Digitrode

Интернет вещей — горячая тема для дискуссий среди специалистов, потому что сегодня рынок предлагает огромные возможности для создания продукции, облегчающей жизнь потребителям. И эта продукция повлияет на множество вещей нашей повседневной жизни, поскольку к 2020 году ожидается, что количество подключенных к сети устройств составит более 30 миллиардов.

Подумайте, какую пользу принесет тот факт, что бытовые приборы и электронное оборудование будут связаны с вашим мобильным устройством или будут иметь непосредственный выход в интернет. Вы сможете удаленно контролировать расход воды, газа и электричества благодаря подключенным к сети счетчикам, система безопасности сама отправит вам фотографию помещения при срабатывании сигнализации, свет можно включать и выключать, находясь вдали от помещения, посудомоечная машина сама сообщит вам об утечке воды. Кроме того, благодаря подключению устройств к сети производители оборудования смогут удаленно обновлять программное обеспечение этих устройств или удаленно устранять возникшие неполадки.

Ответ — для приложений с повышенной функциональной безопасностью. По крайней мере ядра ARM Cortex-R в высокопроизводительных «реальновременных» микроконтроллерах компании Texas Instruments для этого и применяются.

Хотя процессоры Cortex-R практически полностью совместимы с процессорами Cortex-A и Cortex-M в плане набора инструкций, все-таки между ними есть существенные различия. В частности, ядро Cortex-R характеризуется более высокой производительностью по сравнению с Cortex-M, и в то же время оно может выполнять детерминированные операции, чего сложно добиться на процессорах приложений Cortex-A. Так что с точки зрения производительности Cortex-R располагается между Cortex-M и Cortex-A, но в то же время может применяться как в микроконтроллерах, так и в процессорах.

Чтобы без особых проблем разрабатывать и поддерживать проекты, их нужно структурировать. В своих проектах люди используют абстракцию вне зависимости от характера разработки — будь-то электронное устройство, программа или механическая деталь. В этой статье пойдет речь о том, как использовать иерархию в VHDL-коде.

Зачастую весь VHDL-код умещают в одном файле на одном уровне. Если бы мы, к примеру, разрабатывали печатную плату, то не стали бы размещать на ней кучу дискретных компонентов. Вместо этого мы бы взяли микроконтроллеры, микросхемы памяти и другие устройства и классифицировали бы их как «компоненты», которые должны выполнять определенные функции. В некоторых случаях мы бы использовали на плате отдельные компоненты несколько раз. Это бы существенно упростило нашу работу.

Если мы сравним разработку VHDL-кода с созданием печатной платы, то мы можем думать о нем, как об одноуровневой плате с большим количеством устройств и компонентов на ней. Плата не выполняет никаких других функций, кроме соединения определенным образом всех проводов. Этот же подход можно применить к VHDL, как показано на примере ниже.

Архитектура ARM и средства разработки

Все большее число производителей предлагают 32-разрядные микроконтроллеры на основе ядра ARM Cortex-M, и в то же время, имеются и новые среды разработки, предназначенные для таких микроконтроллеров. Некоторые языки программирования и инструменты, ранее доступные только для настольных компьютеров, в настоящее время портируются на ARM-микроконтроллеры.

Технические преимущества архитектуры ARM Cortex-M, такие как высокая производительность, высокая плотность кода, поддержка ОС и гибкость системы памяти, также позволяют использовать новые методы разработки программного обеспечения на ARM-устройствах. Использование этих методов с 16- или 8-разрядными микроконтроллерами может быть неэффективным или даже невозможным.

Открытость архитектуры ARM позволяет поставщикам программных сред разработки создавать среды для множества микроконтроллеров различных производителей, в то время как инструменты, разработанные для 8- и 16-разрядных устройств имеют ограниченный охват рынка.

