čímž debugger MPLAB PICkit 5 efektivně přeměňuje na samostatný programovací nástroj.

Vývojářům toto řešení usnadňuje rychlou aktualizaci firmwaru na místě, urychluje vývojové cykly a zkracuje dobu uvedení na trh. Technici pak mohou aplikaci MPLAB PTG využívat k aktualizaci dalších zařízení v místě provozu, což umožňuje rychlé zavádění produktových upgradů. Tento nástroj je také cenný pro nouzové scénáře, kde obnovení funkčnosti zařízení vyžaduje rychlé přeprogramování.

Začínáme s debuggerem MPLAB PICkit 5

Používání debuggeru MPLAB PICkit 5 v prostředí MPLAB X IDE je proces, který by měl znát každý vývojář vestavěných aplikací. Základní kroky jsou následující:

• Instalace: je nutné, aby byla nainstalována nejnovější verze prostředí MPLAB X IDE. Ačkoli je debugger MPLAB PICkit 5 obvykle podporován bez dalších ovladačů, vývojáři by měli vyhledat nejnovější informace na webových stránkách společnosti Microchip Technology.
• Nastavení projektu: debugger PICkit 5 lze vybrat jako hardwarový nástroj na programování a ladění při vytváření nového projektu. Tento výběr se provádí ve vlastnostech projektu v kategorii „Hardwarový nástroj“.
• Programování: Jakmile je projekt nakonfigurován a kód připraven, jednotku MCU lze naprogramovat pomocí tlačítka „Make and Program Device“.

Pro techniky ve výrobním prostředí nabízí systém MPLAB IPE přímočařejší proces. Klíčové kroky k použití tohoto nástroje jsou následující:

• Konfigurace: z dostupných nástrojů musí být vybrán debugger MPLAB PICkit 5. Poté je třeba vybrat cílové zařízení (model jednotky MCU) a hexadecimální soubor určený k programování.
• Programování: po zvolení zařízení a hexadecimálního souboru lze jednotku MCU naprogramovat stisknutím tlačítka „Program“. Systém MPLAB IPE v případě potřeby cílové zařízení vymaže, naprogramuje a naprogramování ověří.

V obou prostředích se uživatelé pravděpodobně setkají s technickými problémy. Tyto problémy jsou často způsobeny jednoduchými chybami, které lze odstranit podle následujícího postupu:

• Zajistěte správná připojení: vývojář by měl zkontrolovat připojení k hostitelskému a cílovému zařízení. Pokud používáte rozhraní ICSP, je nutné věnovat pozornost orientaci konektoru.
• Zkontrolujte nastavení napájení: je nutné ověřit nastavení napájení. Některá zařízení mohou být napájena přímo z debuggeru MPLAB PICkit 5, zatímco jiná mohou vyžadovat externí napájení.
• Aktualizace firmwaru: společnost Microchip Technology pravidelně vydává aktualizace firmwaru pro debugger MPLAB PICkit 5. Vývojáři by se měli ujistit, zda je nainstalována nejnovější verze.

Vývojové soupravy kompatibilní s debuggerem MPLAB PICkit 5

Debugger MPLAB PICkit 5 je kompatibilní s různými vývojovými soupravami navrženými pro učení, prototypování a vývoj aplikací. Například vývojové desky s nízkým počtem pinů na platformě Curiosity zahrnující model DM164137, které podporují 8, 14 nebo 20 pinů, jsou navrženy pro experimentování s jednotkami PIC MCU. Ačkoli desky často obsahují integrovaný programátor a debugger, externí nástroj, například model MPLAB PICkit 5, je schopen nabídnout další funkce. Vývojáři by měli zkontrolovat, zda lze integrovaný programátor odpojit pomocí propojky.

Dalším příkladem jsou vyhodnocovací desky Xpres, jako model DM164140 pro mikrokontrolér PIC16F18855. Tyto desky jsou navrženy pro rychlé prototypování se specifickými jednotkami PIC MCU. Dodávají se s vestavěným programátorem a debuggerem, vývojáři však mohou použít model MPLAB PICkit 5 pro dosažení konzistence napříč projekty nebo pro funkce specifické pro tento debugger.

Společnost Microchip Technology také nabízí startovací sady, jakou je např. vyhodnocovací deska DM320105 PIC32MX XLP poskytující hardware a software nezbytný pro rychlé zahájení vývoje. K programování a ladění mikrokontrolérů (MCU) obsažených v těchto soupravách se jako vhodný ukázal debugger MPLAB PICkit 5 nabízející bezproblémové zkušenosti.

Závěr

Moderní obvodové debuggery (ICD) mohou vývojářům pomoci urychlovat cykly a zavádět aktualizace produktů v místě provozu. Debugger MPLAB PICkit 5 podporuje širší škálu cílových zařízení, možností připojení a softwarových nástrojů, než jeho předchůdci, což mu dává vysoký stupeň flexibility a praktičnosti. Zvlášť významná je aplikace debuggeru MPLAB PICkit 5 pro chytré telefony, neboť umožňuje jeho využití v prostředích, která jsou obtížně přístupná s tradičními debuggery.