Prototipare con la piattaforma mbed di Arm

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La piattaforma mbed di Arm consente di creare rapidamente prototipi di progetti IoT che impiegano un Mcu basato su architettura Cortex-M. Arm ha ideato l’iniziativa mbed per contribuire, con questi strumenti di prototipazione facile, alla rivoluzione di Internet of Things. La piattaforma mbed può contare su un solido ecosistema hardware e software per gli Mcu basati su Cortex-M. L’ambiente comprende gli stack dei protocolli di comunicazione e connettività per Bluetooth, reti cellulari, EtherNet, Thread, Wi-Fi, ZigBee IP, ZigBee Nan e 6LoWpan. Maxim Integrated è impegnata a collaborare con l’iniziativa mbed per costruire gli strumenti necessari a integrare nell’ecosistema i propri kit di valutazione e i moduli dei propri progetti di riferimento. Questi elementi, già esistenti, contribuiranno alla prototipazione e allo sviluppo di dispositivi IoT tramite la piattaforma mbed. Il mercato degli indossabili sta cambiando e crescendo a una velocità senza precedenti. Ad esempio, stanno crescendo rapidamente i settori degli smart watch e dei dispositivi di misura per la salute e il benessere. Le aziende che cercano con grande impegno di entrare in questo mercato sono numerose; la competizione è durissima, pertanto i progettisti hanno bisogno di un modo per semplificare la progettazione e la prototipazione a livello di sistema, al fine di soddisfare la richiesta di un time-to-market più breve. Generalmente il progettista di sistema inizia disegnando uno schema a blocchi, poi individua i circuiti integrati e gli altri componenti necessari, quindi sviluppa lo schema circuitale, infine - utilizzando uno o più kit di valutazione - cerca di valutare i componenti per convalidarli prima di progettare la scheda del prototipo. I kit di valutazione delle piccole Cpu non forniscono esempi software e non consentono un facile porting del firmware, pertanto nei progetti che impiegano questi dispositivi il firmware deve essere inserito manualmente in seguito, durante la prototipazione a livello di sistema. I kit di valutazione dei semiconduttori per contro possono risultare troppo grandi e scomodi da usare nella prototipazione dei progetti IoT. Generalmente impiegano un software Gui scaricabile da sito web che permette la programmazione e la configurazione, ma non sono adatti per la prototipazione. La versione 2.0 di Arm mbed comprende piattaforme di sviluppo basate sul processore Arm Cortex-M, utilizzato in molti dispositivi IoT. Le piattaforme includono un Software Development Kit basato su web che rende possibile il riutilizzo del software e una facile programmazione drag-and-drop per velocizzare la prototipazione.


La scheda Ard2Pmod

Molte delle piattaforme conformi ad mbed impiegano schede in formato standard Arduino, che consente l’inserimento di schede shield. Queste possono contenere progetti di riferimento relativi a singoli componenti, kit di valutazione, o interfacce di adattamento per collegare al microcontrollore le schedine in formato Pmod (Peripheral modules). Poiché su una stessa piattaforma mbed possono essere sovrapposte più schede shield (Fig. 1), diviene possibile realizzare rapidamente il prototipo di un sistema completo basato su processore Arm. Una speciale scheda shield realizzata da Maxim, la Ard2Pmod, è dotata di un connettore Pmod che consente l’inserimento di tutti i kit di valutazione e tutti i moduli Maxim in formato Pmod già disponibili (Fig. 2). La scheda shield Ard2Pmod consente di aggiungere al progetto tutti i dispositivi e le funzioni per cui Maxim ha realizzato moduli Pmod - tra cui conversione dati ad alta precisione, Real Time Clock ad alta precisione, funzioni avanzate come il rilevamento della luce ambientale. L’utilizzatore può aggiungere queste e altre funzioni al kit di sviluppo mbed scegliendo i moduli Pmod di interesse all’interno della gamma Analog Essentials (Fig. 3).

