Überblick
7 neue Entwicklungs-Kits für den Projektstart
Fast kein Entwickler wird seine Designs heute noch mit einem weißen Blatt Papier anfangen. Entweder ist schon ein Entwurfsmuster aus früheren Projekten vorhanden oder man greift auf das Entwicklungs-Kit eines Herstellers zurück, der ein bereits einsatzfertiges Board anbietet. Hier werden sieben Kits vorgestellt.
Populäre Boards wie Arduino und Raspberry Pi haben frischen Wind in das Geschäft mit Entwicklungs-Kits gebracht, obwohl beide Plattformen – höflich ausgedrückt – nicht gerade auf die neuesten Prozessorgenerationen setzen. Die meisten Arduino-Boards sind mit einem 8-bit-Controller von Atmel bestückt. Erst das neuere Arduino Due hat einen Cortex-M3-Kern an Bord. Und auch Raspberry Pi ist mit seinem ARM11 nicht mehr auf der Höhe der Zeit. Allerdings stand bei diesen Boards vor allem ein günstiger Preis im Vordergrund, da sie sich ja primär an interessierte Laien wenden. Das Erfolgsrezept dieser Kategorie von Boards sind wohl neben einem günstigen Preis die quelloffene Software, die das Entstehen einer Community fördert, und die Erweiterungsmöglichkeit mit „Shields“ bei Arduino und mit Modulen bei Raspberry Pi.
Die Zugriffe auf elektroniknet.de zeigen jedoch, dass die Experimentier-Plattformen auch bei professionellen Entwicklern auf großes Interesse stoßen. Der Beitrag „Starthilfe Raspberry Pi“ von Dr. Claus Kühnel, erschienen in Elektronik 23/2012, wurde 2013 auch auf elektroniknet.de veröffentlicht und war dort im vergangenen Jahr der am häufigsten gelesene Artikel.
Sicherlich taugt der Raspberry nicht für industrielle Projekte. Weshalb er trotzdem auch bei Profis so beliebt ist, liegt sicherlich daran, dass er ohne lange Entwicklungszeit ein schnelles Prototyping ermöglicht. Genau das bieten aber auch Starter- und Referenz-Kits von Halbleiter- und Board-Herstellern – und sie sind auch für reale Anwendungen in Industrie, Medizin, Gebäudesteuerung u.a. geeignet. Einige dieser Entwicklungs-Kits sollen hier vorgestellt werden. Sie sind zwar nicht so universell wie ein Raspberry Pi, dafür gibt es sie aber in allen möglichen Varianten, die schon recht gut auf ein bestimmtes Einsatzgebiet abgestimmt sind.
Universelles USB-Board
Das „Freedom“-Entwicklungs-Kit KL26Z (Bild1) von Freescale enthält einen Kinetis-K26-Controller mit Cortex-M0+-Kern. Die Kinetis-K-Familie, die aus über 400 Derivaten besteht, ist energieeffizient und hat dennoch so viel Rechen-Power, dass sie eintreffende analoge Signale über einen 16 bit breiten Analog-Digital-Wandler verarbeiten kann. Dabei ist die K10-Familie das Basismodell ohne Extras, das einen NAND-Flash-Controller und – dank Cortex-M0+ – auch eine Floating Point Unit mitbringt. Ebenso gehören verschiedene Timer, Taktsignale und Standard-Schnittstellen wie GPIO, I2C, UART und SPI zum Funktionsumfang. Der im Freedom Eval Kit eingelötete K26-Mikrocontroller bringt zusätzlich einen USB-on-the-go-Anschluss mit, kann also sowohl als USB-Host wie auch als USB-Device betrieben werden. Mit 128 KB Flash-Speicher verfügt der KL26 über die höchstmögliche Flash-Speicherbestückung der KL2x-Bausteine.
Ebenfalls auf dem Board sind ein kapazitiver Touch-Schieberegler, ein 6-Achsen-Sensor mit integriertem linearem Beschleunigungsmesser und Magnetometer, eine dreifarbige LED und ein Steckverbinder, der baugleich mit Arduino-Steckverbindern ist. Um die Software muss man sich hier allerdings selbst kümmern. Die Kinetis-L-Controller werden u.a. vom Echtzeit-Betriebssystem MQX und den Entwicklungs-Tools von Keil, IAR und Green Hills unterstützt.
