SEK | EUR | USD

Hastighetskonfiguration av industriella automationsanläggningar med hjälp av fjärrfelsökning

Av Bill Giovino

Bidraget med av Digi-Keys nordamerikanska redaktörer

Industriella automationsanläggningar ökar användningen av microcontrollerbaserade enkortsdatorer (SBC) för att kontrollera anläggningsdriften och på så vis öka effektiviteten och förbättra produktiviteten. Ofta är enkortsdatorerna som används en kombination av kommersiellt tillgängliga och specialanpassade enkortsdatorer, båda med specialanpassad firmware. För nya industrianläggningar eller för befintliga anläggningar som just har genomgått en omkonfigurering kan dock firmware på enkortsdatorer behöva modifieras för att förbättra funktionen eller korrigera buggar i koden.

Denna artikel diskuterar rollen för enkortsdatorer och varför fjärrfelsökning blir allt viktigare i industriella miljöer. Den introducerar sedan fjärrfelsökare och tillhörande programvara från MikroElektronika och förklarar hur de kan anslutas till ett Wi-Fi-nätverk för att fjärrfelsöka Arm®-microcontrollers i de flesta enkortsdatorer.

Enkortsdatorer i industridatorer

Moderna industriella automationsanläggningar står under press att öka produktiviteten genom bättre processhantering grundat på högre precision. Detta kan innebära användning av högupplösta sensorer för att ge mer exakt data till att styra systemets firmware. Dessutom kan styrdon som motorer och elektromagneter uppgraderas till rdon som kan röra sig i mycket mindre steg.

När dessa sensorer och styrdon med högre noggrannhet och högre upplösning har installerats, måste den fasta programvaran (firmware) som styr dessa enheter modifieras för att den högre upplösningen ska kunna utnyttjas. Om firmwareuppgraderingen inte kan hanteras av den aktuella enkortsdatorn måste en ny enkortsdator installeras. I båda fallen kommer den nya fasta programvaran vanligtvis att testas och felsökas på testbänken innan den installeras i den industrianläggningen. Efter inledande tester kan det nya systemet tas i drift.

Men för mer komplexa processer kanske felsökning och programmering inte slutar där. Driften i systemet kan avslöja problem som inte upptäcktes under dessa förproduktionstester, och i många fall är det enda sättet att optimera den fasta programvaran, att utföra felsökning medan enkortsdatorn är i bruk.

Nya industriella automationsanläggningar kan stöta på samma problem. Detta gäller särskilt för högprestandasystem där firmwarestyrslingor måste finjusteras för att uppfylla effektivitetskraven. Oavsett om industrianläggningen är ny eller uppgraderad, är stilleståndstid dyrt och måste hållas till ett minimum. Det betyder att enkortsdatorer måste felsökas och programmeras i själva systemet.

Felsöka industriella inbäddade system fjärrledes

Felsökning av enkortsdatorer som används i industriella system skiljer sig inte från felsökning av ett microcontrollerbaserat system. En felsökare måste anslutas fysiskt via kabel från microcontrollerns debug-port till en dator som kör ett felsökningsprogram. En tekniker vid datorn undersöker och felsöker sedan den fasta programvaran när den körs. Detta kan vara tidskrävande om många enkortsdatorer behöver felsökas på plats eftersom teknikerna behöver ta sig till varje enkortsdators fysiska plats. Detta kan vara svårare om vissa enkortsdatorer befinner sig i hårda miljöer eller på fysiskt avlägsna eller svåråtkomliga platser. Dessutom är det typiskt så att endast ett begränsat antal tekniker känner till den anpassade programvaran, vilket kräver att dessa tekniker felsöker många system på kort tid, vilket komplicerar proceduren och fördröjer processen.

Lösningen är att använda fjärrfelsökare som är fysiskt anslutna till enkortsdatorn men har felsökningsfunktioner som tillhandahålls av en nätverksansluten dator som finns någon annanstans. Fjärrfelsökare kan anslutas till enkortsdatorns microcontrollerdebug-port när de är anslutna till en anläggningens nätverk via Wi-Fi. En dator i samma nätverk på en lämplig plats kan användas för att komma åt någon av fjärrfelsökarna. Teknikern har sedan fullständig felsökningskapacitet på fjärrdatorn.

