Combler le déficit de compétences en conception embarquée pour la consommation

L'utilisation efficace de solutions prêtes à l'emploi et de kits de développement de fournisseurs raccourcit la courbe d'apprentissage pour la mise en œuvre de nouvelles technologies et permet une mise sur le marché plus rapide des produits intégrés, explique Martin Hill de Microchip Technology.

La dernière génération de microcontrôleurs offre aux concepteurs une plus grande intégration et une plus grande variété de périphériques et de fonctionnalités qui nécessitent plus de compétences en conception pour une mise en œuvre réussie. La bonne nouvelle, cependant, est que les fabricants de microcontrôleurs comme Microchip Technology recherchent des ressources qui permettent aux ingénieurs d'acquérir rapidement des compétences en conception embarquée ou de réduire considérablement la courbe d'apprentissage pour la mise en œuvre de nouvelles technologies. Les microcontrôleurs brouillent les frontières entre les disciplines de conception du génie logiciel et du génie matériel : traditionnellement, les ingénieurs en logiciel concevaient des logiciels d'application pour les microprocesseurs, tandis que les ingénieurs en matériel créaient des systèmes à base de microprocesseur en combinant un microcontrôleur et des composants externes. L'introduction des premiers microcontrôleurs hautement intégrés a changé les choses car ils ont révélé l'effort d'ingénierie considérable nécessaire pour développer une conception à partir d'un microcontrôleur, d'une mémoire externe, de périphériques, d'une interface et de circuits discrets, en plus du besoin d'ingénieurs en matériel pour écrire le micrologiciel. pour les applications de type contrôleur de bas niveau.

Cela signifie que les ingénieurs en systèmes embarqués doivent ajouter une connaissance approfondie des langages C et d'assemblage, ainsi que du débogage, à leurs compétences existantes en matière de conception de circuits matériels, de câblage de microcontrôleurs, de routage de cartes de circuits imprimés, de conception pour la fabrication et une connaissance détaillée de EMC/EMI comme ainsi que d'autres normes et approbations de produits. Il n'est donc pas surprenant que les ingénieurs en systèmes embarqués recherchent constamment des moyens d'acquérir un avantage concurrentiel et de commercialiser leurs produits plus rapidement. C'est pourquoi la disponibilité de bibliothèques de logiciels, de sous-systèmes et d'outils de développement avancés est devenue un élément essentiel du processus de sélection des microcontrôleurs. Cet article aborde un certain nombre de scénarios et suggère des stratégies basées sur les applications pour choisir le bon microcontrôleur, ainsi que l'utilisation des ressources et des outils des fournisseurs pour simplifier la mise en œuvre et réduire les délais de mise sur le marché.

Les microcontrôleurs offrent un spectre extraordinairement large de puissance de calcul et d'intégration de périphériques, et les options sont encore augmentées avec des cœurs hautes performances comme les microcontrôleurs PIC32MX1 et MX2, qui sont livrés dans des boîtiers avec peu de broches. De tels développements signifient que les microcontrôleurs hautes performances entrent dans des applications qui jusqu'à présent étaient le domaine de noyaux plus établis.

Unos niveles más altos de integración también presentan a los diseñadores unas consideraciones más complejas: las mejoras introducidas en las prestaciones, como núcleos más rápidos o más avanzados, pueden aportar muchos MIPS, pero unos niveles muy elevados de funcionalidad analógica también pueden reducir las prestaciones en temps réel.

Bien entendu, l'adaptation de l'appareil, son format et sa fonction ne sont qu'une partie du processus de sélection. Il existe d'autres facteurs et décisions qui peuvent avoir des conséquences majeures, telles que la stratégie de conception, le délai de mise sur le marché, le support des fournisseurs et le coût. Les questions à se poser sont : « Les solutions commerciales peuvent-elles aider à raccourcir les délais de mise sur le marché ? » et « Quelle stratégie de conception offrira le cycle de conception le plus rapide ?

Les systèmes embarqués ont généralement besoin d'une interface utilisateur, d'un écran et d'une sorte de connectivité, et ces éléments de base n'ont pas changé au fil des ans. Cependant, sa complexité a augmenté tandis que son coût a diminué. Cela signifie qu'un écran LCD graphique couleur, une interface tactile et une connectivité sans fil sont désormais considérés comme essentiels pour qu'un produit soit compétitif. Il existe, bien sûr, des raisons valables de choisir des écrans LCD segmentés traditionnels, des commutateurs de style mécanique pour l'interface utilisateur et une connectivité filaire, mais les ventes de mode et les clients peuvent être capricieux, prenant ces décisions liées au changement. Les critères de conception sont cruciaux pour la situation financière. succès de la conception d'un produit électronique grand public.

