Una rivoluzione nel campo della progettazione embedded: Scrivere codice da remoto su hardware reale!

di Nebojsa Matic, Amministratore delegato MIKROE

La pandemia di COVID-19 ha costretto tutti noi a fare telelavoro, ma a dir il vero c’era già una tendenza al lavoro da remoto molto prima del 2020. Secondo un sondaggio condotto da un sito per chi vuol fare carriera, Ladders, entro la fine di quest’anno il 25% di tutti i ruoli professionali nel Nord America sarà svolto da remoto. Altre fonti concordano: uno studio preparato dalla società di analisi Gartner afferma che “Dopo gli anni del COVID-19, quasi la metà dei dipendenti lavorerà da remoto per almeno parte del tempo”, mentre secondo un sondaggio condotto nel 2020 da Statistica, “Il 36% delle persone impiegate in Germania erano coinvolte con il telelavoro”.

Sebbene per chi normalmente si reca in ufficio sia abbastanza facile lavorare da casa – o mentre è in viaggio – è difficile rendere flessibili altre funzioni. Una delle attività in cui è stato difficile attuare il telelavoro è la progettazione di dispositivi elettronici embedded, che richiede una gamma di strumenti e di costose schede di sviluppo. Tutto questo sta per cambiare con l’innovativa Planet Debug, la prima piattaforma hardware-as-a-service del settore che consente ai progettisti di sviluppare da remoto sistemi integrati e di eseguirne il debug senza bisogno di investire nell’hardware.

Planet Debug è una combinazione di molti elementi e può essere vista come una fase naturale per un’azienda – Mikroelektronika (MIKROE) – che crea strumenti di sviluppo dedicati alla standardizzazione e alla riduzione dei tempi nel settore dei sistemi embedded. Questo nuovo approccio alla progettazione mette in grado chiunque, dovunque nel mondo purché abbia a disposizione accesso stabile a Internet, di scrivere codice ed eseguirne il debug per un numero enorme di microcontroller e architetture. Non è necessario, sia che si operi come libero professionista o presso un’azienda, possedere hardware di sviluppo, ma il codice che si scrive viene eseguito su autentiche schede di sviluppo – non stiamo parlando di simulazione.

Struttura di un sistema tipico Planet Debug

Per capire bene, facciamo un passo indietro e osserviamo il percorso evolutivo che è sfociato in Planet Debug. Nel 2011, MIKROE ha sviluppato il socket mikroBUS, caratterizzato da un layout a 16 pin open standard che le ha consentito di lanciare la gamma di schede periferiche Click. Se si include un socket mikroBUS su una scheda di sviluppo, oggi è possibile scegliere fra oltre 1.000 diverse schede figlia Click che permettono di valutare e aggiungere un numero enorme di vari tipi di dispositivi periferici – sensori, sistemi wireless, driver di motori, sistemi di gestione della potenza elettrica, interfacce utente e altro ancora – al sistema embedded che si sta progettando. Successivamente MIKROE ha lanciato una gamma di schede di sviluppo e poi lo standard per microcontroller (MCU), mikroSDK 2.0, una serie di librerie software open source con strumenti unificati per lo sviluppo di API e altro software che rendono il codice applicativo portatile e riutilizzabile su una varietà di piattaforme e architetture senza che quasi occorra modificarlo. Hanno completato il quadro una gamma di schede figlia per MCU denominate SiBRAIN, insieme a vari display intelligenti mikromedia. Ora i progettisti possono scegliere una scheda di sviluppo – di MIKROE o di qualsiasi altro produttore, dotata dei socket mikroBUS e SiBRAIN – e provare un numero straordinario di combinazioni di microcontroller e funzioni periferiche, molto più rapidamente e a un costo molto inferiore di quanto non sarebbe necessario se dovessero sviluppare tutto l’hardware e acquistare tutti gli strumenti di sviluppo personalizzati da vari produttori. Fondamentalmente, questo approccio offre ai progettisti di sistemi integrati la flessibilità di valutare un’ampia gamma di microcontroller senza dover familiarizzare con diversi strumenti o effettuare un investimento considerevole in nuovi strumenti che potrebbero essere a malapena utilizzati.

Particolare di una delle schede di sviluppo inquadrata dalla rispettiva telecamera.

Ma questo è solo l’inizio. Poi MIKROE ha effettuato due lanci notevolissimi – un ambiente di sviluppo integrato (IDE, Integrated Development Environment) e funzioni di debug attraverso Wi-Fi.

Ambiente di sviluppo integrato NECTO

NECTO Studio è un kit di sviluppo software multipiattaforma completo, pensato per applicazioni embedded e che offre tutto quanto necessario per avviare lo sviluppo e la prototipazione, comprese applicazioni Click board™ e interfacce grafiche per dispositivi embedded. Il software può essere creato rapidamente perché gli sviluppatori non hanno bisogno di considerare codice di livello basso e quindi rimangono liberi di concentrarsi sul codice applicativo, così che se occorre sostituire il microcontroller o anche l’intera piattaforma, non sono costretti a risviluppare il codice per il nuovo componente – possono semplicemente passare alla piattaforma desiderata e applicare il corretto file di definizione della scheda; il codice applicativo continuerà a essere eseguito dopo una singola compilazione.

