Få fart på prototyping og kodeoppdateringer med et moderne feilsøkingsverktøy i krets

Utviklere står overfor tidspress forbundet med å fremskynde produktleveranser, selv om integrerte systemer blir mer og mer komplekse. ICD-er (In-circuit debuggers) spiller en avgjørende rolle her, og bidrar til å raskt identifisere og fikse feil. Tradisjonelle feilsøkere er imidlertid store, umedgjørlige og vanskelige å bruke, noe som gjør dem uegnede for dagens utviklingskrav.

Utviklere kan i stedet velge en moderne løsning som er kompakt og har utvidet funksjonalitet og flere utviklervennlige verktøysett. Spesielt bør de søke støtte for rask utvikling og produktoppdateringer, både i laboratoriet og ute i felten.

Denne artikkelen beskriver kort rollen og kravene til ICD-er. Den introduserer deretter en løsning fra Microchip Technology som et eksempel på hva utviklere bør være på utkikk etter i en moderne ICD. Kompatible utviklingsverktøy, tips for å komme i gang og en hurtigveiledning for bruk av en ICD i produksjonsmiljøer, er også inkludert.

Fordeler og utfordringer med ICD-er

En ICD er et verktøy som kobles til en prosessor som er installert i målmaskinvaren. Denne tilkoblingen gir sanntidstilgang til prosessoren mens systemet er i drift, og muliggjør oppgaver som trinnvis kjøring (step-by-step execution) og minneinspeksjon. En integrert programmeringsenhet (ICP – in-circuit programmer) bygger videre på disse funksjonene ved å gjøre det mulig å skrive kode og data inn i prosessorminnet. Sammen er disse funksjonene avgjørende for den integrerte utviklingsprosessen.

Tradisjonelle feilsøkerverktøy krever imidlertid spesialiserte ferdigheter og utviklingsmiljøer som kan begrense nytteverdien deres. Disse feilsøkingsverktøyene kan også ha begrensninger forbundet med feilsøking av produksjonsmaskinvare, og de krever ofte JTAG-tilkoblinger som er upraktiske å implementere på produksjonsmaskinvare på grunn av kostnads- og plassbegrensninger. I tillegg kan den spesialiserte programvaren og maskinvaren som trengs for feilsøking, være tungvint å ta med seg ut i felten.

PG164150 MPLAB PICkit 5 ICD/ICP fra Microchip Technology får bukt med disse begrensningene. Den kan blant annet brukes via en smarttelefonapp over lavenergi-Bluetooth (BLE – Bluetooth Low Energy). Dette gjør det mulig for teknikere å distribuere kodebilder ute i felten, noe som utvider mulighetene for feilrettinger og programvareoppdateringer betraktelig.

Viktige funksjoner i MPLAB PICkit 5

MPLAB PICkit 5 er en allsidig enhet som støtter nesten alle Microchip Technology-mikrokontrollere (MCU-er) og digitale signalstyringer (DSC-er), inkludert PIC-, dsPIC-, AVR- og SAM-enheter (Arm® Cortex®-basert). Som vist i figur 1, har den et microSDHC-kortspor som gjør det mulig for verktøyet å lagre flere enhetsminnebilder.

Figur 1: Her vises en oversikt over MPLAB PICkit 5 som fremhever de viktigste funksjonene. (Bildekilde: Microchip Technology)

MPLAB PICkit 5 kobles til verten via en USB Type-C-kabel og kan drives enten via denne kabelen eller av målenheten. Feilsøkingsverktøyet inkluderer også BLE-konnektivitet, noe som gir brukere tilgang til verktøyet fra en smarttelefon.

Feilsøkeren har en 8-pinners programmeringskontakt på målsiden som støtter diverse tilkoblinger. Disse inkluderer 4-leders JTAG, SWD (Serial Wire Debug), Ethernet, bakoverkompatibel JTAG med to ledere og ICSP (in-circuit serial programming). Microchip Technology tilbyr AC102015-adapterkortet (figur 2) som støtter alle disse tilkoblingene.

