Rozšíření škály možností pomocí aplikační desky mbed

Deska mbed je malá a nákladově efektivní vývojová platforma navržená pro rychlou přípravu prototypů jednotek MCU, která umožňuje rychlé a snadné uvedení do problematiky procesorů ARM.

Deska je navržena tak, aby splnila potřeby těch, kdo se chtějí poprvé zabývat vývojem vestavěných jednotek – od kutilů a studentů až po profesionální konstruktéry. Těm všem se nyní nabízí nová možnost ve světě desek mbed: aplikační deska mbed.

Obr. 1 Vývojová deska mbed

Platforma

Platformu mbed vyvíjí a její průběžnou podporu zajišťuje společnost ARM. Deska mbed je v základním provedení založena na modelu NXP LPC1768, který integruje výkonné jádro ARM Cortex-M3 MCU a obsahuje různá rozhraní, například Ethernet, USB, CAN, SPI a I2C. Deska je k dispozici v provedení jako modul DIP se 40 kontakty, její rozměry jsou pouhých 54 × 26 mm. Lze ji volitelně napájet prostřednictvím portu rozhraní USB. Pokud jde o funkce periferních rozhraní, samotný modul žádné nenabízí. V podstatě se jedná o procesor s rozhraním USB k počítači.

Podle výrobce desky mbed je to záměrné rozhodnutí – vyrábět za přiměřenou cenu jen součást systému, nikoliv kompletně vybavenou jednotku přeplněnou periferními zařízeními. Tato koncepce vychází z následující úvahy: k dispozici je nekonečně mnoho možností, ale uživatel vždy směřuje k jedinečnému řešení, a proto nemůže nikdy existovat platforma, která by obsahovala veškeré požadované části a periferní zařízení. Pokud se tedy vývojář snaží vyrobit produkt o velikosti kreditní karty, je pro něj obtížné pracovat s příliš velkou deskou plnou nepotřebných součástek a periferií. Z tohoto důvodu bylo přijato rozhodnutí dodat absolutní minimum základních funkcí, aby uživatel mohl přidat pouze to, co k přípravě svého prototypu opravdu potřebuje.

Aplikační deska

Výsledkem je tedy nová aplikační deska mbed, což je zařízení, jehož rozměry téměř přesně odpovídají rozměrům kreditní karty a které bylo speciálně navrženo pro použití s deskou procesoru LPC1768 Cortex-M3. Nová aplikační deska byla navržena tak, aby umožnila maximální počet potenciálních projektů, ale aby přitom byly její rozměry udrženy na minimu. Přestože je deska mbed vybavena dvěma 20kolíkovými paticemi pro její připojení pomocí propojek, jedná se o velmi kompaktní platformu nabízející působivý soubor funkcí včetně grafiky pro displej LCD s rozlišením 128 × 32, 3osového akcelerometru pro kontrolu pohybu, snímače teploty, zásuvky pro bezdrátové připojení ZigBee nebo Wi-Fi, konektorů rozhraní Ethernet a USB a konektorů typu jack pro reproduktory a zvukový vstup/výstup.

Konektivita

Podle výrobce desky mbed spočívá její hlavní výhoda v možnostech připojení, díky kterým lze uvažovat o koncepci „Internet-of-Things“ (IoT). Téma IoT je v současnosti stále aktuálnější. Představuje situace, kdy libovolná zařízení, například domácí spotřebič, zdravotnické zařízení nebo i žárovka, mají vlastní komunikační funkce. Díky těmto funkcím mohou zařízení vysílat data a být ovládána prostřednictvím webových aplikací. Platforma je vybavena vestavěným rozhraním standardu Ethernet, hostitelskou zásuvkou rozhraní USB, kterou lze připojit k jednotce USB flash nebo i k modemu 3G, a zásuvkou „xbee“, která může sloužit jako hostitel modulů ZigBee, Wi-Fi a Bluetooth. Kromě těchto možností připojení nabízí deska i snímání teploty a zrychlení, ovládání servomotoru (PWM), diody LED ovládané modulací PWM, bzučák, grafický displej LCD, potenciometry a tlačítka. Samozřejmě, že jako každá jiná vývojová deska i tato nemusí vždy přesně splnit veškeré požadavky, ale díky vestavěným dvouřadovým paticím je přidání dalších zařízení opravdu snadné.

