Per interfacce uomo-macchina evolute

MICROCONTROLLORI –

Nuovi microcontrollori e specifici strumenti di sviluppo possono agevolare lo sviluppo di innovative interfacce uomo-macchina in applicazioni industriali.

Le interfacce utente utilizzate in ambito industriale sono in rapida evoluzione. I display esadecimali a riga singola azionati da una serie di pulsanti sono stati rimpiazzati da sistemi grafici più immediati e più facili da usare. Gli utenti sono ormai così abituati allo stile intuitivo offerto dai computer e dai comuni dispositivi di largo consumo che si aspettano la stessa praticità anche con altre apparecchiature elettroniche. Nello stesso tempo, i costi associati agli Lcd sono calati, consentendone l'impiego in un maggior numero di applicazioni, ad esempio a livello industriale e domestico.
Dal punto di vista dell'imprenditore, i vantaggi di un'interfaccia grafica ben definita sono tanti. Innanzitutto, se un'apparecchiatura o un processo industriale sono facili da utilizzare o controllare non occorre un'elevata preparazione tecnica per svolgere il lavoro; in secondo luogo, la semplicità riduce i rischi di errore in fase operativa. Inoltre, poiché i dati necessari vengono appresi più velocemente, anche le decisioni sono più rapide e più consapevoli. Per di più, la possibilità di comunicare informazioni in formato grafico può eliminare le barriere linguistiche, semplificare la distribuzione globale e consentire maggiori economie di scala.

L'importanza dell’architettura hardware
Al centro delle attuali interfacce uomo-macchina vi è l'architettura hardware. In molti sistemi industriali e domestici vi è un numero sempre crescente di microcontrollori che hanno lo scopo di combinare funzioni di elaborazione con periferiche integrate, dedicate ad applicazioni Hmi (Human-Machine Interface). Si consideri, ad esempio, la famiglia Toshiba di microcontrollori basati sul nucleo processore ARM926EJ-S a 32 bit. Il nucleo Arm è stato sviluppato per offrire funzioni video avanzate, creando un design innovativo per l'interfaccia utente. Toshiba ha poi aggiunto diversi livelli di funzioni Hmi. Ad esempio, il modello TMPA910CRAXBG integra un avanzato controllore Lcd con un acceleratore grafico, un'interfaccia per schermi tattili e un ingresso per sensore grafico Cmos. Offre inoltre supporto Usb ad alta velocità (480 Mbps) e un controllore host per memorie SD. Con una frequenza operativa di 200 MHz (nel range termico da 0 a 70 °C) o di 150 MHz (nell'intero range termico industriale da -20 a +85 °C), il microcontrollore rappresenta una solida base su cui realizzare interfacce uomo-macchina. Il dispositivo è in grado di interfacciarsi con driver per display Stn e Tft, supporta una risoluzione di 800x480 pixel e una resa cromatica a 24 bit (con 16,77 milioni di colori disponibili in modalità Tft). Ciò consente la creazione di interfacce grafiche ampie e altamente dettagliate. L'acceleratore Lcd offre funzioni di scala, filtraggio e fusione di immagini e fornisce un'elaborazione video in tempo reale. Per favorire il processo di sviluppo, Toshiba ha anche realizzato il kit BMSKTOPASA910. Questo prodotto plug-and-play fornisce gli elementi hardware e software necessari per creare rapidamente sofisticate interfacce utente basate sul modello TMPA910CRAXBG e per verificare la validità del progetto in linea generale. Ciò consente anche a team di tecnici di piccole dimensioni di attivare velocemente la funzionalità dei propri sistemi. Il kit comprende un display Lcd touchscreen da 3,5” ed è dotato di interfacce Usb e SD e di una porta Ethernet. La scheda di sviluppo di 110x150 mm ospita al suo interno 2 Gbit di Nand Flash, 256 Mbit di Nor Flash e 512 Mbit di memoria Sdram. Il kit comprende un Cd-Rom con schemi elettrici e dati di layout del circuito stampato. La scheda possiede un'interaccia Jtag per l'assistenza al debug e offre, a richiesta, una vasta gamma di esempi software come supporto al team tecnico.