För att utföra denna fjärranslutning kan ingenjörer använda Mikroes CodeGrip, en familj av fjärrfelsökare som kan ansluta till en fjärrdator via Wi-Fi och möjliggöra programmering och felsökning av många Arm-microcontrollers. MIKROE-3460 CodeGrip Wi-Fi-felsökaren kan användas på de flesta Arm-microcontroller med en JTAG-port (Figur 1). Den stödjer också felsökningsporten Arm Serial wire output (SWO) som finns på de flesta Micro Cortex-M3-, Cortex-M4- och Cortex-M7-microcontrollers.

Bild av MikroElektronikas MIKROE-3460 CodeGrip-fjärrfelsökare Figur 1: MIKROE-3460 CodeGrip-fjärrfelsökaren är fysiskt ansluten till en enkortsdators JTAG- eller SWO-debugport. Den kan nås fjärrledes via Wi-Fi för att programmera eller felsöka Arm-microcontrollerns firmware. (Bildkälla: Mikroe)

Mikroe MIKROE-3460 CodeGrip placeras på den fysiska platsen för den Arm-baserade enkortsdatorn. Den har en port för att ansluta till JTAG- eller SWO-porten som finns på kortkontaktdonet. Den ansluts sedan tillfälligt till en bärbar dator via USB för att initialt konfigurera CodeGrip-enheten för den microcontroller som felsöks. För system med högre prestanda har CodeGrip-enheten en USB-C-kontakt. Detta är särskilt användbart i trånga utrymmen och sparar tid och frustration, då USB-C-kontakter, till skillnad från tidigare USB-kontakter, inte har en upp- eller nedsida.

Den bärbara datorn som är ansluten till CodeGrip-enheten måste köra Mikroes CodeGrip Suite för att initialt kunna konfigurera CodeGrip-enheten. CodeGrip-enheten indikerar dess status med fem lysdioder (Figur 2). Detta ger kritisk statusinformation till en tekniker på plats om att enheten fungerar korrekt utan att behöva anslutas en bärbar dator. När den är strömsatt som den ska, lyser den gröna lysdioden. Under normal drift av CodeGrip-enheten lyser även den röda lysdioden. Om den gröna lysdioden lyser och den röda lysdioden är släckt kan det indikera dålig eller ingen anslutning till JTAG/SWO-porten, vilket är viktig information för en lokal tekniker om att felsökningskabeln kan behöva justeras eller bytas ut.

Diagram över MikroElektronika CodeGrip-enhet (klicka för att förstora) Figur 2: CodeGrip-enheten ger kritisk statusinformation med hjälp av fem lysdioder som ger snabb visuell återkoppling på plats i fält utan att behöva ansluta en bärbar dator. (Bildkälla: Mikroe)

En gång ansluten via USB till en bärbar dator kommer CodeGrip-enheten att indikera en lyckad anslutning genom att tända den gula USB-LINK-lysdioden på anordningen. Användaren kör sedan CodeGrip Suite för att konfigurera CodeGrip-enheten via USB-anslutningen.

Konfigurera CodeGrip

CodeGrip Suite kan ofta automatiskt upptäcka Arm-microcontrollern på enkortsdatorn, men den kan också konfigureras manuellt med core-typ, flashminnesstorlek och RAM-konfiguration. Men inte alla Arm-produktfamiljer kan konfigureras enkelt med samma felsökare. För STMicroelectronics STM32 Arm-familj, erbjuder Mikroe MIKROE-3461 CodeGrip-enheten. NXP Semiconductors Kinetis-familjen stöds avMIKROE-3462 CodeGrip. För alla dessa är funktionaliteten hos CodeGrip-enheten och CodeGrip Suite identiska.

När den är ansluten och konfigurerad kan CodeGrip Suite utföra programmering och felsökning på plats. Under all dataöverföring till CodeGrip-enheten, blinkar den blå datalysdioden, vilket indikerar att data överförs mellan CodeGrip-enheten och CodeGrip Suite. Detta indikerar att CodeGrip-enheten fungerar som den ska och är i färd med att programmera eller felsöka enkortsdatorn.

För fjärrfelsökning kan CodeGrip-enheten konfigureras för att ansluta via Wi-Fi till en fjärrdator som också kör CodeGrip Suite. Av säkerhets- och prestandaskäl bör Wi-Fi-nätverket som används för att ansluta till CodeGrip-enheterna vara skilt från de andra Wi-Fi-nätverken som används i industrianläggningen. Att skicka en stor .bin- eller .hex-fil till CodeGrip-enheten via Wi-Fi motsvarar att ladda ner en stor fil till en dator, så detta kan sakta ner hela nätverket. Om en fjärrdator lyckas ansluta till CodeGrip-enheten tänds den orange NET-LINK-lysdioden på CodeGrip-enheten, vilket indikerar en lyckad anslutning. När CodeGrip-enheten har konfigurerats kan den bärbara datorn som är ansluten via USB kopplas bort.