Figur 2: AC102015-adapterkortet er kompatibelt med et bredt utvalg av tilkoblinger. (Bildekilde: Microchip Technology)

Feilsøkerverktøyet støtter målforsyningsspenninger fra 1,2 V til 5,0 V for lavspent programmodusinngang, og fra 1,8 V til 5,0 V for høyspent programmodusinngang. Den kan også forsyne målenheten direkte med 150 milliampere (mA).

Andre funksjoner inkluderer en Virtual Comm-port (VCOM), flere maskinvare- og programvareavbruddspunkter, en stoppeklokke for timinghandlinger og muligheten til å feilsøke kildekodefiler direkte. Feilsøkerverktøyet drives av en 300 megahertz (MHz) ATSAME70N2-mikrokontroller som kjører et sanntidsoperativsystem (RTOS – real-time operating system), noe som sikrer at det ikke oppstår forsinkelser under nedlastingen av fastvare når det byttes mellom enheter. Denne integrerte intelligensen gjør det også mulig for feilsøkerverktøyet å støtte nye målenheter og -funksjoner.

Viktige forbedringer sammenlignet med MPLAB PICkit 4 og MPLAB PICkit 3

MPLAB PICkit-serien har sett kontinuerlig utvikling, og introduserer forbedringer i fleksibilitet, hastighet og enhetskompatibilitet med hver iterasjon. Tabell 1 oppsummerer de kritiske oppgraderingene i MPLAB PICkit 5 sammenlignet med forgjengerne.

Tabell 1: MPLAB PICkit 5 har mange fordeler sammenlignet med forgjengerne. (Tabellkilde: Kenton Williston)

Utviklingsmiljøer som støttes av MPLAB PICkit 5

MPLAB PICkit 5 støtter utviklingsmiljøer, for eksempel:

• Det integrert utviklingsmiljøet (IDE – integrated development environment) MPLAB X, en fullverdig programvarepakke for utvikling av integrerte systemer.
• Det integrerte programmeringsmiljøet (IPE – Integrated Programming Environment) MPLAB, en forenklet applikasjon som inkluderer en produksjonsmodus for teknikere som bygger produkter basert på Microchip Technology-prosessorer.
• MPLAB Programmer-To-Go (PTG)-funksjonaliteten som er inkludert i MPLAB X, og som fungerer med MPLAB X-smarttelefonappen for iOS og Android.

Smarttelefonappen (figur 3) er spesielt verdt å legge merke til. Den gjør det mulig for brukere å programmere målmaskinvaren eksternt ved å bruke en lettfattelig prosess:

• Koden utvikles ved å bruke MPLAB X, og de kompileres til en .ptg hex-fil som innkapsler kode, data og konfigurasjonsinformasjon.
• Hex-filen lastes ned til et microSDHC-kort som er innsatt i MPLAB PICkit 5.
• MicroSDHC-kortet har plass til flere hex-filer, noe som gir brukere fleksibilitet ved programmering av målenheter.
• MPLAB PICkit 5 er koblet til målmaskinvaren.
• Ved å bruke smarttelefonappen velger brukeren et lagret programbilde på minnekortet for å programmere målet.

Figur 3: MPLAB PTG-smarttelefonappen har et ukomplisert brukergrensesnitt. (Bildekilde: Microchip Technology)

MPLAB PTG er spesielt nyttig i eksterne eller mobile omgivelser der ekstra utstyr er upraktisk. Den kan programmere enheter direkte ute i felten uten noen datamaskin og effektivt transformere MPLAB PICkit 5 til et frittstående programmeringsverktøy.

For utviklere legger dette til rette for raske fastvareoppdateringer på stedet (on-site), og det akselererer utviklingssykluser og reduserer tiden det tar å få det ferdige produktet ut på markedet. Teknikere kan deretter bruke MPLAB PTG til å oppdatere andre feltenheter, noe som muliggjør rask utrulling av produktoppgraderinger. Verktøyet er også verdifullt for nødsituasjoner der rask omprogrammering er nødvendig for å gjenopprette enhetens funksjonalitet.

