Beágyazott rendszerek fejlesztése
Mark Cundle – RS Components
Az mbed egy jól ismert és költséghatékony fejlesztői platform, amely lehetővé teszi az MCU-bázisú termékek gyors prototípusgyártását, illetve az ARM-feldolgozás gyors és egyszerű bevezetését.
Az mbed-platform újdonsága: hatékony fejlesztőkártya ARM-MCU-khoz
Az mbed-termékvilág újdonságának célja, hogy megfeleljen azon fejlesztők igényeinek, akik most találkoznak először a beágyazott fejlesztőeszközökkel – a professzionális fejlesztőktől a tanulókig és hobbifejlesztőkig.
Platform
Az mbed-platformot az ARM tervezi és folyamatosan támogatja. Az alap mbed-fejlesztőkártya központjában az NXP LPC178 típusú MCU-ja áll, amely az ARM Cortex-M3 MCU-magon kívül olyan interfészeket tartalmaz, mint az Ethernet, USB, CAN, SPI és I2C. Az MCU 40-pines DIP-modulra szerelve is elérhető, a kártya mérete 54 × 26 mm, és tápellátása USB-csatlakozón keresztül is megoldható. Perifériás interfészek tekintetében a modul önmagában nem nyújt túl sokat, vagy talán inkább semmit. Alapjában véve ez egy processzor, amely USB-interfésszel csatlakoztatható a PC-hez. Az mbed felfogása szerint a fejlesztők tudatos döntésének köszönhető, hogy ez csupán egy rendszerelem, és nem egy mindent magában foglaló platform, amelyen az adott árszinten minden periféria megtalálható. A gondolatmenet a következő: rendelkezésre áll egy határtalan fejlesztési terület, azonban a felhasználó csak egy megoldásra törekszik; soha nem jön létre olyan platform, amelyen a megfelelő alkatrészek és perifériák állnak rendelkezésre. A minden elemet tartalmazó platformoknak formai korlátai is vannak. Ha egy fejlesztő akkora terméket szeretne létrehozni, mint egy hitelkártya, nehézségei adódnak a túlméretezett kártyával, amely minden szükségtelen alkotóelemet és perifériát tartalmaz. Az a döntés született tehát, hogy a legminimálisabb készlet álljon rendelkezésre, amelyhez a felhasználó csak azokat az elemeket adja hozzá, amelyek a prototípusához feltétlenül szükségesek.
Fejlesztőkártya
Ezeket a követelményeket elégíti ki az új mbed-fejlesztőkártya, amelynek méretei szinte megegyeznek egy hitelkártyáéval. A kártyát kifejezetten az LPC1768 Cortex-M3 processzorral való használatra tervezték azzal a szándékkal, hogy a lehető legtöbbféle elektronikai kísérletet és projektet tegye elvégezhetővé, de mindezt úgy, hogy szigorúan csak a kártya területét foglalja le az asztalon. Bár két 20 pólusú tűs csatlakozóval is felszerelték az mbed csatlakozókábeleihez, a kártyán az alábbi elemeket beépítetten találja a felhasználó: 128×32 képpontos grafikus LCD-kijelző-vezérlő, egy 3 tengelyes gyorsulásmérő a mozgásvezérlési alkalmazásokhoz, hőmérséklet-érzékelő, ZigBee- vagy WiFi-csatlakozó a vezetékmentes csatlakozásokhoz, Ethernet- és USB-csatlakozók, illetve hangszóró- és audio I/O-csatlakozók.
Csatlakoztathatóság
Az mbed filozófiája szerint az új kártya nyújtotta élmény a csatlakoztathatóság, amely közvetlenül megtapasztalhatóvá teszi az „Internet-of-Things” (IoT) lehetőségeit. Jelenleg mindenki az IoT-ről beszél. Ez egy általános koncepció, amelyben a fizikai tárgyak vagy eszközök – otthoni berendezések, orvosi eszközök vagy éppen világítótestek is – kommunikációs képességekkel rendelkeznek, lehetővé téve az adatok továbbítását webalapú alkalmazások segítségével. A platform beépített Ethernet- és USB-csatlakozókkal is rendelkezik, amelyek által USB Flash-meghajtókhoz vagy 3G modemhez csatlakozhat, illetve felszerelték az „xbee”
csatlakozóval, amely ZigBee-, Wi-Fi- és Bluetooth-modulokat is kiszolgálhat. A csatlakoztatási lehetőségeken felül a kártya még hőmérsékletszenzort, gyorsulásmérőt, valamint impulzsusszélesség-modulált (PWM) szervomotor-vezérlőt is tartalmaz, PWM-vezérlésű ledekkel, hangkártyával, grafikus LCD-vezérlővel, továbbá potenciométerekkel és gombokkal is felszerelték. A felhasználók által elvégezhető kísérleteknek valóban csak a képzelet szab határt. Természetesen, mint minden más kártyánál is tapasztalhatjuk, ez is csak nagyon ritkán felel meg teljes egészében egy tényleges prototípus követelményeinek, de a kártyára szerelt kétsoros csatlakozó további elemek csatlakoztatását is lehetővé teszi.
