Acelere a prototipagem e as atualizações de código com um depurador moderno no circuito

Os desenvolvedores enfrentam pressões para agilizar a entrega de produtos, mesmo quando os sistemas embarcados se tornam mais complexos. Os depuradores no circuito (ICDs) desempenham um papel fundamental aqui, ajudando a identificar e corrigir rapidamente os bugs. No entanto, os depuradores tradicionais são volumosos, inflexíveis e difíceis de usar, o que os torna inadequados para os requisitos atuais de desenvolvimento.

Em vez disso, os desenvolvedores podem selecionar uma solução moderna que seja compacta, tenha funcionalidade expandida e apresente conjuntos de ferramentas mais familiares ao desenvolvedor. Em particular, eles devem buscar apoio para o desenvolvimento rápido e atualizações de produtos no laboratório e no campo.

Este artigo descreve resumidamente a função e os requisitos dos ICDs. Em seguida, ele apresenta uma solução da Microchip Technology como um exemplo do que os desenvolvedores devem procurar em um ICD moderno. Também estão incluídas ferramentas de desenvolvimento compatíveis, dicas para começar e um guia rápido para usar um ICD em ambientes de produção.

Benefícios e desafios dos ICDs

Um ICD é uma ferramenta que se conecta a um processador instalado no hardware de destino. Essa conexão fornece acesso em tempo real ao processador, enquanto o sistema opera, permitindo tarefas como execução passo a passo e inspeção de memória. Um gravador de memória no circuito (ICP) se baseia nesses recursos, permitindo que o código e os dados sejam escritos na memória do processador. Juntos, esses recursos são essenciais para o processo de desenvolvimento embarcado.

No entanto, os depuradores tradicionais exigem habilidades especializadas e ambientes de desenvolvimento que podem restringir sua utilidade. Esses depuradores também podem ter limitações ao solucionar problemas de hardware de produção e, muitas vezes, exigem conexões JTAG que são impraticáveis de implementar no hardware de produção devido a restrições de custo e espaço. Além disso, o software e o hardware especiais necessários para a depuração podem ser complicados de levar para instalações de campo.

O ICD/ICP MPLAB PICkit 5 PG164150 da Microchip Technology supera essas restrições. Entre outros recursos, ele pode ser usado por meio de um aplicativo de smartphone com conectividade Bluetooth de baixa energia (BLE). Isso permite que os técnicos implementem imagens de código em campo, expandindo consideravelmente as possibilidades de correções de bugs e atualizações de software.

Principais recursos do MPLAB PICkit 5

O MPLAB PICkit 5 é um dispositivo versátil que suporta quase todas as unidades de microcontroladores (MCUs) e controladores de sinal digital (DSCs) da Microchip Technology, incluindo dispositivos PIC, dsPIC, AVR e SAM (baseados em Arm® Cortex®). Conforme mostrado na Figura 1, ele incorpora um slot para cartão microSDHC que permite que a ferramenta armazene várias imagens da memória do dispositivo.

Figura 1: É mostrada uma visão geral do MPLAB PICkit 5, destacando seus principais recursos. (Fonte da imagem: Microchip Technology)

O MPLAB PICkit 5 se conecta ao host por meio de um cabo USB Type-C e pode ser alimentado por esse cabo ou pelo circuito de destino. O depurador também inclui conectividade BLE, que permite aos usuários acessar a ferramenta a partir de um smartphone.

O depurador apresenta um conector de programação de 8 pinos no destino que suporta várias interfaces. Isso inclui JTAG de 4 fios, depuração serial por fio (SWD), Ethernet, JTAG de 2 fios compatível com versões anteriores e programação serial no circuito (ICSP). A Microchip Technology oferece a placa adaptadora AC102015 (Figura 2) que suporta todas essas interfaces.