Komme i gang med MPLAB PICkit 5

Det å bruke MPLAB PICkit 5 med MPLAB X IDE-en er en prosess som er kjent for de fleste integrasjonsutviklere. De grunnleggende trinnene er som følger:

• Installasjon: Den nyeste versjonen av MPLAB X IDE-en må være installert. MPLAB PICkit 5 støttes vanligvis uten ekstra drivere, men utviklere bør sjekke Microchip Technology-nettstedet for å se den nyeste informasjonen.
• Prosjektoppsett: PICkit 5 kan velges som maskinvareverktøy for programmering og feilsøking når et nytt prosjekt skal opprettes. Dette valget gjøres i prosjektegenskapene under kategorien «Maskinvareverktøy».
• Programmering: Når et prosjekt er konfigurert og koden er klargjort, kan mikrokontrolleren programmeres ved å aktivere knappen «Lag og programmer enhet».

MPLAB IPE-en gir en enklere prosess for teknikere i et produksjonsmiljø. De viktigste trinnene for å bruke dette verktøyet er som følger:

• Konfigurasjon: MPLAB PICkit 5 må velges fra de tilgjengelige verktøyene. Målenheten (mikrokontroller-modell) og hex-filen som er beregnet for programmering, må deretter velges.
• Programmering: Når enheten og hex-filen er valgt, kan mikrokontrolleren programmeres ved å trykke på knappen «Program». Hvis det er nødvendig, vil MPLAB IPE-en slette målenheten, programmere den og bekrefte programmeringen.

Brukere vil sannsynligvis støte på tekniske problemer i begge miljøer. Disse problemene skyldes ofte enkle utfordringer som kan løses på følgende måte:

• Sikre riktige tilkoblinger: Utvikleren bør sjekke tilkoblingene til verten og målenheten. Hvis du bruker en ICSP-tilkobling, må du være oppmerksom på kontaktens orientering.
• Sjekk strøminnstillingene: Strøminnstillingene må bekreftes. Noen enheter kan drives direkte av MPLAB PICkit 5, mens andre trenger ekstern strøm.
• Oppdater fastvare: Fastvareoppdateringer for MPLAB PICkit 5 utgis med jevne mellomrom av Microchip Technology. Utviklere bør sørge for at den nyeste versjonen er installert.

Utviklingssett som er kompatible med MPLAB PICkit 5

MPLAB PICkit 5 er kompatibel med diverse utviklingssett som er utviklet for læring, prototyping og utvikling av utrustninger. For eksempel er Curiosity-utviklingskort med lavt pinnetall (LPC – Low Pin Count) som DM164137, som støtter 8, 14 eller 20 pinner, utviklet for eksperimentering med PIC-mikrokontrollere. Disse kortene inkluderer ofte en integrert programmeringsenhet og et feilsøkingsverktøy, men et eksternt verktøy som MPLAB PICkit 5 kan gi enda flere funksjoner. Utviklere bør sjekke om den integrerte programmeringsenheten kan frakobles via en forbindelseskabel (jumper).

Xpress-evalueringskort som DM164140 for PIC16F18855, er et annet eksempel. Disse kortene er konstruert for rask prototyping med spesifikke PIC-mikrokontrollere. De leveres med en integrert programmeringsenhet og et feilsøkingsverktøy, men utviklere kan bruke MPLAB PICkit 5 for å oppnå konsistens på tvers av prosjekter eller for funksjoner som er spesifikke for dette feilsøkingsverktøyet.

Microchip Technology tilbyr også startpakker, for eksempel DM320105 PIC32MX XLP-evalueringskortet, som gir tilgang til maskinvaren og programvaren som trengs for å raskt komme i gang med utviklingen. MPLAB PICkit 5 vil være nyttig for programmering og feilsøking av mikrokontrollerne som er inkludert i disse pakkene, og de gir en sømløs opplevelse.

Konklusjon

Moderne ICD-er kan hjelpe utviklere med å få fart på utviklingssyklusene og rulle ut produktoppdateringer ute i felten. MPLAB PICkit 5 støtter et bredere utvalg av målenheter, tilkoblingsalternativer og programvareverktøy enn tidligere feilsøkingsverktøy, noe som gir den en høy grad av fleksibilitet og nytte. Smarttelefonappen er særlig verdt å merke seg, da den muliggjør bruk av MPLAB PICkit 5 i omgivelser som er vanskelige å få tilgang til med tradisjonelle feilsøkingsverktøy.