Was ist ein Mikrocontroller-Evaluierungsboard?
Ein Mikrocontroller-Evaluierungsboard ist eine Platine zur Entwicklung von Software für einen Ein-Chip-Mikrocontroller zur Gerätesteuerung, die in der Regel vom Hersteller des Mikrocontrollers zur Verfügung gestellt wird.
Die Entwicklung von Software für einen Mikrocontroller ist in der Regel erst möglich, nachdem die Schaltung einschließlich der Peripherieschaltungen entworfen und auf einer Platine montiert wurde. Wegen der Möglichkeit von Fehlern im Schaltungsentwurf dauert es jedoch sehr lange, bis die Software ordnungsgemäß funktioniert, da die Behebung von Fehlern im Schaltungsentwurf und die Fehlersuche in der vom Benutzer entwickelten Software gleichzeitig durchgeführt werden müssen.
Da Mikrocontroller-Evaluierungsboards vom Hersteller zur Verfügung gestellt werden, garantieren sie natürlich einen normalen Betrieb, was den Vorteil hat, dass mit dem Debugging der Software so früh wie möglich begonnen werden kann.
Anwendungen von Mikrocontroller-Evaluierungsboards
Mikrocontroller-Evaluierungsboards werden bei der Entwicklung von Software für Ein-Chip-Mikrocontroller zur Steuerung von Geräten eingesetzt, wobei sie vor allem in den frühen Entwicklungsphasen eine wichtige Rolle spielen. In den frühen Phasen der Entwicklung gibt es das endgültige Zielgerät mit Mikrocontroller noch nicht.
Das liegt daran, dass der Entwurf des Gehäuses und der Schaltungen parallel zur Entwicklung des Mikrocontrollers während der Produktentwicklung erfolgt. So ist es bei der Produktentwicklung meist der Fall, dass die Mikrocontroller-Entwicklung in Abwesenheit von Zielgeräten durchgeführt werden muss.
In diesem Fall wird die Mikrocontroller-Software unter der Annahme entwickelt, dass das Mikrocontroller-Evaluierungsboard ein virtuelles Zielgerät ist.
Funktionsweise des Mikrocontroller-Evaluierungsboards
Das Mikrocontroller-Evaluierungsboards enthält die minimale Hardware, die als periphere Komponenten des Mikrocontrollers benötigt wird. Dazu gehören ein Reset-Schaltkreis und eine Reset-Taste, ein Oszillator für den Transmitter-Schaltkreis zum Betrieb des Mikrocontrollers, eine 7-Segment-LED oder LCD-Anzeige zur Überprüfung des Betriebs am Ende des Ausgangsports, Schalter am Ende des Eingangsports, ein Treiber-IC für die serielle Kommunikation und ein Kommunikationsanschluss am Ende des seriellen Kommunikationsports.
Die folgenden Emulatoren können an Mikrocontroller-Evaluierungsboards angeschlossen werden:
1. ICE (In Circuit Emurator)
Dieser kann die Funktionen einer CPU übernehmen und anstelle der CPU an die zu entwickelnde Platine angeschlossen werden, um die Funktionsweise des Programms zu überprüfen. Da sich auf der Zielplatine kein Mikrocontroller befindet, verfügt der ICE selbst über einen Emulationschip und einen Speicher, während die Zielplatine für den Betrieb der Peripherieschaltungen zuständig ist.
Erweiterte Debugging-Funktionen wie Echtzeit-Tracing können genutzt werden. Im Allgemeinen sind oft Beispielprogramme für den Betrieb des Mikrocontroller-Evaluierungsboards enthalten.
2. On-Chip-Emulatoren
Einige Mikrocontroller mit eingebautem Flash-Speicher verfügen über interne Module für das Debugging. Über die integrierte Entwicklungsumgebung können vom Host-PC aus Befehle wie z.B. die Programmausführung erteilt werden, und die ausgegebenen Befehle werden durch ein Debugging-Kabel oder einen Befehlskonverter in der Zielplatine in Anweisungen umgewandelt.
