Vítejte, dnes je
sobota 23.
listopad
2024
Odborný časopis a portál zaměřený na vývoj a výrobu elektroniky Použití modulárních platforem, často založených na jednodeskových počítačích (SBC) a stále se rozšiřující řadě doplňkových karet, se stalo populární a efektivní alternativou k vývoji řešení na míru, zejména při nízkoobjemových aplikacích. Zvýšení podpory pro průmyslové procesory a čipové sady ze strany společnosti Intel podstatně urychlilo nástup SBC na architektuře x86 do oboru průmyslových procesů a řízení. Díky dominanci architektury ARM začíná vznikat řada alternativních SBC, které mohou být zacíleny na řadu nákladově citlivějších aplikací.
Návrh na úrovni systému s využitím modulárních počítačů také přináší výhody v oblasti konektivity. Výrobci SBC, nezávisle na preferované architektuře procesorů, jednohlasně, byť mlčky, uznávají, že v současnosti je nezbytné integrovat dva vzájemně propojené standardy – USB a Ethernet.
Oba tyto standardy pocházejí ze sektoru neprůmyslového charakteru, ale v současnosti jsou stále více používány v rostoucí škále aplikací. Především díky své univerzální kompatibilitě jsou nízkoúrovňové ovladače pro USB a Ethernet dostupné pro téměř všechny integrované operační systémy používané v modulárních počítačích. Nejpopulárnější je pravděpodobně Linux, který bez problémů pracuje na architekturách x86, MIPS i ARM. Stále rostoucí počet mikrokontrolérů však podporuje také konektivitu přes USB a Ethernet i bez výhod integrovaného operačního systému, jakým je například Linux.
To představuje integrované prostředí bez hranic, alespoň pokud jde o data. Zesílený důraz na tvorbu, shromažďování a přenos dat přináší významné výhody pro tuto úroveň propojitelnosti a přenositelnosti dat. Proto je dnes obchodně i technicky výhodnější integrovat konektivitu přes USB či Ethernet (nebo rovnou obojí) do nových platforem.
Tento článek se zabývá prvními modulárními řešeními pro přidání konektivity přes USB nebo Ethernet do stávajícího nebo budoucího návrhu. Dále stručně shrnuje narůstající nabídku nativní podpory těchto propojovacích standardů v mikrokontrolérech ze strany výrobců.
Navzdory tomu, že USB je jednoznačnou prioritou budoucího vývoje, mohou také stávající aplikace z doplnění rozhraní USB těžit. Společnost Future Technology Devices International (FTDI) nabízí širokou škálu unikátních řešení pro doplnění konektivity přes USB.
Klíčovými komponentami jsou řadiče hlavních a podřízených zařízení Vinculum nebo Vinculum-II, které zahrnují 16bitový mikrokontrolér, paměti flash a RAM a podporu pro řadu rozhraní, jako jsou UART, SPI, FIFO a PWM. Veškeré zpracování dat protokolu USB provádí hardwarové zdroje uvnitř zařízení, což uvolňuje výpočetní kapacitu pro uživatelské aplikace. Řada modulů založených na technologii Vinculum umožňuje jednoduše proměnit volný sériový port na hostitelském mikrokontroléru v plně funkční port USB, aniž by bylo třeba vyvíjet podpůrný software protokolu nebo firmware ovladače, jak je jinak nutné pro doplnění funkcionality USB.
Společnost FTDI nedávno oznámila uvedení dalšího ze svých řešení USB, které inteligentně kombinuje modulární koncepci s integrovaným přístupem ke konektivitě přes USB. Vinculo je výkonná vývojová platforma pro přidávání konektivity přes USB 2.0 do integrovaných systémů, inspirovaná platformou Arduino Duemilanove/Uno, kterou společnost RS Components také silně podporuje.