La versione più recente dell’IDE, NECTO Studio 2.0, aggiunge supporto naturale per compilatori GCC impiegabili con microcontroller RISC-V. Attualmente supporta oltre quattordici RISC-V e molte altre architetture avanzate di ARM, Microchip, NXP, STMicro, Renesas e altri produttori. Tutte le architetture, compresa RISC-V, sono supportate in mikroSDK; ne risulta un set completo di librerie mikroSDK 2.0, per cui i progettisti possono usare tutte le Click su qualunque microcontroller da loro scelto e passare agevolmente da un’architettura all’altra senza bisogno di modificare una singola riga di codice.

CODEGRIP: strumento universale di programmazione e debug attraverso Wi-Fi

L’elemento finale nella creazione di Planet Debug è CODEGRIP, uno strumento universale di programmazione e debug. Colmando le differenze tra vari microcontroller, CODEGRIP consente di programmare molti di essi (e di eseguirne il debug)– ARM® Cortex®-M, RISC-V, PIC®, dsPIC, PIC32, e AVR, da una vasta gamma di produttori. Vengono aggiunti continuamente altri microcontroller e gli aggiornamenti saranno gratuiti per l’intera durata del prodotto.

CODEGRIP è l’unico strumento che mette in grado i progettisti di programmare i loro dispositivi e di eseguirne il debug attraverso Wi-Fi oltre che mediante connessione USB-C. Nessun’altra azienda offre questo vantaggio.

Mentre l’interfaccia con connettori USB-C di CODEGRIP offre prestazioni e affidabilità migliorate rispetto ai connettori USB Type A/B tradizionalmente utilizzati, la connettività wireless ridefinisce il modo in cui è possibile impiegare schede di sviluppo. Ad esempio, CODEGRIP può essere collocato in punti ad accesso difficile come ambienti pericolosi, edifici molto alti e impianti agricoli pur assicurando accesso completo per il debug e la programmazione.

La prima piattaforma hardware-as-a-service nel settore dei sistemi embedded

Il risultato finale di tutti questi sviluppi è Planet Debug, la prima piattaforma hardware-as-a-service nel settore dei sistemi embedded – che riduce i tempi di programmazione e i costi oltre a consentire flessibilità totale di progettazione.

Per appena 4 dollari al giorno, i progettisti possono prenotare tempo su una stazione Planet Debug remota configurata secondo i loro requisiti, sviluppare il codice delle applicazioni ed eseguirne il debug da remoto tramite NECTO IDE senza necessità di ordinare l’hardware, attendere che arrivi e collegare fra di loro tutti i componenti del progetto.

Per i progettisti che sono sicuri di volersi impegnare a usare un determinato percorso hardware senza cambiarlo per un lungo periodo di tempo, può essere preferibile acquistare le appropriate schede di sviluppo Fusion, le schede di microcontroller SiBRAIN e le schede periferiche Click per un costo probabilmente pari a 400 dollari – potranno pur sempre sfruttare il vantaggio della straordinaria flessibilità di progettazione e il breve time-to-market. Ma chi sta ancora valutando molti approcci diversi all’hardware o richiede, per esempio, 10 giorni per lo sviluppo, può prenotare tempo su una delle oltre 126 schede di sviluppo disponibili sulle stazioni Planet Debug per appena 4 dollari al giorno. MIKROE s’incaricherà di configurare una posizione su Planet Debug con la combinazione di microcontroller/scheda periferica/display che il progettista desidera provare, che potrà così iniziare lo sviluppo sin dal giorno dopo. Il grande vantaggio di Planet Debug è che mette in grado gli sviluppatori di vedere immagini reali di schede reali in tempo reale – non si tratta di una simulazione.

Impiegando Planet Debug, il progettista risparmia sia tempo che denaro. Inoltre può approfittare dell’offerta ‘prova prima di acquistare’ e può sostituire schede periferiche, display o anche il microcontroller senza bisogno di acquistare alcun hardware, apprendere nuovo software o scrivere nuovo codice. Planet Debug è una soluzione eccellente sia per studenti che per professionisti. Nell’ambiente didattico, è possibile condividere risorse e non occorre nessuna configurazione per predisporre un sistema. Per gli ingegneri, il tempo è la risorsa più preziosa e Planet Debug facilita raggiungere rapidamente la fase operativa e rispondere alle esigenze sempre diverse dell’ufficio di commercializzazione del prodotto. Un fattore importantissimo è che la scarsità di chip non influirà sul tempo di sviluppo.

Attualmente Planet Debug è disponibile presso gli impianti MIKROE di Belgrado, nella vicina università di NoviSad, negli Stati Uniti (Minnesota) e in Messico, e una posizione è prenotabile presso qualunque impianto, da chiunque, ovunque nel mondo.

L’hardware-as-a-service è il futuro della progettazione di sistemi embedded. Inizialmente può essere un concetto difficile da capire perché si basa su così tanti elementi: le schede periferiche Click e quelle di microcontroller SiBRAIN basate su socket standard, le schede di sviluppo Fusion, CODEGRIP e NECTO. Ma il logico obiettivo finale per MIKROE è sempre stato combinarli nella piattaforma Planet Debug. È già disponibile, e sta rivoluzionando il campo della progettazione embedded.