האצת יצירת אב-טיפוס ועדכוני קוד עם מנפה-באגים מודרני בתוך-המעגל

המפתחים עומדים בפני לחץ לזרז את אספקת המוצרים, גם כאשר מערכות משובצות הופכות ליותר ויותר מורכבות. כאן מנפי-באגים בתוך-המעגל (ICD‏) ממלאים תפקיד חיוני, ועוזרים לזהות ולתקן באגים במהירות. עם זאת, מנפי-באגים מסורתיים הם מגושמים, לא גמישים וקשים לשימוש, מה שהופך אותם ללא מתאימים עבור דרישות הפיתוח של היום.

המפתחים יכולים במקום זאת לבחור פתרון מודרני שהוא קומפקטי, בעל פונקציונליות מורחבת וכולל ערכות כלים ידידותיות יותר למפתחים. במיוחד, עליהם לחפש תמיכה עבור פיתוח מהיר ועדכוני מוצרים במעבדה ובשטח.

מאמר זה מתאר בקצרה את התפקיד והדרישות של ICDs. לאחר מכן הוא מציג פתרון של Microchip Technology‏ כדוגמה למה שהמפתחים צריכים לחפש ב-ICD מודרני. כלולים גם כלי פיתוח תואמים, טיפים לתחילת העבודה ומדריך מהיר לשימוש ב-ICD‏ בסביבות ייצור.

יתרונות ואתגרים של ICDs

ICD הוא כלי המתחבר למעבד המותקן בתוך חומרת המטרה. חיבור זה מספק גישה בזמן-אמת למעבד כאשר המערכת פועלת, ומאפשר משימות כמו ביצוע-שלב-אחר שלב ובדיקת זיכרון. מתכנת בתוך-המעגל (ICP) מתבסס על יכולות אלו על ידי מתן אפשרות לכתוב קוד ונתונים בזיכרון המעבד. ביחד, מאפיינים אלו הם קריטיים לתהליך הפיתוח המשובץ.

עם זאת, מנפי-באגים מסורתיים דורשים כישורים מיוחדים וסביבות פיתוח היכולות להגביל את השימוש בהם. למנפי-באגים אלה עשויות להיות גם מגבלות בעת פתרון בעיות בחומרת ייצור, ולעתים קרובות הם דורשים חיבורי JTAG שאינם מעשיים למימוש על חומרת ייצור עקב אילוצי עלויות ומקום. בנוסף, התוכנה והחומרה המיוחדים הדרושים עבור איתור באגים עשויים להיות מסורבלות לשימוש בשטח.

ה-MPLAB PICkit 5 ICD/ICP‏ PG164150‏ של Microchip Technology מתגבר על אילוצים אלה. בין יתר המאפיינים, ניתן להשתמש בו דרך אפליקציית סמארטפון עם חיבוריות Bluetooth Low Energy‏ (BLE‏). זה מאפשר לטכנאים לפרוס תמונות קוד בשטח, מה שמרחיב במידה ניכרת את האפשרויות לתיקוני באגים ועדכוני תוכנה.

המאפיינים העיקריים של PICkit 5‏ MPLAB‏

ה-MPLAB PICkit 5 הוא התקן ורסאטילי התומך כמעט בכל יחידות המיקרו-בקר (MCU‏) ובקרי אותות דיגיטליים (DSC‏) של Microchip Technology‏, כולל התקני PIC‏, dsPIC‏, AVR‏ ו-SAM‏ (מבוססי ®Arm® Cortex‏). כפי שמוצג באיור 1, הוא משלב חריץ לכרטיס microSDHC המאפשר לכלי לאחסן מספר תמונות זיכרון של ההתקן.

איור 1: מוצגת סקירה כללית של MPLAB PICkit 5 המדגישה את התכונות העיקריות שלו. (מקור התמונה: Microchip Technology)

ה-MPLAB PICkit 5 מתחבר למארח באמצעות כבל USB Type-C וניתן להזין אותו באמצעות כבל זה או באמצעות המטרה. מנפה-הבאגים כולל גם חיבוריות BLE, המאפשרת למשתמשים לגשת לכלי מסמארטפון.

מנפה-הבאגים כולל מחבר תכנות 8 פינים בצד המטרה התומך בממשקים שונים. אלה כוללים JTAG‏ 4-חוטים, Serial Wire Debug‏ (SWD‏), Ethernet‏, JTAG‏ 2-חוטים תואם-אחורנית, ותכנות טורי בתוך-המעגל (ICSP‏). Microchip Technology‏ מציעה את לוח מתאם AC102015‏ (איור 2‏) התומך בכל הממשקים האלו.