Figura 2: A placa adaptadora AC102015 acomoda uma ampla variedade de interfaces. (Fonte da imagem: Microchip Technology)

O depurador suporta tensões de alimentação no destino de 1,2 V a 5,0 V para entrada no modo de programa de baixa tensão e de 1,8 V a 5,0 V para entrada no modo de programa de alta tensão. Ele também pode alimentar diretamente o dispositivo de destino com 150 miliamperes (mA).

As funcionalidades adicionais incluem uma porta de comunicação virtual (VCOM), vários pontos de interrupção de hardware e software, um cronômetro para operações de temporização e a capacidade de depurar arquivos de código-fonte diretamente. O depurador é alimentado por uma MCU ATSAME70N2 de 300 megahertz (MHz) que executa um sistema operacional em tempo real (RTOS), garantindo que não haja atrasos no download do firmware ao alternar entre dispositivos. Essa inteligência na placa também permite que o depurador ofereça suporte a novos dispositivos e recursos de destino.

Principais aprimoramentos em comparação com o MPLAB PICkit 4 e o MPLAB PICkit 3

A série MPLAB PICkit tem evoluído continuamente, introduzindo melhorias de flexibilidade, velocidade e compatibilidade de dispositivos a cada iteração. A Tabela 1 resume as atualizações críticas do MPLAB PICkit 5 em comparação com seus antecessores.

Tabela 1: O MPLAB PICkit 5 oferece muitas vantagens em relação aos seus antecessores. (Fonte da tabela: Kenton Williston)

Ambientes de desenvolvimento compatíveis com o MPLAB PICkit 5

O MPLAB PICkit 5 oferece suporte a ambientes de desenvolvimento, incluindo:

• O ambiente de desenvolvimento integrado (IDE) MPLAB X, um pacote de software com recursos completos para o desenvolvimento de sistemas embarcados.
• O ambiente de programação integrado (IPE) MPLAB, um aplicativo simplificado que inclui um modo de produção para técnicos que desenvolvem produtos baseados em processadores da Microchip Technology.
• A funcionalidade MPLAB Programmer-To-Go (PTG) que está incluída no MPLAB X e que funciona com o aplicativo de smartphone MPLAB X para iOS e Android.

O aplicativo de smartphone (Figura 3) é particularmente notável; ele permite que os usuários programem remotamente o hardware de destino usando um processo simples:

• O código é desenvolvido usando o MPLAB X e compilado em um arquivo hexadecimal .ptg que encapsula o código, os dados e as informações de configuração.
• O arquivo hexadecimal é baixado para um cartão microSDHC inserido no MPLAB PICkit 5.
• O cartão microSDHC pode acomodar vários arquivos hexadecimais, oferecendo aos usuários flexibilidade na programação de dispositivos de destino.
• O MPLAB PICkit 5 é conectado ao hardware de destino.
• Usando o aplicativo do smartphone, o usuário seleciona uma imagem de programa salva no cartão de memória para programar o dispositivo de destino.

Figura 3: O aplicativo MPLAB PTG de smartphone oferece uma interface simples. (Fonte da imagem: Microchip Technology)

O MPLAB PTG é particularmente útil em ambientes remotos ou móveis, onde equipamentos adicionais são impraticáveis. Ele pode programar dispositivos diretamente no campo sem um computador, transformando efetivamente o MPLAB PICkit 5 em uma ferramenta de programação autônoma.

Para os desenvolvedores, isso facilita atualizações rápidas de firmware no local, acelerando os ciclos de desenvolvimento e reduzindo o tempo de lançamento no mercado. Os técnicos podem então usar o MPLAB PTG para atualizar outros dispositivos de campo, permitindo uma rápida implementação de atualizações de produtos. A ferramenta também é valiosa para situações de emergência em que é necessária uma reprogramação rápida para restaurar a funcionalidade do dispositivo.