Dans un marché en évolution rapide, des technologies nouvelles et améliorées peuvent arriver dès que le concepteur maîtrise les compétences de la révolution technologique précédente. Heureusement, les solutions prêtes à l'emploi (c'est-à-dire les solutions couramment disponibles sur le marché) peuvent soutenir le développement rapide de produits, comblant ainsi le déficit de compétences. Les solutions d'entreprise peuvent prendre différentes formes. Ils peuvent incorporer du code source et des outils de configuration pour implémenter une pile de protocoles de communication via un environnement de développement logiciel complet qui comprend un système d'exploitation en temps réel, des bibliothèques de support pour les pilotes de périphériques et une analyse de la synchronisation du système, le tout optimisé pour une application spécifique, telle que que l'industrie automobile. Il devient moins pratique de proposer un nouveau design en écrivant toutes les lignes de code nécessaires et en recommençant le développement du matériel à partir de zéro. Certaines industries, telles que l'automobile, découragent activement cette stratégie de conception de "page blanche" en spécifiant les outils de développement logiciel à utiliser pendant le développement. Les fournisseurs de silicium et les outils de développement tiers éloignent également les concepteurs d'une approche "je m'occupe de tout" en fournissant, par exemple, une interface utilisateur graphique gratuite pour faciliter le débogage et l'adapter à une application particulière comme le contrôle d'un moteur ou d'une interface tactile.

Une autre façon d'obtenir une meilleure intégration et une mise sur le marché plus rapide consiste à connecter les nouveaux périphériques de microcontrôleur à d'autres périphériques pour former des sous-systèmes. Par exemple, les applications à écran tactile peuvent être mises en œuvre avec une unité de gestion du temps de charge (CTMU) ou utiliser une technique de diviseur de tension capacitif (CVD) et les deux peuvent être connectées à un multiplexeur analogique pour former un sous-système d'échantillonnage pour plusieurs boutons tactiles ou linéaires ou commandes de type rotatif. Un autre exemple consisterait à utiliser un port PMP (Parallel Master Port) pour contrôler un contrôleur à faible coût (LCC) ou un contrôleur graphique intégré. De nouveaux périphériques à usage général tels que CLC (Configurable Logic Cell) peuvent également être utilisés pour réduire le nombre de composants externes. Les CLC, lorsqu'ils sont conçus pour se connecter à divers périphériques internes, représentent un ajout pratique à la boîte à outils de l'ingénieur en systèmes embarqués.

Les comparateurs intégrés à grande vitesse et les amplificateurs opérationnels sont également particulièrement utiles en tant que composants de système en temps réel pour les applications d'alimentation et de commande de moteur.

Les notes d'application, ainsi que d'autres solutions et outils d'entreprise, prennent en charge de nouvelles applications et de nouveaux périphériques tout en aidant à accélérer la mise sur le marché en réduisant la nécessité pour les concepteurs de systèmes embarqués de réinventer la roue. Microchip, par exemple, propose l'un des catalogues les plus complets de ressources d'assistance, notamment des cartes de développement et des bibliothèques d'applications orientées vers des applications et des familles de produits spécifiques. De même, certains exemples de code résolvent des problèmes spécifiques allant des périphériques d'initialisation à la mise en œuvre d'algorithmes. Toutes ces ressources sont disponibles sur le site Web de Microchip. (Figure 1)

La stratégie de conception et les outils les plus utiles pour raccourcir le délai de mise sur le marché dépendront des défis présentés par chaque conception. (Figure 2)

Prenons comme exemple l'implémentation d'une nouvelle interface tactile qui remplace les boutons poussoirs mécaniques dans la conception d'un appareil de cuisine existant utilisant un PIC16 pour contrôler un moteur et un LCD segmenté. Vous êtes clair que le premier objectif serait de réutiliser autant que possible la conception existante : si le code existant est écrit en langage d'assemblage, l'objectif devrait être de trouver une solution tactile développée dans un langage de niveau supérieur. Cela accélérerait le processus de conception et résoudrait ses propres lacunes.

La stratégie pour cette conception sera généralement la suivante :

• Sélectionnez un microcontrôleur de la même famille de produits qui fournit la base de la compatibilité, ou divisez la conception en deux microcontrôleurs.

• Sélectionnez un microcontrôleur avec les périphériques nécessaires pour fournir la nouvelle fonctionnalité et la mémoire ainsi qu'un support analogique pour réduire le nombre de composants.

• Recherchez une solution commerciale qui utilise le code C pour l'interface tactile.

• Réutilisez et mélangez le code assembleur existant et le code C pour de nouvelles fonctionnalités, mais divisez la conception en fichiers séparés. Comme alternative, la conception peut être divisée en utilisant des microcontrôleurs séparés avec un support de communication pour leur interconnexion.

• Après avoir porté le code, exécutez l'application sans la fonctionnalité supplémentaire et vérifiez le comportement.

• Concevoir et déboguer l'interface tactile à l'aide d'outils de support.

• Testez l'interface tactile dans l'environnement, intégrez-la dans l'application complète et testez à nouveau.

Une solution potentielle à ce type de mise en page dans le monde réel serait :

• Contactez Microchip pour obtenir des conseils sur les exigences d'une application particulière.