איור 2: לוח מתאם AC102015 מתאים עבור מגוון רחב של ממשקים. (מקור התמונה: Microchip Technology)

מנפה-הבאגים תומך במתחי הספקת-כוח במטרה מ-V‏ 1.2‏ עד V‏ 5.0‏ עבור כניסת אופן תוכנית במתח נמוך, ומ-V‏ 1.8‏ עד V‏ 5.0‏ עבור כניסת אופן תוכנית במתח גבוה. הוא גם יכול לספק ישירות להתקן המטרה 150 מיליאמפר (mA).

פונקציונליות נוספות כוללות Virtual Comm Port‏ (VCOM‏), מספר נקודות יציאה של חומרה ותוכנה, שעון עצר לתזמון פעולות ויכולת לנפות באגים ישירות בקובצי קוד מקור. מנפה הבאגים מופעל על ידי מיקרו-בקר ATSAME70N2‏ 300 מגה-הרץ (MHz‏) המריץ מערכת הפעלה בזמן-אמת (RTOS), ומבטיח שלא יהיו עיכובים בהורדת קושחה בעת מיתוג בין התקנים. חוכמה מובנית זו גם מאפשרת למנפה-באגים לתמוך בהתקני מטרה ובמאפיינים חדשים.

השיפורים העיקריים בהשוואה ל-PICkit 4‏ MPLAB‏ ו-PICkit 3‏ MPLAB‏

סדרת PICkit‏ MPLAB‏ התפתחה בהתמדה, תוך הוספת גמישות, מהירות ושיפורי תאימות התקנים עם כל איטרציה. טבלה 1 מסכמת את השדרוגים הקריטיים ב-MPLAB PICkit 5 בהשוואה לקודמיו.

טבלה 1: MPLAB PICkit 5 מציע יתרונות רבים על פני קודמיו. (מקור הטבלה: Kenton Williston)

סביבות פיתוח הנתמכות על ידי MPLAB PICkit 5

MPLAB PICkit 5 תומך בסביבות הפיתוח, כולל:

• סביבת פיתוח משולבת (MPLAB X (IDE‏, חבילת תוכנה עם מלוא המאופיינים עבור פיתוח מערכות משובצות.
• סביבת תכנות משולבת (MPLAB (IPE‏, אפליקציה מפושטת הכוללת אופן ייצור עבור טכנאים הבונים מוצרים המבוססים על מעבדי Microchip Technology.
• פונקציונליות Programmer-To-Go‏ (PTG‏) MPLAB‏ הכלולה ב-MPLAB X ועובדת עם אפליקציית הסמארטפון MPLAB X‏ iOS ו-Android.

אפליקציית הסמארטפון (איור 3) ראויה לציון במיוחד; היא מאפשרת למשתמשים לתכנת מרחוק את חומרת המטרה באמצעות תהליך פשוט:

• הקוד מפותח באמצעות MPLAB X ומקומפל לתוך קובץ hex‏ ptg‏. המכיל קוד, נתונים ופרטי תצורה.
• קובץ hex מורד לכרטיס microSDHC המוכנס ל-MPLAB PICkit 5.
• כרטיס microSDHC יכול להכיל מספר קובצי hex, ומעניק למשתמשים גמישות בתכנות התקני מטרה.
• ה-MPLAB PICkit 5 נתקע לתוך חומרת המטרה.
• באמצעות אפליקציית הסמארטפון, המשתמש בוחר תמונת תוכנית השמורה בכרטיס הזיכרון כדי לתכנת את המטרה.

איור 3: אפליקציית הסמארטפון MPLAB PTG מציעה ממשק פשוט. (מקור התמונה: Microchip Technology)

ה-MPLAB PTG שימושי במיוחד בהגדרות מרחוק או ניידות שבהן ציוד נוסף אינו מעשי. הוא יכול לתכנת התקנים ישירות בשטח ללא מחשב, ולמעשה הופך את ה-MPLAB PICkit 5 לכלי תכנות עצמאי.

הוא מאפשר למפתחים עדכוני קושחה מהירים באתר, האצת מחזורי הפיתוח וקיצור זמן היציאה לשוק. לאחר מכן הטכנאים יכולים להשתמש ב-MPLAB PTG כדי לעדכן התקני שטח אחרים ולאפשר השקה מהירה של שדרוגי מוצר. הכלי הוא בעל ערך גם עבור תרחישי חירום שבהם יש צורך בתכנות-מחדש מהיר כדי לשחזר את פונקציונליות ההתקן.