Il ruolo dell’ambiente di sviluppo
Naturalmente l'hardware è solo uno dei componenti di un buon progetto: scegliere i corretti strumenti di sviluppo è altrettanto importante. Vi è un crescente numero di strumenti di sviluppo per microcontrollori Arm e il loro costo è in rapida diminuzione. Un buon esempio se ne può trovare in TrueStudio di Atollic, azienda svedese specializzata in tool di sviluppo per sistemi embedded. TrueStudio è un ambiente di sviluppo per sistemi embedded efficiente ed economico basato sulla popolare piattaforma di sviluppo integrata Eclipse. L'azienda offre per questo tool sia una versione Lite che una versione Professional, la prima disponibile gratuitamente. Entrambe le versioni supportano l'intera gamma di prodotti Arm9 di Toshiba (nonché i microcontrollori Cortex-M3). Inteso principalmente per sviluppatori di sistemi embedded che utilizzano i linguaggi C/C++ e assemblatori, TrueStudio porta l'Uml (Unified Modeling Language) nella modellazione grafica. Un modernissimo editor C/C++ insieme a editor avanzati per assembler e makefile offrono un controllo sintassi a colori e funzioni di espansione/contrazione blocchi di codice, utili per velocizzare lo sviluppo delle applicazioni. Con TrueStudio è possibile realizzare sistemi embedded basati su prodotti ARM9 e Cortex M3 di Toshiba (ad esempio TMPA910CRBXBG, TMPA911CRXBG, TMPA912CMXBG e TMPA913CHXBG, con diversi livelli di funzionalità Hmi, e la nuova famiglia TMPM330/M370), compilare e assemblare codice sorgente, collegare file oggetto e librerie runtime. Il tool si basa su tool Gnu a riga di comando che da qualche anno a questa parte si stanno ampiamente diffondendo a tutti i livelli. TrueStudio contiene una semplice funzione di progettazione guidata o assistente e un intuitivo “project explorer” che può essere utilizzato per gestire il progetto e tutte le relative proprietà. L'assistente fornisce informazioni specifiche di utilizzo (ad esempio quale scheda di valutazione o quale microcontrollore Arm9 derivato Toshiba utilizzare) e informazioni su altre impostazioni di base. L'ambiente di sviluppo contiene inoltre un potente debugger in grado di effettuare il debug di programmi che operano su dongle Jtag o su simulatori di Cpu presenti nel computer del progettista. Il debugger contiene i normali controlli di esecuzione come ‘run’ (esegui), ‘run to cursor’ (esegui fino al cursore), ‘single-step’ (un passo), ‘step-in’ (entra nella funzione), ‘step-out’ (esci dalla funzione) ecc. Atollic ha inoltre realizzato funzioni specifiche per migliorare il lavoro di squadra, l'organizzazione del lavoro e le metodologie di sviluppo. Ciò elimina la confusione che si può creare quando più tecnici lavorano su uno stesso progetto e previene errori che ne possono ritardare il completamento. Uno strumento di controllo della versione tiene traccia del codice sorgente di ciascun utente, garantendo la possibilità di ripristinare una qualsiasi versione precedente di un file e di tenere traccia di tutte le modifiche fatte. Esso mantiene una registrazione di quali modifiche sono state fatte, quando sono state fatte, chi le ha fatte e per quale motivo. Consente agli sviluppatori di bloccare e sbloccare i file per le modifiche, separarli o fonderli, sfogliare il contenuto del server e visualizzare lo storico del file. Un sistema di gestione contestuale delle operazioni tiene traccia dei bug, voci da correggere e altri problemi. Se un'operazione viene sospesa per essere ripresa successivamente, anche settimane più tardi, TrueStudio richiama automaticamente l'ultimo contesto dell'operazione (ossia apre i file e le posizioni dei cursori relativi all'ultimo indirizzo).

Alcuni esempi applicativi
La creazione di complete interfacce uomo-macchina, che utilizzano dispositivi come il microcontrollore Arm di Toshiba i più recenti strumenti di sviluppo, può essere ulteriormente semplificata grazie a un efficace supporto tecnico alla progettazione offerto da distributori e terze parti. Si consideri, ad esempio, un semplice sistema di monitoraggio applicazioni sviluppato dal distributore di Toshiba Glyn. Glyn offre ai clienti i kit BMSKTOPASA910 di Toshiba da utilizzare con i normali componenti e tool aggiuntivi come i programmi grafici Segger. ELV offre il sistema di misura EM 1000-GZ/GZS che fornisce informazioni sul consumo di gas e di elettricità in impianti domestici e aziendali, documentando il flusso energetico attuale e quello precedente in modo che sia possibile effettuare modifiche ai pattern di consumo. Con questo strumento, è possibile visualizzare direttamente i consumi di elettricità e di gas senza dover interferire con l'installazione preesistente. Un diodo transceiver a infrarossi posizionato sul contatore ne registra la variazione numerica e consente di determinare il consumo nel tempo attraverso la pratica interfaccia utente.

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