Более широкая область внедрения также позволяет поставщикам программных инструментов создавать среды разработки приложений для определенных сегментов рынка встраиваемых решений, вроде M2M (межмашинное взаимодействие) и IoT (Интернет вещей), а также внедрять альтернативные языки программирования.

Кристиан Затинаил (Cristian Zatonyl) разработал собственную систему домашней автоматики на основе Raspberry Pi и устройств Z-Wave. Руководство, с помощью которого можно, создать подобную систему он выложил в сети.

Итак...

Нам потребуется:

Инженер Фабьен ле Ментек (Fabien le Mentec) привел небольшое исследование, позволяющее лучше оптимизировать работу 8-разрядных контроллеров. Он работал над регулятором напряжения на основе 8-разрядного микроконтроллера ATMEGA328P фирмы ATMEL. Основная логика контроллера была реализована в главной функции main() и зависела от периодического таймера, функционирующего с фиксированной частотой. В обработчике прерывания по таймеру инкрементировалась переменная-счетчик, которая затем использовалась в основной программе для правильной в плане синхронизации работы контроллера напряжения.

Посмотрев на код Фабьена, один интересующийся человек отметил, что в этом коде для счетчиков используется тип uint8_t вместо unsigned int, и сказал, что с этим могут возникнуть трудности в рамках данного проекта. Но Фабьен пояснил причины и последствия такого решения.

Электронный счетчик энергии представляет собой устройство измерения потребляемой энергии в КВт-ч. В отличие от обычных электромеханических счетчиков такой прибор основан на электронных устройствах, благодаря которым выполняется расчет энергопотребления.

На протяжении десятилетий технические специалисты и энтузиасты в области домашней автоматики рассуждали о концепции «умного» дома. Они предсказали появление целых сетей датчиков, окутывающих дом, приложений для мониторинга состояния окружающей среды в доме, интеллектуальных охранных устройств и заключили, что все это будет управляться через сеть с помощью смартфона или планшета. Отдельные компоненты, вроде датчиков и исполнительных механизмов присутствуют на рынке с давних времен. Но большой проблемой было то, что они не могли разговаривать друг с другом, потому что не было универсального протокола связи, благодаря которому можно было бы следить и управлять всеми этими устройствами из одной точки.

На протяжении последнего десятилетия основной движущей силой домашней автоматики были преимущественно энтузиасты-самодельщики. Однако теперь, когда ZigBee стала доминирующей технологией связи для приложений «умных» домов, интерес к ней стал стремительно нарастать как со стороны независимых разработчиков, так и со стороны крупных компаний.

Где только можно не встретить Raspberry Pi? С помощью этого мини-ПК было сделано множество забавных проектов, к нему было выпущено большое количество аксессуаров. Но на этом потенциал Raspberry Pi не заканчивается. Люди используют его на кухне, в телефоне и даже в голове робота R2D2 из Звездных воин.

Где еще?

Когда мы слышим термин «операционная система», первое, что приходит нам в голову, это то, с чем мы имеем дело практически ежедневно — Windows, Linux, Ubuntu, Android. В основном мы связываем операционные системы с персональными компьютерами, но большинство цифровых электронных устройств также работает под управлением какой-то операционной системы. В мире уже насчитывается немало операционных систем, разработанных для микроконтроллеров, и они нам знакомы под названием Операционные Системы Реального Времени (ОСРВ, Real Time Operating System, RTOS). Словосочетание «реального времени» означает, что отклик ОСРВ должен быть быстрым на сколько это возможно или необходимо для данной задачи. У микроконтроллеров не так много памяти для хранения кода, поэтому ОСРВ содержат в себе только самые важные и нужные для работы элементы и функции. Они обеспечивают небольшие системы минимальным числом необходимых потоков, планированием и мониторингом нескольких задач.

Обычно ОСРВ является сегментом или частью всей программы, которая определяет приоритеты задач, обрабатывает сообщения задач и координирует действие всех этих задач. ОСРВ это сложное понятие, и разберем его на примере автомата состояния.