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 daugther cardokon — vagy mezzanine-kártyákon — alapulnak, egyre gyakoribbá válnak, és hatékony alternatívát jelentenek az említett megoldásokkal, különösen a kisebb méretű egységekkel szemben. Az Intel által az ipari processzorokhoz és lapkakészletekhez bevezetett támogatás nagymértékben felgyorsította az x86-alapú SBC-k alkalmazását az ipari feldolgozás és vezérlés területén. Az ARM-rendszerek dominanciája alternatív SBC-k széles választékát vonzza maga után, amelyek több olyan alkalmazási területet is megcéloznak, ahol a költségek még kritikusabbak.
A rendszerszintű tervek, amelyek moduláris számítógépeket használnak, szintén előnyöket biztosítanak a csatlakoztathatóság terén. Az előnyben részesített processzorrendszerektől függetlenül, az SBC-gyártók teljes mértékben egyetértenek azzal, hogy két, egymással kölcsönösen csatlakozó szabvány szükséges: az USB és az ethernet.

USB és ethernet
Mindkét szabvány a nem ipari szektorban gyökerezik, de egyre nagyobb számban kerülnek felhasználásra az egyes alkalmazásokban. Az univerzális kompatibilitásuknak köszönhetően, az alacsony szintű meghajtók mind USB-hez, mind pedig az ethernethez elérhetők, szinte az összes beágyazott operációs rendszer estében, amelyeket moduláris számítógépekben használnak. A leginkább ismert a Linux, amely könnyedén fut x86-, MIPSvagy ARM-rendszerek alatt is. Fontos azonban megemlíteni, hogy a gyorsan növekvő mikrovezérlők is támogatják az USB- és ethernetcsatlakoztathatóságot, anélkül, hogy szükségük lenne az olyan beágyazott operációs rendszerek előnyeire, mint a Linux.
Ez egy határtalan környezetet jelent az adatok számára. Egyre nagyobb hangsúly helyeződik az adatok létrehozására, gyűjtésére és szállítására, amely során az adathordozhatóság jelentős előnyöket kínál. Ebből a szempontból kereskedelmileg és technikailag egyre nagyobb előnyökkel jár az USB- és/vagy ethernetcsatlakozások új platformokba való integrálása.
Ebben a cikkben először az USBvagy ethernetcsatlakozások hozzáadásának lehetőségét tekintem át a már meglévő, illetve tervezés alatt álló megoldásokhoz, majd röviden megemlítem a mikrovezérlő-gyártók által diktált, egyre növekvő trendet, amely természetes támogatást nyújt az olyan csatlakozóstandardokhoz, amelyeket a mikrovezérlők egyre nagyobb számába integrálnak.

USB-csatlakozás utólagos beállítása
Amellett, hogy az USB elsőbbséget élvez a jövőbeni fejlesztéseknél, már meglévő alkalmazások is nyújthatnak némi előnyt, amelyek jelenleg nem rendelkeznek USB interfésszel. 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 RAM-elemeket, támogatást biztosít számos interfészhez, beleértve az UART, SPI, FIFO és PWM-et is. A teljes USB protokoll-adatgyűjtést az eszközben található hardver-erőforrások végzik, felszabadítva a processzorteljesítményt a felhasználók által fejlesztett alkalmazásokhoz. Vinculum-alapú modulok széles választéka kínálja egészen egyszerű módját annak, hogyan változtassa át egy mikrokontroller tartalék soros portját teljes értékű USB-csatlakozóvá anélkül, hogy alkalmazná az USB-funkcionalitás hozzáadásához szükséges protokollszoftvereket vagy meghajtófirmware-eket.
Nemrégiben 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 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 („shield”-ek).
A Vinculo fejlesztői platform és a Vinculo shieldek is elérhetők az RS kínálatában (RS raktári szám: 720-3732 és 720-3723). A Vinculo-platform magában foglalja a fejlesztéshez szükséges hardvereket és szoftvereket, illetve integrál egy 8 csatornás 10 bites 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 meghajtókönyvtárat, amely szükséges az USB-háttértár, Human Interface Device (HID), nyomtató, kommunikáció vagy műszerezés létrehozásához, továbbá a „Proto” kártya lehetővé teszi a fejlesztők számára, hogy saját shieldeket hozzanak létre.

Ethernet Arduinóval

Az Arduino-platform flexibilitása lehetővé teszi a fejlesztők számára, hogy ethernetcsatlakozón keresztül csatlakozzanak az internetre az Arduino Ethernet Plug-In-Module (RS raktári szám: 715-4072) használatával, amely Atmel AVR mikrovezérlőt használ Wiznet W5100 ethernetlapkával együtt. Együttesen olyan hálózatot alkotnak, amely képes kezelni mind a TCP-, mind pedig az UDP-protokollt, amelyek alapvetőek az IP-alapú kommunikációban.
Egy időben négy csatlakozó támogatott, továbbá a kártyán elérthető az ethernet-könyvtár is, amelyet Arduino „sketch”-ek írásához lehet felhasználni. Ezek a shield segítségével csatlakoznak az internethez. Hosszú csavartvezetékes elosztókat használ az Arduino processzorkártyához való csatlakozáshoz, lehetővé téve így egy újabb shield hozzáadását. A kártyán található egy micro-SD foglalat is, amely fájlok tárolására is használható.

Természetes USB- és ethernettámogatás
A moduláris megoldásokban támogatott természetes USB- és ethernetcsatlakozások integrálásra kerültek a mikrovezérlőkben is, különösen azért, 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, Microchip PIC32-termékcsaládhoz tartoznak, és MIPS-maggal rendelkeznek. A szokásos I/O mellett a legfontosabb tulajdonságokat, amit 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 ethernet beillesztését egy beágyazott alkalmazásba, ezenfelül természetesen minden eszközhöz teljes könyvtár- és meghajtótámogatás jár, hogy az integráció a lehető legkönnyebb módon végrehajtható legyen.

Hosszú távú elérhetőség
Az ethernet és az USB is egyre ismertebbé válik az ipari környezetben, ahogy népszerűségük új alkalmazási területeken is mind nagyobb lesz. Ezeknek a technológiáknak a globális alkalmazása egyre inkább elterjed az egész alszektorban; az elérhetőségük és támogatásuk ugyanúgy jelen lesz mindenhol, mint maguk a protokollok. Az USB és az ethernet olyan pozícióval rendelkezik, amely alapján nem valószínű, hogy bármilyen alternatív megoldás kiszorítaná; a piacnak pontosan erre van szüksége — garantált, hosszú távú elérhetőségre. Ahogy a felhasználásuk növekszik ebben a szektorban, előbb-utóbb érint minden alkalmazási területet, amely során az USB vagy az ethernet kiemelkedő szerepet játszik, ill. játszani fog.

Az RS Components honlapja