Nové možnosti s aplikační deskou mbed

Základní deska mbed je dobře známa jako malá a levná vývojová sada určená pro přípravu prototypů procesorových jednotek, která urychluje a usnadňuje uvedení vývojářů do světa procesorů ARM. Její vývojová aplikační deska je navržena tak, aby splnila potřeby všech, kdo se chtějí začít zabývat vývojem vestavěných jednotek – od profesionálních konstruktérů po studenty a kutily. 

Základní deska

Základní desku mbed vyvíjí a její průběžnou podporu zajišťuje společnost ARM. Deska je postavena na procesorové jednotce MCU (Micro Controller Unit) NXP LPC1768, která obsahuje výkonné jádro ARM Cortex-M3 a různá rozhraní, např. Ethernet, USB, CAN, SPI a I2C. Je k dispozici v provedení jako modul DIP se 40 kontakty ve dvou řadách a její rozměry jsou pouhých 54 × 26 mm (obr. 1). Lze ji volitelně napájet prostřednictvím rozhraní USB. Co se týče konektorů, samotná deska mbed kromě USB žádná rozhraní nemá. V podstatě jde jen o základní procesorovou jednotku s rozhraním USB pro připojení k počítači. Konstruktéři uvedené desky se rozhodli pro toto řešení, protože jejich cílem nebylo vyvinout kompletně vybavený a nákladný modul přeplněný periferiemi. Vycházeli ze skutečnosti, že existuje obrovské množství úloh pro vestavné systémy a ani bohatě vybavená základní deska nikdy neobsahuje ty správné součásti a periferní rozhraní – některé chybějí a některé přebývají. Nejde jen o cenu základní desky, ale i o její rozměry. Jestliže se vývojář snaží navrhnout vestavné zařízení velikosti kreditní karty, nemůže použít příliš velkou základní desku plnou nepotřebných součástí nebo periferních zařízení. Proto bylo přijato rozhodnutí vybavit desku mbed naprostým minimem funkcí, aby uživatel mohl sám prostřednictvím vývojové aplikační desky přidat pouze to, co potřebuje k přípravě svého prototypu. 

Vývojová aplikační deska

Vývojová aplikační deska mbed (obr. 2), kterou dodává společnost RS Components, má rozměry téměř přesně odpovídající rozměrům kreditní karty. Deska byla navržena tak, aby ji bylo možné použít v co největším počtu úloh, ale přitom aby její rozměry zůstaly minimální. Jde o desku s velkým počtem funkcí, včetně displeje LCD s rozlišením 128 × 32 bodů, tříosového akcelerometru a snímače teploty, rozhraní pro bezdrátové připojení ZigBee nebo WiFi, konektorů rozhraní Ethernet a USB a konektorů typu jack pro reproduktory a mikrofon. 

Konektivita

Hlavní výhoda desky mbed spočívá po­dle jejího výrobce v možnostech připojení, díky kterým může být základem mnoha zařízení tzv. internetu věcí (IoT, Internet of Things). O termínu IoT se v současné době často hovoří. Jde o systém, v němž libovolný fyzický předmět nebo zařízení, např. domácí elektrický spotřebič, lékařský přístroj nebo i světelný zdroj, má vlastní komunikační funkce, může vysílat data a být ovládán prostřednictvím webové aplikace. Deska mbed je vybavena vestavěným rozhraním pro Ethernet, konektorem rozhraní USB, kterým lze k jednotce připojit paměťovou jednotku USB flash, ale i např. komunikační modul pro mobilní sítě 3G, a konektorem xbee pro připojení modulů ZigBee, WiFi nebo Bluetooth. K desce je možné připojit také snímače teploty a zrychlení, potenciometry a tlačítka a generovat signály pro ovládání servomotoru (PWM), pro signální LED, pro bzučák nebo pro grafický displej LCD. Možnosti využití aplikační desky jsou proto omezeny jen fantazií vývojáře. Je jasné, že deska samotná ne vždy přesně plní požadavky skutečné úlohy, ale díky dvouřadové patici lze snadno přidat doplňková zařízení. 

Ovladač komunikačního modulu 3G

Jednou z nových možností je připojení desky mbed k mobilní síti 3G pomocí komerčně dostupných komunikačních modulů s rozhraním USB. Výrobce desky mbed nedávno oznámil uvolnění knihovny ovladačů pro modul 3G od společnosti Vodafone, která je k dispozici prostřednictvím vývojářského webu mbed.org (http://goo.gl/9OQlx). Knihovna byla vyvinuta ve spolupráci s vývojáři společnosti Vodafone a umožňuje uživatelům získat připojení do mobilní sítě 3G jednoduše zasunutím modulu do rozhraní USB desky mbed. Za zmínku stojí i to, že výrobce zmíněné desky vyvíjí knihovnu ovladačů pro modul 3G také ve spolupráci s operátorem Sprint, působícím v USA (http://goo.gl/moLgG).

Tato funkce rozšiřuje komunikační možnosti desky, aby byla ještě lepším nástrojem pro vývoj prototypů zařízení M2M a IoT bez ohledu na druh připojení k internetu. K dostupným funkcím patří odesílání a příjem SMS, rozhraní pro protokoly TCP/IP, NTP, HTTP a pro webové služby. Podporovat však lze i jiné protokoly. Knihovna používá stejnou architekturu jako knihovny mbed pro rozhraní WiFi a Ethernet, proto je možné mezi různými typy přenosu dat přepínat jednoduše změnou několika řádků kódu. Pro některé další nápady ke koncepci IoT je k dispozici krátký film na adrese http://goo.gl/b4ppH. 

Nástroje

Závěrem ještě pár informací o vývojových nástrojích pro mbed. Pravděpodobně nejvýjimečnější vlastností vývojového prostředí mbed je to, že nástroje jsou kompletně uloženy v cloudu a uživatelský kód se zapisuje a kompiluje v integrovaném vývojovém prostředí (IDE) dostupném on-line, které se spouští v operačních systémech Windows, Linux nebo Mac OS X. Jelikož je kompilátor spuštěn on-line, kompilátor mbed umožňuje konstruktérovi napsat programy v jazyce C++ a následně je zkompilovat a stáhnout pro spuštění na desce mbed NXP LPC1768, aniž by bylo třeba v počítači spouštět instalační program kompilátoru nebo program pro jeho nastavení. Kompilátor desky mbed využívá programové jádro kompilátoru ARM RealView, produkující čistý a účinný kód, který lze použít dokonce i pro komerční produkty. Nástroje mbed je možné používat společně s dalšími profesionálními vývojářskými nástroji.

Vývojové desky mbed jsou podporovány na vývojářském webu www.mbed.org, kde mohou uživatelé také ukládat vlastní programy. Web www.mbed.org obsahuje i blogy, fóra, programové knihovny vložené uživateli, příklady kódů publikovaných komunitou mbed a další vývojové zdroje, např. softwarové vývojové sady SDK v C/C++ pro programování periferních zařízení. 

…a trocha dalšího čtení

Pro platformu mbed je k dispozici učebnice a sada poznámek k přednáškám publikovaným Dr. Robem Toulsonem z Anglia Ruskin University. Jsou k dispozici na webech http://goo.gl/C4WP4 a http://goo.gl/cCqsP. 

Mark Cundle, Global Head of Technical Marketing, RS Components

Obr. 1. Základní deska mbed

Obr. 2. Vývojová aplikační deska mbed od společnosti RS Components