mbed OS, per una prototipazione rapida

La versione 3.0 di Arm mbed, indicata anche come “mbed OS,” comprende un sistema operativo e funzioni adatte alle piattaforme di sviluppo di dispositivi IoT, che consentono all’utilizzatore di iniziare rapidamente la prototipazione senza necessità di scrivere driver complessi in software o firmware. Il sistema operativo di mbed impiega un ambiente di programmazione C/C++ e un compilatore basati su web, che consentono agli utilizzatori di scrivere i programmi, compilarli on-line, quindi scaricarli sul processore della piattaforma mbed. Compatibile con sistemi Windows, Mac, iOS, Android e Linux, non richiede di installare alcun programma di sviluppo software. Il software può essere scaricato sulla scheda di sviluppo conforme ad mbed, con una semplice funzione drag-and-drop. La piattaforma mbed impiega codice open-source, pertanto il software può essere condiviso con la comunità on-line. Il sito dell’iniziativa mbed comprende già centinaia di librerie di prodotti scaricabili per accelerare l’inizio della prototipazione. Le librerie possono essere importate in qualunque programma, modificate, quindi ripubblicate. Nella pagina di ogni libreria è possibile vedere quali sono i programmi pubblicati che la utilizzano. Le librerie pubbliche compaiono nella pagina Code e nel wizard di importazione dell’Ide. Così come i programmi, le librerie generano automaticamente la documentazione se è compresa nel codice. In mbed, le librerie dei driver delle periferiche personalizzate rendono possibile un uso standardizzato e semplificato di un maggior numero di periferiche. Con pochi click, l’utilizzatore può pubblicare il proprio codice e collaborare con altri utilizzatori. Il compilatore di mbed consente anche l’esportazione completa verso varie catene di strumenti, nel caso ciò sia richiesto dal progetto quando si entra nella fase di produzione.

Schede di sviluppo conformi mbed

Le schede di sviluppo conformi alla piattaforma mbed impiegano Mcu a 32 bit basate sul processore Arm Cortex-M. Sul mercato sono disponibili molte schede di sviluppo conformi alla piattaforma mbed, acquistabili on-line, da catalogo o dai distributori partner di Arm (Fig. 4). La piedinatura di una normale scheda di sviluppo conforme alla piattaforma mbed può essere configurata per adattarsi ai requisiti di molte diverse schede shield. La Fig. 5 mostra la scheda MAX32600MBED di Maxim. Le schede shield possono contenere progetti di riferimento relativi a singoli componenti, kit di valutazione, oppure un’interfaccia tra i moduli Pmod e l’Mcu. Grazie alla configurazione standardizzata dei pin, il progetto e il layout delle schede shield possono essere adattati facilmente alla scheda della piattaforma mbed. Varie aziende, tra cui Maxim, forniscono un semplice software che consente una facile prototipazione dei kit di valutazione e dei moduli dei progetti di riferimento nell’ambiente mbed.

Accelerare la prototipazione e lo sviluppo del codice

Nel mondo IoT è possibile collegarsi in modalità wireless anche al prototipo di un progetto o a una piattaforma di test, utilizzando una web app anziché un programma per Pc. Utilizzando un device server insieme a una piattaforma come la MAX32600MBED, è quindi possibile interagire via Internet con la piattaforma per collaudarla, eseguire demo e farla funzionare. Ciò è utile soprattutto per la prototipazione di progetti IoT comprendenti sensori e attuatori che impiegano un Mcu e del software. Aderendo all’iniziativa mbed e sviluppando apposite schede shield, Maxim può ampliare gli utilizzatori servibili tramite i propri kit di sviluppo modulari (schede shield e Pmod), per stare al passo con il mercato IoT. Queste schede, neutrali rispetto ai processori, consentono di accelerare la prototipazione e lo sviluppo del codice. Il compilatore on-line, lo scaricamento drag-and-drop e la condivisione del codice permettono infine una prototipazione rapida e la soluzione dei problemi.

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