Platforma Vinculo umožňuje návrhářům integraci výkonného rozhraní USB 2.0 díky integraci dvoukanálového řadiče hlavních a podřízených zařízení Vinculum II VNC2-64, který podporuje rozhraní se stále rostoucí řadou aplikačních I/O obvodů (známých ve světě Arduina jako shieldy) vyvinutých open-source komunitou kolem technologie Arduino.
Vývojovou platformu Vinculo i shield Vinculo dodává společnost RS Components (skladová čísla RS 720-3732 a 720-3723). Platforma Vinculo obsahuje veškerý hardware i software potřebný pro vývoj a je v ní integrován 8kanálový 10bitový analogově-digitální převodník(ADC), který spolu s rozhraním PWM na desce VNC2 umožňuje využití platformy v analogových řídicích obvodech. Digitální ovládání je také podporováno prostřednictvím 38 univerzálních I/O (GPIO). Programovací jazyk Vinculo, který je odvozen z jazyka ANSI C, je podporován bezplatnými nástroji pro vývoj softwaru, knihovnami a referenčními návrhy od společnosti FTDI. Zahrnuty jsou všechny knihovny ovladačů tříd potřebné k vytvoření velkokapacitního paměťového zařízení USB, zařízení lidského rozhraní (HID), tiskárny a komunikačního nebo řídicího zařízení. Deska „Proto“ také umožňuje vývojářům vytvořit vlastní shieldy.
Flexibilita platformy Arduino také umožňuje vývojářům využívat Internet prostřednictvím ethernetového připojení s využitím ethernetového zásuvného modulu Arduino (skladové číslo RS 715-4072), který používá mikrokontrolér značky Atmel ve spojení s ethernetovým čipem Wiznet W5100. Spolu poskytují síťové rozhraní s podporou protokolů TCP i UDP, které tvoří základ pro komunikaci na protokolu IP.
Jsou podporována čtyři současná spojení a deska je vybavena ethernetovou knihovnou, kterou lze využít k vytvoření Arduino „náčrtků“, které se připojují k Internetu prostřednictvím shieldu. Pro připojení k procesorové desce Arduino jsou použity headery s dlouhými kolíky, které umožňují umístění dalšího shieldu do stohu. Deska je také vybavena konektorem pro kartu microSD, kterou lze využít k uložení souborů pro distribuci přes síť.
Nativní podpora konektivity přes USB a Ethernet kromě toho, že je dostupná v modulárních řešeních, je také integrována do mikrokontrolérů. Díky výkonu 32bitové výpočetní jednotky je stále snazší nativně podporovat vysokorychlostní kabelové i bezdrátové protokoly, což se projevuje v rostoucí nabídce zařízení od výrobců, jako jsou NXP, STMicroelectronics a Atmel na architektuře ARM, a řada PIC32 od výrobce Microchip, založená na architektuře MIPS. Kromě všech běžných rozhraní, která konstruktéři očekávají u mikrokontroléru, nabízí každý z těchto výrobců také zařízení s podporou Ethernetu a USB.
Díky této úrovni integrace je nyní snazší než dříve použít USB a Ethernet v integrované aplikaci. Je samozřejmostí, že každé z těchto zařízení přichází s plnou podporou prostřednictvím softwarových knihoven a ovladačů, které maximálně usnadňují jejich integraci.
Ethernet i USB se stále více prosazují v průmyslovém prostředí, kde jejich rostoucí popularita dává vzniknout novým oborům aplikací. Díky globálnímu přijetí obou těchto technologií vznikla celá nová odvětví, díky nimž je jejich podpora i dostupnost stejně všudypřítomná jako tyto protokoly samotné. Dynamika USB a Ethernetu dostačuje k tomu, aby eliminovala pravděpodobnost jejich nahrazení alternativními řešeními, což je přesně to, co průmyslový trh potřebuje – zaručená dlouhodobá dostupnost. Z jejich zvyšující se míry využívání v tomto sektoru budou nevyhnutelně profitovat všechny obory aplikací, kde USB nebo Ethernet v současnosti hrají nějakou roli nebo, což je ještě důležitější, kde se v blízké budoucnosti začnou využívat.
