Snabbare prototypframtagning och koduppdateringar med ett modernt, inbyggt felsökningverktyg

Utvecklare pressas att skynda på produktleveranser, trots att de inbäddade systemen blir alltmer komplexa. Inbyggda felsökningsverktyg (In-circuit debuggers) spelar en avgörande roll här eftersom de hjälper till att snabbt identifiera och åtgärda fel. Traditionella felsökningsverktyg är dock utrymmeskrävande, oflexibla och svåra att använda, vilket gör dem olämpliga för dagens utvecklingskrav.

Utvecklare kan istället välja en modern lösning som är kompakt, har utökad funktionalitet och mer utvecklarvänliga verktyg. De bör i första hand söka stöd för snabb utveckling och produktuppdateringar i testmiljöer och ute på fältet.

Artikeln beskriver kortfattat vilken roll och vilka krav som finns för inbyggda felsökningsverktyg. Därefter presenteras en lösning från Microchip Technology som ett exempel på vad utvecklare bör leta efter i ett modernt, inbyggt felsökningsverktyg. Kompatibla utvecklingsverktyg, tips för att komma igång och en snabbguide för att använda ett inbyggt felsökningsverktyg i produktionsmiljöer ingår även.

Fördelar och utmaningar med inbyggda felsökningsverktyg

Ett inbyggt felsökningsverktyg är ett verktyg som ansluts till en processor som är installerad i målhårdvaran. Anslutningen ger tillgång till processorn i realtid medan systemet körs, vilket möjliggör uppgifter som steg för steg-körning och minnesinspektion. Ett inbyggt programmeringsverktyg (in-circuit programmer) bygger vidare på dessa möjligheter genom att göra det möjligt att skriva kod och data till processorns minne. Tillsammans är funktionerna avgörande i utvecklingsprocessen för inbäddade system.

Traditionella felsökningsverktyg kräver dock specialistkompetens och utvecklingsmiljöer som kan begränsa användbarheten. Felsökningsverktygen kan även ha begränsningar vid felsökning av produktionshårdvara, och de kräver ofta JTAG-anslutningar som är opraktiska att implementera i produktionshårdvara på grund av kostnads- och utrymmesbegränsningar. Dessutom kan specialiserad hård- och mjukvara som behövs för felsökning vara besvärlig att ta med sig ut på fältet.

Felsöknings-/programmeringsverktyget PG164150 MPLAB PICkit 5 från Microchip Technology löser dessa problem. Bland annat kan den användas med hjälp av en smartphone-applikation via en BLE-anslutning (Bluetooth Low Energy). Detta gör det möjligt för tekniker att distribuera kodavbildningar i fält, vilket avsevärt ökar möjligheterna till felrättningar och programuppdateringar.

Viktiga egenskaper hos MPLAB PICkit 5

MPLAB PICkit 5 är en mångsidig enhet som stödjer nästan alla MCU:er och digitala signalstyrenheter från Microchip Technology (DSC), inklusive enheterna PIC, dsPIC, AVR och SAM (baserad på Arm®Cortex®). Som framgår av figur 1 har den en kortplats för microSDHC som gör att verktyget kan lagra minnesavbildningar från flera enheter.

Figur 1: Här visas en översikt av MPLAB PICkit 5 med de viktigaste funktionerna. (Bildkälla: Microchip Technology)

MPLAB PICkit 5 ansluts till värden med en USB Type-C kabel och kan strömförsörjas antingen via denna kabel eller av målet. Felsökningsverktyget har även BLE-anslutning, vilket gör det möjligt för användare att komma åt verktyget via en smartphone.

Felsökningsverktyget har en programmeringsanslutning med 8 stift på målsidan som stödjer olika gränssnitt. Dessa inkluderar 4-tråds JTAG, Serial Wire Debug (SWD), Ethernet, bakåtkompatibel 2-tråds JTAG och seriell programmering i kretsen (ICSP). Microchip Technology har adapterkortet AC102015 (figur 2) som har stöd för alla dessa gränssnitt.

