Két lábon áll
Az Ethernet és az USB egyesült erővel köti össze az ipari rendszereket
Két, egymással látszólag szembenálló trend irányítja a beágyazott technológiák piacainak nagy részét: a modularitás és a csatlakoztathatóság. A moduláris kialakítás számos előnnyel jár, de csatlakoztathatóság nélkül a végső megoldást megvalósíthatatlanná teszi.
A moduláris platformok, amelyek gyakran egykártyás számítógépeken (SBC) és az egyre bővülő úgynevezett daugther – vagy mezzanine – kártyákon alapulnak, egyre gyakoribbá válnak, és hatékony alternatívát jelentenek a bevezetőben említett moduláris megoldásokkal szemben, különösen a kisebb sorozatoknál. Az Intel által az ipari processzorokhoz és lapkakészletekhez bevezetett támogatás nagymértékben felgyorsította az x86 alapú SBC-k alkalmazását az ipari folyamatirányítás és vezérlés területén.
Az ARM architektúrák dominanciája alternatív SBC-k széles választékát hozza magával, amelyek több olyan alkalmazási területet is megcéloznak, ahol a költségek még kritikusabbak. A moduláris számítógépeken alapuló rendszerszintű tervezés szintén előnyöket kínál a csatlakoztathatóság terén. A kiválasztott processzorrendszerektől függetlenül az SBC-gyártók teljes mértékben egyetértenek abban, hogy két csatlakoztatási szabvány, együttesen az USB és az Ethernet felé fordítódik a legnagyobb figyelem.
USB és Ethernet
Mindkét szabvány a nem ipari szektorban gyökerezik, de egyre nagyobb számban kerülnek felhasználásra alkalmazások széles körében. Általános kompatibilitásuknak köszönhetően az alacsony szintű driverek elérhetők mind USB-hez, mind pedig Ethernethez, szinte az összes moduláris számítógépekben használatos operációs rendszer esetében. A leginkább népszerű a Linux, amely könnyedén fut x86, MIPS vagy ARM rendszerek alatt is.
Fontos azonban megemlíteni, hogy a gyorsan növekvő mikrovezérlők is támogatják az USB és Ethernet csatlakoztathatóságot, anélkül hogy szükségük lenne az olyan beágyazott operációs rendszerek előnyeire, mint a Linux. Mindez határok nélküli beágyazott környezetet jelent az adatok számára. Egyre nagyobb súly helyeződik az adatok létrehozására, gyűjtésére és továbbítására, amelynek során az adathordozhatóság jelentős előnyöket kínál.
Ebből a szempontból kereskedelmileg és technikailag mind nagyobb előnyökkel jár az USB és (vagy) Ethernet csatlakozások új platformokba való integrálása. Írásunkban először az USB vagy Ethernet csatlakozások hozzáadásának lehetőségét tekintjük át már meglévő, illetve tervezés alatt álló megoldásokhoz; majd röviden megemlítjük a mikrovezérlő-gyártók által diktált egyre hangsúlyosabb trendet, amely támogatja a mikrovezérlők növekvő számába integrálható csatlakozóstandardokat.
USB csatlakozás utólagosan
Amellett, hogy az USB elsőbbséget élvez a jövőbeni fejlesztéseknél, már meglévő, USB interfésszel nem rendelkező alkalmazások számára is hordoz előnyt. A Future Technology Devices International (FTDI) az USB utólagos illesztéséhez kínál egyedi megoldásokat. A kulcsfontosságú elemek a Vinculum vagy Vinculum-II host/slave vezérlő, amely kombinálja a 16 bites mikrovezérlőt, a flash és a RAM elemeket, támogatást nyújt számos interfészhez, beleértve az UART, SPI, FIFO és PWM interfészt is.
A teljes USB protokollon alapuló adatgyűjtést az eszközben található hardvererőforrások végzik, felszabadítva a processzorteljesítményt a felhasználók által fejlesztett alkalmazásokhoz. Vinculum-alapú modulok széles választéka kínálja egészen egyszerű módját annak, hogyan változtassuk át egy mikrokontroller tartalék soros portját teljes értékű USB csatlakozóvá anélkül, hogy alkalmaznánk az USB funkcionalitás hozzáadásához szükséges protokollszoftvereket vagy driver-firmware-eket.
A közelmúltban az FTDI bejelentette egy új USB megoldás bevezetését, amely ötletesen kombinálja a moduláris elképzelést az USB csatlakozás integrált megközelítésével. A Vinculo egy fejlesztői platform az USB 2.0 csatlakozás beágyazott rendszerekhez való hozzáadásához, amelyet az Arduino Duemilanove/Uno platform inspirált, és amelyet az RS Components, a világ egyik vezető, magas színvonalú szolgáltatást nyújtó, elektronikai és karbantartási termékeket forgalmazó vállalata is erősen támogatott.