Da es sich bei den umgewandelten Befehlen um Anweisungen handelt, die vom Debugging-Modul interpretiert werden können, werden die den empfangenen Befehlen entsprechenden Befehle zur Ausführung an die CPU gesendet. Ein Kabel oder Gerät, das zwischen dem Host-PC und dem Ziel-Mikrocontroller angeschlossen ist und über eine Befehlsumsetzungsfunktion verfügt, wird als On-Chip-Emulator bezeichnet.
3. JTAG-Emulator
JTAG ist ein Standard für Boundary Scan Test und TAP (Test Access Port) für den Test von integrierten Schaltungen und Platinen. JTAG-Emulatoren sind eine Art On-Chip-Emulator mit CPU-Debugger-Funktion.
Selbst auf mit BGA-Gehäusen usw. bestückten Platinen, bei denen es schwierig ist, die Anschlüsse zu prüfen, können Montagefehler problemlos untersucht werden. In der Produktentwicklung gibt es Fälle, in denen es notwendig ist, Steuersoftware für Hardware zu entwickeln, die nicht auf einem Mikrocontroller-Evaluierungsboard montiert ist.
In solchen Fällen wird ein zusätzliches Board mit der erforderlichen Hardware vorbereitet und mit dem Mikrocontroller-Evaluierungsboard verbunden. Die Anschlussmethoden sind unterschiedlich. In einigen Fällen wird die Karte direkt an die E/A-Ports des Mikrocontrollers angeschlossen, während sie in anderen Fällen über serielle Kommunikation verbunden wird.
Weitere Informationen über Mikrocontroller-Evaluierungsboards
1. Verwendung von Mikrocontroller-Evaluierungsboards
Mikrocontroller-Evaluierungsboards können elektrische Signale an jedem Ausgangsanschluss ausgeben, indem sie ein Programm in den ROM des Mikrocontrollers schreiben. Zusätzlich zu den Ausgangsports verfügen einige Produkte über ein eingebautes Netzwerkkommunikationsmodul, das für Kommunikationstests verwendet werden kann.
Die verwendete Programmiersprache hängt vom jeweiligen Produkt ab, aber die meisten Mikrocontroller-Evaluierungsboards können mit der Sprache C gesteuert werden.
2. Mikrocontroller-Evaluierungsboards FPGA
FPGAs (Field Programmable Gate Arrays) sind Bausteine, mit denen sich Fehler in den entworfenen Logikschaltungen an Ort und Stelle mit Hilfe der Hardware-Sprache korrigieren lassen.
Hardware-Sprache
Die Hardwaresprache ist eine Sprache, die zur Beschreibung von Halbleiterschaltungen verwendet wird. Die Art der Schaltung, die in der Hardwaresprache entworfen und beschrieben wird.
Logische Schaltungen
Die drei grundlegendsten Arten von Logikschaltungen sind
- UND-Schaltungen: logische Produktschaltungen
- ODER-Schaltungen: logische ODER-Schaltungen
- NOT-Schaltungen: negative Schaltungen
Die folgenden logischen Schaltungen werden durch Kombination dieser drei Arten von logischen Schaltungen gebildet.
- NAND: Negatives UND
- NOR: Negatives ODER
- EXOR: exklusive Disjunktion
Diese logischen Schaltungen können durch Umschreiben in Hardware-Sprache betrieben werden.
3. Unterschied zu Mikrocontroller-Entwicklungsboards
Mikrocontroller-Entwicklungsboards werden hauptsächlich für die Entwicklung von eingebetteten Geräten und IoT-Geräten verwendet und sind in einer breiten Produktpalette von 8-Bit bis 64-Bit erhältlich, von denen einige mit einem Echtzeitbetriebssystem für eingebettete Geräte oder einem Betriebssystem wie Linux ausgestattet werden können.
Die Hauptanwendungen sind die Steuerung von Sensoren und Antriebssystemen (Motoren) und die Entwicklung des IoT (Internet of Things = ein System, in dem Objekte autonom mit dem Internet verbunden sind und Steuerungsinformationen und Sammlungen austauschen), das sich derzeit zum Mainstream entwickelt. Da es sich bei den Evaluation Boards nicht um produktspezifische Geräte handelt, sind sie bis zu einem gewissen Grad universell einsetzbar, so dass sie für Programmtests und Schaltungstests in den frühen Phasen der Entwicklung eingesetzt werden.