Figur 2: Adapterkortet AC102015 kan hantera många olika gränssnitt. (Bildkälla: Microchip Technology)

Felsökningsverktyget stödjer målkretsens spänningar från 1,2 till 5 V för programlägen med låg spänning och från 1,8 till 5 V för programlägen med hög spänning. Den kan också direktförsörja målenheten med 150 mA.

Ytterligare funktioner inkluderar en virtuell kommunikationsport (VCOM), flera brytpunkter för hård- och mjukvara, ett stoppur för tidtagning samt möjlighet att felsöka källkodsfiler direkt. Felsökningsverktyget drivs av MCU:n ATSAME70N2 med 300 MHz som kör ett realtidsoperativsystem (RTOS), vilket gör att det inte uppstår några fördröjningar vid nedladdning av firmware när man växlar mellan olika enheter. Den inbyggda intelligensen gör det även möjligt för felsökningsverktyget att stödja nya målenheter och funktioner.

Viktiga förbättringar jämfört med MPLAB PICkit 4 och MPLAB PICkit 3

Serien MPLAB PICkit har kontinuerligt utvecklats med förbättringar av flexibilitet, hastighet och enhetskompatibilitet för varje iteration. Tabell 1 sammanfattar de viktigaste uppgraderingarna i MPLAB PICkit 5 jämfört med dess föregångare.

Tabell 1: MPLAB PICkit 5 har många fördelar jämfört med sina föregångare. (Tabellkälla: Kenton Williston)

Utvecklingsmiljöer som stöds av MPLAB PICkit 5

MPLAB PICkit 5 stödjer utvecklingsmiljöer som t.ex.:

• MPLAB X integrerad utvecklingsmiljö (IDE), en komplett programvarusvit för utveckling av inbyggda system.
• MPLAB integrerad programmeringsmiljö (IPE), en förenklad programvara som innehåller ett produktionsläge för tekniker som bygger produkter baserade på processorer från Microchip Technology.
• Funktionen MPLAB fältprogrammerare (Programmer-To-Go) som ingår i MPLAB X och fungerar med smartphone-appen MPLAB X för iOS och Android.

Smartphone-appen (figur 3) är särskilt intressant. Den gör det möjligt för användare att på ett enkelt sätt fjärrprogrammera målhårdvaran.

• Koden utvecklas med hjälp av MPLAB X och kompileras till en hexadecimal .ptg-fil som innehåller information avseende kod, data och konfiguration.
• Den hexadecimala filen laddas ner till ett microSDHC-kort som är monterat i MPLAB PICkit 5.
• MicroSDHC-kortet kan rymma flera hexadecimala filer, vilket ger användare flexibilitet vid programmering av målenheter.
• MPLAB PICkit 5 ansluts till målhårdvaran.
• Med hjälp av smartphone-appen väljer användaren en sparad programavbildning på minneskortet för att programmera målet.

Figur 3: Smartphone-appen MPLAB fältprogrammerare har ett enkelt gränssnitt. (Bildkälla: Microchip Technology)

MPLAB fältprogrammerare är särskilt användbar i avlägsna eller mobila miljöer där ytterligare utrustning är olämplig. Den kan programmera enheter direkt på fältet utan dator, vilket effektivt omvandlar MPLAB PICkit 5 till ett fristående programmeringsverktyg.

För utvecklare möjliggör detta snabba uppdateringar av firmware på plats, vilket påskyndar utvecklingscyklerna och minskar tiden till marknaden. Tekniker kan sedan använda MPLAB PTG för att uppdatera andra fältenheter, vilket möjliggör en snabb distribution av produktuppgraderingar. Verktyget är även värdefullt i nödsituationer där snabb omprogrammering krävs för att återställa enhetens funktionalitet.