USB-modem könyvtár
A már most is elérhető, új és izgalmas mbed-alkalmazás lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy az mbed-mikrovezérlőt mobilhálózathoz csatlakoztassák egy USB 3G-modem segítségével, továbbá kihasználják az Internet-of-Things lehetőségeit. Az mbed mostanában jelentette be egy könyvtár közzétételét, amely a Vodafone USB-modemjéhez használható, és amelyet a mbed.org fejlesztői oldalról lehet letölteni (http://goo.gl/9OQlx).
A programeljárások gyűjteményét a Vodafonnal együttműködve fejlesztették ki. Az mbed-bétateszterek, illetve az új mbed-fejlesztőkártyával végzett folyamatos munka lehetővé teszi a felhasználóknak, hogy egyszerűen csak csatlakoztassák az mbed-modult és az USB-modemet, létrehozva ezzel egy teljesen működőképes fejlesztési platformot. Megjegyezzük, hogy az mbed szeretné létrehozni ugyanezt az USB-modemkönyvtárat a Sprint mobilszolgáltatóval az Egyesült Államokban is (http://goo.gl/moLgG).
Az alkalmazás kibővíti a hálózati képességeket, amelyeket maga az NXP LPC1768 is támogat. Lefedi ezzel az Ethernet-, a WiFi- és a 3G-kapcsolatokat. Az mbed ezáltal alkalmassá válik M2M-megoldások prototípusfejlesztésére, illetve használható az IoT-alkalmazásokhoz, függetlenül attól, hogy milyen internetcsatlakozás áll rendelkezésre. Az elérhető funkcionalitások között megtalálható az SMS küldés/fogadás; a TCP/IP-csatlakozó interfész; az NTP-kliens; a http-kliens; a webcsatlakozás-kliens, de támogat egyéb protokollokat is. A könyvtár ugyanazokat a hálózati architektúrákat alkalmazza, mint az mbed WiFi- és Ethernet-könyvtárak, ennek következtében az egyes átviteli típusok közötti váltás ugyanolyan egyszerű lehet, mind a programkód néhány sorának megváltoztatása. Az Internet-of-Things elemekkel kapcsolatos további ötletekért érdemes megnézni a http://goo.gl/b4ppH címen elérhető videót.
Eszközök
Végül pár szóval említsük meg az mbed-fejlesztőeszközöket is. Az mbed fejlesztői környezet talán legérdekesebb eleme az, hogy az összes eszköz felhőalapú, amely azt jelenti, hogy a felhasználók a kódokat egy online integrált fejlesztői környezetben írják (IDE), amely Windows-, Linux- vagy Mac OS X-platformokon is fut. Az mbed-fordító lehetővé teszi a fejlesztő számára, hogy a programot C++ nyelven írja, majd lefordítsa és letöltse olyan formátumban, amely az NXP LPC1768-on is fut, anélkül, hogy ehhez programot kellene telepítenie, mivel ez a fordítóprogram a „felhőben”, online érhető el. Az online program az ARM RealView-fordítómotorját használja, amely tiszta és hatékony kódokat hoz létre, és amelyeket kereskedelmi termékekben is fel lehet használni. A meglévő ARM-alkalmazáskód és az alkalmazott szoftver átvihető az mbed-mikrovezérlőre, és az mbed-eszköz más professzionális eszközökkel együtt is használható.
Az olvasó az mbed-mikrovezérlőkkel kapcsolatos támogatást megtalálja a www.mbed.org oldalon, ahol a felhasználók a saját programjaikat is tárolhatják. Az mbed-weboldalon blogokat, fórumokat, felhasználók által támogatott programkönyvtárakat és egyéb fejlesztési erőforrásokat (például C/C++SDK-t) is találhat a fejlesztő, amelyek nagyban hozzájárulhatnak a perifériák programozásához; továbbá számos egyéb könyvtárat és kódmintát is, amelyeket az mbed-közösség tett közzé.
… További olvasnivaló
Az mbed-platformmal kapcsolatos kézikönyv, illetve a Dr. Rob Toulson által az Anglia Ruskin egyetemen tartott előadások jegyzetei megtalálhatók a: http://goo.gl/C4WP4, illetve a http://goo.gl/cCqsP oldalakon.
RS Components Magyarország
Tel.: +36 1 408 8371
Fax: +36 1 408 8372
E-mail:
www.rscomponents.hu