צעדים ראשונים עם PICkit 5‏ MPLAB‏

השימוש ב-MPLAB PICkit 5 עם ה-MPLAB X IDE הוא תהליך שאמור להיות מוכר לכל מפתח של משובצים. השלבים הבסיסיים הם כדלקמן:

• התקנה: יש להתקין את הגרסה העדכנית ביותר של MPLAB X IDE. ה-MPLAB PICkit 5 נתמך בדרך כלל ללא מנהלי התקנים נוספים, אך על המפתחים לבדוק באתר Microchip Technology לקבלת המידע העדכני ביותר.
• כינון הפרויקט: ניתן לבחור את PICkit 5 ככלי החומרה לתכנות וניפוי באגים בעת יצירת פרויקט חדש. בחירה זו נעשית בתוך מאפייני הפרויקט תחת הקטגוריה "כלי חומרה".
• תכנות: לאחר הגדרת הפרויקט והכנת הקוד, ניתן לתכנת את המיקרו-בקר על ידי הפעלת הלחצן "יצירת ותכנות ההתקן".

ה-MPLAB IPE מציע תהליך פשוט יותר עבור טכנאים בסביבת ייצור. השלבים העיקריים לשימוש בכלי זה הם כדלקמן:

• הגדרת התצורה: יש לבחור את MPLAB PICkit 5 מתוך הכלים הזמינים. לאחר מכן יש לבחור את התקן המטרה (דגם המיקרו-בקר) ואת קובץ ה-hex המיועד לתכנות.
• תכנות: עם ההתקן וקובץ ה-hex שנבחרו, ניתן לתכנת את המיקרו-בקר על ידי לחיצה על כפתור "תוכנית". במידת הצורך, ה-MPLAB IPE ימחק את התקן המטרה, יתכנת אותו ויאמת את התכנות.

בכל אחת מהסביבות, המשתמשים עשויים להיתקל בקשיים טכניים. לעתים קרובות בעיות אלה נגרמות על ידי עניינים פשוטים שניתן לטפל בהם באופן הבא:

• וידוא חיבורים תקינים: על המפתח לבדוק את החיבורים למארח ולהתקן המטרה. אם משתמשים בממשק ICSP, יש לשים לב לכיווניות המחבר.
• בדיקת הגדרות הספקת-הכוח: יש לאמת את הגדרות הספקת-הכוח. התקנים מסוימים יכולים לקבל הספקת-כוח ישירות על ידי ה-PICkit 5‏ MPLAB‏, בעוד שאחרים עשויים לדרוש הספקת-כוח חיצונית.
• עדכון הקושחה: עדכוני קושחה עבור ה-MPLAB PICkit 5 מושקים מעת לעת על ידי Microchip Technology. על המפתחים לוודא שהגרסה המותקנת היא העדכנית ביותר.

ערכות פיתוח התואמות ל-MPLAB PICkit 5

ה-MPLAB PICkit 5 תואם לערכות פיתוח שונות המיועדות ללמידה, בניית אב-טיפוס ופיתוח יישומים. לדוגמה, לוחות פיתוח (Curiosity Low Pin Count (LPC כדוגמת ה-DM164137‏, התומכים ב-8, 14 או 20 פינים, מתוכננים עבור התנסות עם מיקרו-בקרים PIC‏. לוחות אלה כוללים לעתים קרובות מתכנת ומנפה-שגיאות משולבים, אך כלי חיצוני כמו MPLAB PICkit 5 יכול להציע תכונות נוספות. על המפתחים לבדוק אם ניתן לנתק את המתכנת המובנה באמצעות אפשרות מגשר.

לוחות הערכה Xpress כמו ה-DM164140‏ עבור ה-PIC16F18855 הם דוגמה נוספת. לוחות אלה מיועדים עבור יצירת אב-טיפוס מהירה עם מיקרו-בקרים PIC ספציפיים. הם מגיעים עם מתכנת ומנפה-באגים מובנים, אך המפתחים עשויים להשתמש ב-MPLAB PICkit 5 לצורך עקביות בין פרויקטים או עבור תכונות ספציפיות למנפה-באגים זה.

Microchip Technology מציעה גם ערכות התחלה, כמו לוח ההערכה PIC32MX XLP‏ DM320105‏ המספק את החומרה והתוכנה הדרושים כדי להתחיל בפיתוח במהירות. ה-MPLAB PICkit 5 יהיה שימושי לתכנות וניפוי באגים של המיקרו-בקרים הכלולים בערכות אלה, ומציע התנסות חלקה.

סיכום

ICDs מודרניים יכולים לעזור למפתחים להאיץ את מחזורי הפיתוח ולהשיק עדכוני מוצרים בשטח. ה-MPLAB PICkit 5 תומך במגוון רחב יותר של התקני מטרה, אפשרויות חיבוריות וכלי תוכנה בהשוואה למנפי-באגים קודמים, ומעניק רמה גבוהה של גמישות ושימושיות. אפליקציית הסמארטפון שלה ראויה לציון במיוחד, מכיוון שהיא מאפשרת שימוש ב-MPLAB PICkit 5 בסביבות שקשה לגשת אליהן עם מנפי-באגים מסורתיים.