CodeGrip Suite kan läsa, programmera och radera hela flashminnet på målmicrocontrollern. Det kan också jämföra innehållet i microcontrollerns flashminne med en källfil för att verifiera att den fasta programvaran är äkta och inte har manipulerats. Detta kan också vara användbart under säkerhetsgranskningar för att verifiera säkerheten för den fasta programvaran utan att behöva resa till den fysiska platsen för varje enkortsdator.

CodeGrip Suite kan också utföra en hårdvaruåterställning av målmicrocontrollern. Detta kan vara användbart för en enkortsdator som inte fungerar eller om ett säkerhetsintrång misstänks. Normalt kör en återställd enkortsdator ett inbyggt självtest (BIST) vid start som inkluderar säkerhetskontroller, vilket verifierar att enheten fungerar som den ska och inte har manipulerats.

Ett kraftfullt inslag i Mikroes CodeGrip-enhet är att den stöder Arm SWO-debugporten i realtid. SWO-pinnen strömmar felsökningsinformation om Arm-microcontrollerns status och kan användas för att i realtid ge status- och spårningsinformation om firmwarefunktionaliteten. Mikroe erbjuder ett SWO-bibliotek med funktioner som kan förbättra felsökningsfunktionerna i CodeGrip Suite (figur 3). Detta gör det möjligt att enkelt övervaka och felsöka microcontrollerns firmware på distans.

Bild av MikroElektronika CodeGrip Suite kan ge felsöknings- och spårningsinformation i realtid Figur 3: CodeGrip Suite kan tillhandahålla felsöknings- och spårningsinformation i realtid för en Arm-microcontroller genom att strömma data ut från SWO-porten. Felsökningsinformationen är färgkodad för att vara lättavläst. (Bildkälla: Mikroe)

SWO-meddelanden har tre meddelandekategorier: info, varning och fel. CodeGrip kan visa någon eller alla av dessa meddelandekategorier. Visade meddelanden är färgkodade för enkel referens; blått för info, gult för varning och rött för fel. Detta gör det möjligt för användare att snabbt avgöra vad som behöver undersökas och enkelt prioritera felmeddelanden framför varningar och info.

Slutsats

Felsökning av enkortsdatorer i industriella anläggningar när de körs i systemet kan vara tidskrävande, särskilt om många enkortsdatorer måste programmeras och felsökas. Vidare är det inte alltid praktiskt att besöka varje enskild plats. Som vi visat, sparar felsökning via Wi-Fi med enheter som CodeGrip och tillhörande programvara tid, samtidigt som produktiviteten förbättras.

Disclaimer: The opinions, beliefs, and viewpoints expressed by the various authors and/or forum participants on this website do not necessarily reflect the opinions, beliefs, and viewpoints of Digi-Key Electronics or official policies of Digi-Key Electronics.

Om skribenten

Bill Giovino

Bill Giovino arbetar som elektronikingenjör och har kandidatexamen i elektroteknik från Syracuse University. Han är en av få personer som med framgång har bytt karriär från konstruktör via fältapplikationsingenjör till att arbeta med marknadsföring av teknik.

I mer än 25 år har Bill arbetat med att marknadsföra ny teknik för en publik både med och utan tekniska kunskaper för många företag (bland dem kan nämnas STMicroelectronics, Intel och Maxim Integrated). På STMicroelectronics var Bill en av de drivande personerna i att leda företagets framgångar på den nya branschen för mikrostyrenheter. På Infineon drev Bill konstruktionen av prisvinnande mikrostyrenheter för bilindustrin i USA. I sin roll som marknadsföringskonsult för CPU Technologies har Bill hjälpt många företag att omvandla mindre framgångsrika produkter till framgångshistorier.

Bill var tidig med att använda sakernas internet, bland annat genom att placera den första kompletta TCP/IP-stacken på en mikrostyrenhet. Bill tror mycket på att försäljning ska bedrivas genom utbildning och att det är allt viktigare med tydlig, välskriven kommunikation för att marknadsföra produkter online. Han är moderator för den populära gruppen Linkedin Semiconductor Sales & Marketing och kan allt om B2E.

Om utgivaren

Digi-Keys nordamerikanska redaktörer