• Visitez le Touch Design Center à l'adresse http://www.microchip.com/mtouch

• Évaluer différentes options d'écran tactile à l'aide d'une carte de développement d'écran tactile.

• Utilisez le MAPS (Microchip Advanced Parts Selector) gratuit de Microchip pour identifier les bonnes pièces pour la migration de conception.

• Suivez les directives de conception pour concevoir une interface tactile à l'aide de la note d'application Microchip AN1102 et d'autres ressources en ligne. Demandez une assistance supplémentaire à Microchip si nécessaire.

• Utilisez le progiciel gratuit Microchip CVD Framework, qui fait partie des bibliothèques MAL (Microchip Applications Libraries) pour concevoir et déboguer l'interface tactile. À ce stade, sélectionnez un outil de débogage approprié.

• Utilisez le compilateur XC8 C et l'IDE MPLABX de Microchip pour créer et déboguer le micrologiciel d'application combiné.

• Testez la conception dans l'environnement. Microchip peut être en mesure d'aider avec certains tests CEM qualitatifs et d'autres directives de conception si nécessaire.

Concevoir un nouvel accessoire pour un smartphone ou une tablette présente différents défis, tels que la nécessité de se connecter à des téléphones ou tablettes Android® ou Apple®, ainsi que la charge, le contrôle et d'autres fonctions. Compte tenu de l'évolution rapide de ce marché, un cycle de conception rapide est impératif. (Figure 3)

La stratégie de conception globale pourrait être :

• Assistance à la recherche pour les plates-formes Apple et Android.

• Déterminez la mémoire de l'application et les ressources requises.

• Trouver une solution commerciale pour l'interface téléphone/tablette.

• Envisagez d'externaliser la conception de l'interface si cette capacité n'est pas disponible.

• Sélectionnez un microcontrôleur prenant en charge l'environnement logiciel commercial approprié.

• Développer l'accessoire et l'interface.

Encore une fois, l'utilisation de ressources en ligne et d'outils de développement peut aider à raccourcir le cycle de conception :

• Visitez www.microchip.com/apple et www.microchip.com/android

• Contactez Microchip pour obtenir des conseils sur les exigences d'une application particulière.

• Obtenez toute licence applicable directement auprès d'Apple®. Aucune licence nécessaire pour Android®.

• Choisissez une carte de développement avec des démos.

• Décidez de télécharger une version gratuite, standard ou professionnelle du compilateur C XC16 ou XC32.

• Pour Android, téléchargez le progiciel gratuit Android Framework, qui fait partie du MAL (Microchip Applications Libraries) Utilisez le progiciel commercial approprié, le compilateur C XC et l'environnement MPLABX IDE pour développer et déboguer l'interface de l'accessoire.

• Demandez une assistance supplémentaire à Microchip si nécessaire.

Les instructions pour une nouvelle conception de compteur intelligent incluraient probablement un écran graphique couleur QVGA, une couche tactile résistive, une liaison radio vers un capteur à distance et une connexion Internet WiFi. La minimisation du temps de développement logiciel serait aussi importante qu'il aurait également besoin d'un système d'exploitation en temps réel qui planifie les tâches et gère les ressources.

Une stratégie de mise en page typique pourrait être :

• Utilisez un langage de haut niveau.

• Faire un usage intensif des systèmes d'exploitation en temps réel disponibles dans le commerce, des piles de protocoles de communication et des bibliothèques/outils de support.

• Adoptez une approche modulaire de la conception matérielle.

• Fournir une voie d'évolution claire afin que la conception soit la base d'autres produits.

Cela pourrait être l'approche pour réduire le temps de mise sur le marché d'un compteur intelligent :

• Contactez Microchip pour obtenir des conseils sur les exigences d'une application particulière.

• Visitez http://www.microchip.com/rtos pour la sélection du système d'exploitation en temps réel et les directives de support.

• Évaluez les options de microcontrôleur et multimédia avec un kit de démarrage pour PIC32, PIC24 ou dsPIC33E à l'aide d'une carte de développement d'extension multimédia.

• Suivez la stratégie indiquée dans la note d'application AN1264 « Intégration des bibliothèques Microchip avec un système d'exploitation en temps réel ».

• Utilisez les nombreuses batteries disponibles dans la bibliothèque d'applications de Microchip ou contactez Microchip pour une assistance supplémentaire.

• Développer et déboguer des micrologiciels d'applications mixtes à l'aide du compilateur XC16 ou XC32 C et de l'environnement IDE MPLABX de Microchip.

Les systèmes embarqués deviennent de plus en plus complexes, mais pour de nombreuses conceptions, les solutions commerciales de Microchip peuvent accélérer la mise sur le marché et peuvent même minimiser la nécessité pour les concepteurs de naviguer dans la courbe d'apprentissage introduite avec chaque nouvelle technologie.

Ces ressources de conception, telles que les centres de conception en ligne, les exemples de code, les notes d'application, les cartes de construction, etc., sont devenues un élément essentiel d'une boîte à outils de conception embarquée innovante et un facteur critique dans la sélection des microcontrôleurs.