Für das Internet der Dinge
Die RX100-Controller von Renesas sind die Low-Power-Exemplare der RX-Familie. Sie bieten sich besonders für Geräte des Internets der Dinge an. Neben den schon bestehenden RX111-Bausteinen gibt es mit RX110 jetzt eine nochmals kostengünstigere Version, bei der auf USB und auf Timer für die Motorsteuerung verzichtet wurde. Mit einem Stromverbrauch von nur 100 µA/MHz im Run-Modus, einer Aufweckzeit von 4,8 µs und drei Low-Power-Betriebsarten einschließlich eines Power-Down-Modus mit Real-Time-Clock-Betrieb bei niedrigstem Stromverbrauch ermöglichen die neuen, auf Renesas RX-CPU-Core basierenden Universal-MCUs besonders lange Laufzeiten für batteriebetriebene Anwendungen wie Blutzuckermessgeräte, Fernsteuerungen und vieles mehr.
Ein Entwicklungs-Kit gibt es bisher nur für den etwas leistungsstärkeren RX111 – das sog. Renesas Promotion Board RPBRX111 (Bild 2). Es wird mit einigen Beispielapplikationen geliefert sowie einer Low-Power-Demo mit einer grafischen Nutzeroberfläche, mit deren Hilfe der Entwickler die Stromaufnahme des Ziel-Board in allen seinen Low-Power-Modi messen kann. Zusätzlich zu den integrierten Strommessungsfunktionen bietet das Board eine On-Chip-Debug-Funktion für den J-Link-Debugger von Segger, eine integrierte USB-Schnittstelle, PMOD sowie Energy-Harvesting-Anschlüsse und zahlreiche digitale und analoge Peripherieelemente. Die mitgelieferte Renesas-C-Entwicklungsumgebung ist auf 60 Tage beschränkt.
Neben Distributoren wie Arrow, Glyn, MSC und Rutronik bietet das Entwicklungs-Kit auch IAR an, die eine Textversion der IAR Workbench für RX mitliefern, die allerdings auf 64 KB limitiert ist. Da der Mikrocontroller aber nur 16 KB RAM (und 128 KB Flash) hat, dürfte das zunächst ausreichen. Eine lizenzierte Version der Workbench wäre dann die Base Edition für max. 256 KB Code.
MSP430 Launchpad
Für den ebenso wie die ARM-M-Cores auf Low Power optimierten 16-bit-Controller MSP430 von Texas Instruments gibt es schon seit längerer Zeit das MSP430-LauchPad – ein Entwicklungs-Board, das alles enthält, um sofort mit der Software-Entwicklung für diesen Controller loszulegen. Das LaunchPad enthält einen DIP-Sockel, auf den Bausteine aus der MSP430 Value Line gesteckt werden können. Ebenso ist eine Flash-Emulation auf dem Board, die direkt mit dem Entwicklungs-PC verbunden werden kann, damit man direkt programmieren und debuggen kann – ohne Umweg über den aufgelöteten Flash-Speicher, der dann bei jedem Zyklus erst programmiert werden müsste. Mit dem LaunchPad können einfache interaktive Anwendungen realisiert werden, die z.B. die auf dem Board vorhandenen Taster und LEDs nutzen. Dank externer I/O-Pins können weitere Geräte eingebunden bzw. kleine Erweiterungs-Boards (Booster Packs) aufgesteckt werden.
Als neue Variante gibt es vom LauchPad nun auch eine USB-Version, die mit einem höher getakteten MSP430 mit 25 MHz bestückt ist, der jetzt fest aufgelötet ist. Wie der Name verrät, lassen sich damit USB-Geräte entwickeln. Über die Booster Packs können diese Geräte dann mit Peripherie wie WLAN, Temperatursensor oder Kapazitiv-Touch erweitert werden. Entsprechende USB-Stacks für die TI-eigenen Booster Packs sind vorhanden. Fortgeschrittene Entwickler können auch eigene Peripherie an die GPIO-Pins hängen und müssen dann aber ihre eigene USB-Ansteuerung programmieren.
Standardmäßig werden die LaunchPads mit der Entwicklungsumgebung Code Composer Studio von TI geliefert. Alternativ dazu kann aber auch die quelloffene Entwicklungsumgebung Energia (www.energia.nu) verwendet werden, die aus dem LaunchPad ein Art Arduino-Board macht, da Energia die Arduino-Programmierbibliothek Wiring verwendet. Ein interessantes Zubehör, das zu allen TI-LaunchPads passt, ist das „Fuel Tank BoosterPack“ (Bild 3).
Damit lassen sich die LaunchPads an einem Akku betreiben. Das BoosterPack enthält einen Lithiumpolymerakku mit 3,7 V und 1.200 mAh, ein USB-Ladegerät und eine Platine mit Lade-IC. An ein LaunchPad angeschlossen, verhält sich das BoosterPack wie eine Stromversorgung. Das Lade-IC gibt die verbleibende Batteriekapazität (in mAh), die verbleibende Laufzeit (in Minuten) sowie Spannung und Temperatur der Batterie aus. Das BoosterPack für die Launchpads gibt es nur bei Farnell (www.element14.com/boosterpack).
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