Knihovna modemu USB

Jednou z nových užitečných aplikací mbed, které jsou nyní uživatelům k dispozici, je možnost připojení mikrokontroléru mbed k mobilní síti s použitím komerčně dostupných modemů 3G USB a plného využití možností koncepce „Internet- of-Things“. Výrobce desek mbed nedávno oznámil uvolnění knihovny pro modem USB společnosti Vodafone, která je k dispozici prostřednictvím webu vývoje mbed.org (http://goo.gl/9OQlx).

Knihovna byla vyvinuta ve spolupráci s beta testery desky mbed společnosti Vodafone. Funguje s novou aplikační deskou mbed a umožňuje uživatelům jednoduše zasunout modul mbed a modem USB pro získání plně funkční vývojové platformy.

Za zmínku stojí i to, že výrobce desky mbed vyvíjí stejné úsilí související s knihovnou pro modem USB také s operátorem Sprint v USA (http://goo.gl/moLgG).

Tato aplikace rozšiřuje síťové funkce podporované modelem mbed NXP LPC1768 pro pokrytí celého sortimentu rozhraní Ethernet, Wi-Fi a 3G, proto bude deska mbed ještě lepší pro rychlou přípravu prototypů zařízení M2M a IoT bez ohledu na druh připojení k internetu. K dostupným funkcím patří: odesílání a příjem SMS, rozhraní soketů TCP/IP, klient NTP, klient HTTP a klient webového soketu. Podporovat ale lze i jiné protokoly. Knihovna používá stejnou architekturu sítě jako knihovny mbed pro rozhraní Wi-Fi a Ethernet, proto může přepnutí prototypu mezi různými typy přenosu spočívat jednoduše ve změně několika řádků kódu. Pro inspiraci ke koncepci „Internet-of-Things“ je k dispozici i demonstrační video na adrese http://goo.gl/b4ppH.

Nástroje

Závěrem ještě několik dalších informací o vývojových nástrojích mbed. Pravděpodobně nejvýjimečnějším prvkem vývojového prostředí mbed je to, že nástroje jsou zcela založeny v „cloudu“ a uživatelský kód se zapisuje a kompiluje v integrovaném vývojovém prostředí (IDE) dostupném online, které se spouští v operačních systémech Windows, Linux nebo Mac OS X. Kompilátor mbed umožňuje konstruktérovi psát programy v jazyce C++ a následně je kompilovat a stáhnout pro spuštění na desce NXP LPC1768, aniž by bylo třeba spouštět instalační program nebo program pro nastavení, protože kompilátor je spuštěn online. Kompilátor online využívá programové jádro kompilátoru ARM Real- View produkující čistý a účinný kód, který lze použít dokonce i při komerční výrobě. Stávající kód aplikace ARM a middleware lze propojit portem s mikrokontrolérem mbed. Nástroje mbed lze používat společně s dalšími profesionálními výrobními nástroji.

Mikrokontroléry mbed jsou podporovány na vývojářském webu www.mbed.org, kde mohou uživatelé navíc ukládat vlastní programy.

Web mbed obsahuje i blogy, fóra, uživateli vložené programové knihovny a další vývojové zdroje, například C/C++ SDK pro výrobní vysokoúrovňové programování periferních zařízení v kombinaci s velkým množstvím knihoven a příkladů kódů publikovaných komunitou mbed.

…a trochu dalšího čtení

Mark Cundle

Pro platformu mbed je k dispozici učebnice a sada poznámek k přednáškám publikovaným Dr. Robem Toulsonem z Anglia Ruskin University. Jsou k dispozici na adresách: http://goo.gl/C4WP4 a http://goo.gl/cCqsP.