A Vinculo platform lehetővé teszi a fejlesztők számára, hogy úgy integrálják az USB 2.0 interfészt, hogy egyesítik az FTDI Vinculum II VNC2-64 kétcsatornás host/slave vezérlőjét az interfészlehetőségekkel az Arduino nyílt forráskódú közösség által fejlesztett, egyre szélesebb körben elérhető I/O kártyáiban (shieldek). A Vinculo fejlesztői platform és a Vinculo shieldek is elérhetők az RS kínálatában. A Vinculo platform magában foglalja a fejlesztéshez szükséges hardvereket és szoftvereket, illetve integrál egy nyolccsatornás, tízbites analóg-digitális konvertert (ADC), amely a VNC2-n a PWM interfésszel lehetővé teszi a platform számára, hogy analóg vezérlőhurkokban is használják.
Digitális vezérlés is támogatott 38 általános célú I/O-n (GPIO) keresztül. A Vinculo programnyelvet, amely az ANSII-C-hez tartozik, az FTDI ingyenes szoftverfejlesztői eszközei, könyvtárai és referenciatervei is támogatják. Ez magában foglalja az összes driverkönyvtárat, amely szükséges az USB háttértár, a kezelői interfész (HID), a nyomtató, a kommunikáció vagy a műszerezés létrehozásához, továbbá a Proto kártya lehetővé teszi a fejlesztők számára, hogy saját shieldeket hozzanak létre.
Ethernet Arduinóval
Az Arduino platform rugalmassága lehetővé teszi a fejlesztők számára, hogy Ethernet porton keresztül csatlakozzanak az internetre az Arduino Ethernet plug-in modul használatával, amely Atmel AVR mikrovezérlőt használ Wiznet W5100 Ethernet lapkával. Együttesen olyan hálózatot alkotnak, amely képes kezelni mind a TCP, mind pedig az UDP protokollt, ezek pedig köztudottan alapvetőek az IP-alapú kommunikációban.
Egy időben négy csatlakozó támogatott, továbbá a kártyán elérthető az Ethernet könyvtár is, amelyet Arduino sketchek írásához lehet felhasználni. Ezek a shield segítségével csatlakoznak az internethez. Hosszú, csavart vezetékes elosztókat használnak az Arduino processzorkártyához való csatlakozáshoz, lehetővé téve így egy újabb shield hozzáadását. A kártyán található egy mikro-SD foglalat is, amely a hálózati fájlok tárolásában tesz jó szolgálatot.
Elsődleges USB és Ethernet támogatás
A moduláris megoldásokban támogatott natív USB és Ethernet csatlakozásokat integrálták a mikrovezérlőkbe is, különösen mert az ARM és a MIPS rendszer továbbra is egyeduralkodó a piacon. A 32 bites mag egyszerűbbé teszi a vezetékes és vezeték nélküli kommunikációs protokollok természetes támogatását, amely világosan látható az olyan elérhető termékek egyre növekvő számából (NXP, STMicroelectronics és Atmel), amelyek ARM rendszert használnak, Microship PIC32 termékcsaládhoz tartoznak és MIPS maggal rendelkeznek.
A szokásos I/O mellett a legfontosabb tulajdonságokat, amelyeket a mérnökök elvárnak egy mikrovezérlőtől, most már szinte az összes gyártó ajánlja. Ez nem más, mint az Ethernet és USB csatlakozás. Az ilyen szintű integráció sokkal egyszerűbbé teszi az USB és az Ethernet beillesztését egy beágyazott alkalmazásba, ezen felül természetesen minden eszközhöz teljes könyvtár és drivertámogatás jár, hogy az integráció a lehető legkönnyebb módon végrehajtható legyen.
Hosszú távú elérhetőség
Az Ethernet és az USB egyaránt ismertté válik az ipari környezetben, ahogy népszerűségük új alkalmazási területeken is egyre nagyobb lesz. E technológiák globális alkalmazása elterjed valamennyi ágazatban; az elérhetőségük és támogatásuk ugyanúgy jelen lesz mindenhol, mint maguk a protokollok.
Az USB és az Ethernet olyan pozíciót vívott ki magának, amely alapján nem valószínű, hogy bármilyen alternatív megoldás kiszorítaná őket: a piacnak pontosan erre van szüksége – garantált hosszú távú elérhetőségre. Ahogy felhasználásuk kiszélesedik az ipari szektorban, előbb-utóbb pozitívan érint minden alkalmazási területet, amelyben az USB vagy az Ethernet már ma is kiemelkedő szerepet játszik, illetve játszani fog a jövőben.