Så här kommer du igång med MPLAB PICkit 5:

Användningen av MPLAB PICkit 5 med MPLAB X bör vara bekant för alla utvecklare av inbyggda system. De grundläggande stegen är följande:

• Installation: Den senaste versionen av MPLAB X IDE måste vara installerad. MPLAB PICkit 5 stöds vanligtvis utan ytterligare drivrutiner, men utvecklare bör kontrollera Microchip Technology:s webbplats för den mest aktuella informationen.
• Inställningar för projekt: PICkit 5 kan väljas som hårdvaruverktyg för programmering och felsökning när du skapar ett nytt projekt. Detta val sker i projektets egenskaper under kategorin "Hardware Tool".
• Programmering: När ett projekt har konfigurerats och koden har förberetts kan MCU:n programmeras genom att trycka på knappen "Make and Program Device".

MPLAB IPE skapar en effektivare arbetsmetod för tekniker i produktionsmiljöer. De viktigaste stegen för att använda verktyget är följande:

• Konfiguration: MPLAB PICkit 5 bör väljas bland de tillgängliga verktygen. Därefter måste målenheten (MCU-modell) och den hexadecimala fil som ska programmeras väljas.
• Programmering: När enheten och den hexadecimala filen har valts kan MCU:n programmeras genom att trycka på "Program"-knappen. Om det behövs kommer MPLAB IPE att radera målenheten, programmera den och verifiera programmeringen.

I båda miljöerna kommer användare sannolikt att stöta på tekniska problem. Ofta orsakas dessa problem av enkla saker som kan lösas på följande sätt:

• Säkerställ korrekta anslutningar: Utvecklaren bör kontrollera anslutningarna till värd- och målenheten. Om du använder ett gränssnitt för seriell programmering i kretsen (ICSP) bör du vara uppmärksam på kontaktdonets riktning.
• Kontrollera strömförsöjningen: Vissa enheter kan strömförsörjas direkt från MPLAB PICkit 5, medan andra kan kräva extern strömförsörjning.
• Uppdatera firmware: Firmware-uppdateringar för MPLAB PICkit 5 släpps med jämna mellanrum av Microchip Technology. Utvecklare bör se till att den senaste versionen är installerad.

Utvecklingsmiljöer som stöds av MPLAB PICkit 5

MPLAB PICkit 5 är kompatibelt med flera olika utvecklingssatser som är utformade för inlärning, prototyper och utveckling av tillämpningar. Till exempel är utvecklingskorten Curiousity Low Pin Count (LPC) som t.ex. DM164137, som har stöd för 8, 14 eller 20 stift, utformade för experiment med PIC MCU:er. Korten har ofta ett integrerat programmerings- och felsökningsverktyg, men ett externt verktyg som MPLAB PICkit 5 kan erbjuda ytterligare funktioner. Utvecklare bör kontrollera om det inbyggda programmeringsverktyget kan kopplas bort via ett byglingsalternativ.

Utvecklingskort från Xpress, som t.ex. DM164140 för PIC16F18855 är ett annat exempel. Korten är utformade för snabb prototypframtagning med specifika PIC MCU:er. De levereras med ett inbyggt programmerings- och felsökningsverktyg, men utvecklare kan använda MPLAB PICkit 5 för enhetlighet i olika projekt eller för funktioner som är specifika för detta felsökningsverktyg.

Microchip Technology har även startpaket, som t.ex. utvärderingskortet DM320105 PIC32MX XLP, som innehåller den hård- och mjukvara som krävs för att snabbt komma igång med utveckling. MPLAB PICkit 5 skulle vara användbart för programmering och felsökning av de MCU:er som ingår i dessa satser, vilket ger en smidig upplevelse.

Sammanfattning

Moderna, inbyggda felsökningsverktyg kan hjälpa utvecklare att påskynda utvecklingscyklerna och distribuera produktuppdateringar på fältet. MPLAB PICkit 5 stödjer ett bredare utbud av målenheter, anslutningsmöjligheter och programverktyg jämfört med tidigare felsökningsverktyg, vilket möjliggör en hög grad av flexibilitet och användbarhet. Smartphone-appen är särskilt intressant eftersom den gör det möjligt att använda MPLAB PICkit 5 i miljöer som är svåra att komma åt via traditionella felsökningsverktyg.