Primeiros passos com o MPLAB PICkit 5

Usar o MPLAB PICkit 5 com o IDE MPLAB X é um processo que deve ser familiar a qualquer desenvolvedor de embarcados. Os passos fundamentais são os seguintes:

• Instalação: a versão mais recente do IDE MPLAB X deve estar instalada. O MPLAB PICkit 5 geralmente é aceito sem drivers adicionais, mas os desenvolvedores devem consultar o site da Microchip Technology para obter as informações mais atualizadas.
• Configuração do projeto: o PICkit 5 pode ser selecionado como a ferramenta de hardware para programação e depuração ao criar um novo projeto. Essa seleção é feita nas propriedades do projeto na categoria "Ferramenta de hardware".
• Programação: depois que um projeto tiver sido configurado e o código preparado, a MCU poderá ser programada ativando o botão "Make and Program Device".

O IPE MPLAB oferece um processo mais direto para técnicos em um ambiente de produção. Os principais passos para usar essa ferramenta são os seguintes:

• Configuração: o MPLAB PICkit 5 deve ser selecionado entre as ferramentas disponíveis. O dispositivo de destino (modelo de MCU) e o arquivo hexadecimal destinado à programação devem ser selecionados.
• Programação: com o dispositivo e o arquivo hexadecimal escolhidos, a MCU pode ser programada pressionando o botão "Program". Se necessário, o IPE MPLAB apagará o dispositivo de destino, o programará e verificará a programação.

Em ambos os ambientes, é provável que os usuários encontrem dificuldades técnicas. Muitas vezes, esses problemas são causados por questões simples que podem ser resolvidas da seguinte forma:

• Verifique se as conexões estão corretas: o desenvolvedor deve verificar as conexões com o host e o dispositivo de destino. Se estiver usando uma interface ICSP, deve-se prestar atenção à orientação do conector.
• Verifique as configurações de energia: as configurações de energia devem ser verificadas. Alguns dispositivos podem ser alimentados diretamente pelo MPLAB PICkit 5, enquanto outros podem exigir alimentação externa.
• Atualizar o firmware: as atualizações de firmware para o MPLAB PICkit 5 são lançadas periodicamente pela Microchip Technology. Os desenvolvedores devem garantir que a versão mais recente esteja instalada.

Kits de desenvolvimento compatíveis com o MPLAB PICkit 5

O MPLAB PICkit 5 é compatível com vários kits de desenvolvimento projetados para aprendizado, criação de protótipos e desenvolvimento de aplicações. Por exemplo, as placas de desenvolvimento com pouca quantidade de pinos (LPC) da Curiosity, como a DM164137, que suportam 8, 14 ou 20 pinos, são projetadas para experimentação com MCUs PIC. Essas placas geralmente incluem um gravador de memória e um depurador integrados, mas uma ferramenta externa, como o MPLAB PICkit 5, pode oferecer recursos adicionais. Os desenvolvedores devem verificar se o gravador de memória integrado pode ser desconectado por meio de uma opção de jumper.

As placas de teste Xpress, como a DM164140 para o PIC16F18855, são outro exemplo. Essas placas são projetadas para prototipagem rápida com MCUs PIC específicas. Elas vêm com um gravador de memória e um depurador integrados, mas os desenvolvedores podem usar o MPLAB PICkit 5 para manter a consistência entre os projetos ou para obter recursos específicos desse depurador.

A Microchip Technology também oferece kits de iniciante, como a placa de teste PIC32MX XLP DM320105, que fornece o hardware e o software necessários para iniciar o desenvolvimento rapidamente. O MPLAB PICkit 5 seria útil para programar e depurar as MCUs incluídas nesses kits, oferecendo uma experiência perfeita.

Conclusão

Os ICDs modernos podem ajudar os desenvolvedores a acelerar os ciclos de desenvolvimento e implementar atualizações de produtos em campo. O MPLAB PICkit 5 suporta uma gama mais ampla de dispositivos de destino, opções de conectividade e ferramentas de software do que os depuradores anteriores, o que lhe confere um alto grau de flexibilidade e utilidade. Seu aplicativo para smartphone é particularmente notável, pois permite usar o MPLAB PICkit 5 em configurações que são difíceis de acessar com depuradores tradicionais.