Обзор демонстрационного набора компании Renesas для приложений сферы Интернета вещей

John Donovan

Digi-Key

В следующие несколько лет прогнозируется широкое распространение приложений и устройств сферы Интернета вещей, что обусловлено резким развитием беспроводных технологий передачи данных и оснащением различных бытовых, медицинских и промышленных устройств модулями беспроводной связи. Многие, если не большинство, из этих устройств будут выполнены на высокопроизводительных микроконтроллерах с ультранизким энергопотреблением, иметь батарейное питание и работать с различными датчиками. Проектирование подобных устройств и приложений остается достаточно сложной задачей. Тем не менее, многие производители учитывают этот момент и различными методами пытаются упростить создание, прототипирование и тестирование приложений Интернета вещей. Компания Renesas для этих целей предлагает демонстрационный набор, основные характеристики которого мы рассмотрим в статье.

В состав демонстрационного набора Renesas YRDKRL78G14 Demonstration Kit (RDK), разработанного в сотрудничестве с компанией BNS Solutions (Рисунок 1), входит высокоинтегрированная демонстрационная плата, которая содержит богатый набор различных датчиков, Wi-Fi (802.11b) модуль беспроводной передачи данных Gainspan GS1011MIPS, графический ЖК дисплей, модуль экрана по технологии электронной бумаги  E-INK, и набор примеров и демонстрационных приложений с исходными кодами для иллюстрации процесса создания приложений, работающих с облачными сервисами.

Рисунок 1.	Внешний вид демонстрационной платы из набора Renesas YRDKRL78G14 Demonstration Kit.

Компания Renesas позиционирует свои микроконтроллеры (МК) с ультранизким энергопотреблением семейства RL78/G14 как МК общего назначения. Словно в подтверждение этого, демонстрационная плата представленного набора содержит множество периферийных компонентов от различных компаний-партнеров: трехосевой акселерометр, датчики температуры и освещенности, ИК применик и передатчик, компоненты полнофункциональной аудио подсистемы, светодиоды, мощный полевой транзистор, симистор, и, если этого будет недостаточно, разъемы расширения для подключения дополнительных периферийных модулей, а также область для макетирования под экраном E-INK (Рисунок 2). Плата позволяет реализовать множество различных задач, как при непосредственной работе с ней, так и через Интернет.

Рисунок 2.	Блок-схема демонстрационной платы. Высокопроизводительный микроконтроллер, богатый набор периферии, модуль беспроводной передачи данных идеально подходят для разработки приложений Интернета вещей.

Сердце оценочной платы – система-на-кристалле

Демонстрационная плата выполнена на 16-разрядном CISC-микроконтроллере семейства RL78/G14 R5F104PJAFB в 100-выводном корпусе с 256 Кбайт Flash-памяти. Имея производительность 44 DMIPS на тактовой частоте 32 МГц, МК потребляет в активном режиме всего 66 мкА/МГц. В режиме пониженного энергопотребления Halt Mode с активными часами реального времени и детектором низкого напряжения питания потребление снижается до 0.6 мкА, а в режиме Stop Mode – до 0.24 мкА. Представители семейства МК RL78/G14 выпускаются в различных корпусах с объемом встроенной памяти от 16 Кбайт до 256 Кбайт для Flash-память программ, от 4 Кбайт до 8 Кбайт для Flash-памяти данных и от 2.5 до 24 Кбайт для ОЗУ.

Отличительные особенности микроконтроллеров семейства RL78/G14:

• высокопроизводительное ядро с поддержкой инструкций умножения, деления и умножения с накоплением;
• дополнительные команды процессора и улучшенные функции внутрисхемной отладки;
• контроллер передачи данных и контроллер событий;
• поддержка функции самопрограммирования;
• усовершенствованные модули таймеров:
  • массив 16-разрядных 8-канальных таймеров;
  • несколько 16-разрядных таймеров;
  • часы реального времени с календарем;
  • интервальный таймер;
  • сторожевой таймер;
• многоканальные последовательные интерфейсы: CSI/SPI, UART/LIN, I²C;
• многоканальный 8/10-разрядный АЦП с временем преобразования 2.1 мкс;
• 8-разрядный 2-канальный ЦАП, аналоговый компаратор, датчик температуры;
• несколько режимов пониженного энергопотребления;
• диапазон напряжений питания: 1.6 – 5.5 В.

Отличительная, и в некотором роде уникальная, энергосберегающая особенность указных МК – это встроенный контроллер передачи данных (Data Transfer Controller, DTC). Контролер активизируется при использовании обработчиков прерываний периферии и передает данные «из памяти в память», минуя центральный процессор. В случае простой передачи данных, например, при пересылке результата преобразования АЦП в память, использование DTC уменьшает время обработки данных, устраняя время, обычно затрачиваемое на выгрузку запроса прерывания в стек, его обработку (обычно используются ресурсы процессора), затем вывод его из стека и выполнение инструкции RTE для возобновления выполнения приостановленной программы. Другими словами, DTC может сократить время передачи данных от АЦП в память с 22 циклов до 12, в результате чего процессор может выполнять другие задачи или находится в «спящем» режиме, снижая потребление энергии.

Демонстрационные приложения

Демонстрационный набор поставляется с несколькими предустановленными приложениями, выбор которых осуществляется при помощи кнопок на оценочной плате. При первом включении на ЖК дисплее отображаются окружающая температура, освещенность в люменах и текущие x/y/z координаты, полученные от акселерометра. Оценочная плата выступает в роли ограниченной точки доступа, поэтому подключиться к ней можно непосредственно с ПК или смартфона. На Рисунке 3 изображен вариант управления периферией оценочной платы с помощью бесплатного приложения для iPad, которое можно скачать из Apple App Store. При запуске приложения оно обнаруживает Wi-Fi модуль Gainspan и игнорирует другие доступные беспроводные сети, а простое нажатие на кнопку инициализирует подключение – все очень просто. Далее приложение открывает web-страницу, которую генерирует  web-сервер демонстрационной платы (реализуется в приложении), где отображаются данные с датчиков температуры и освещенности, а также текущие значения координат от акселерометра. Дополнительно из приложения можно управлять пользовательскими светодиодами на демонстрационной плате. Приложение для Android-устройств доступно на сайте компании Gainspan.

Рисунок 3.	Визуализация данных, получаемых от датчиков на демонстрационной плате, которая работает в режиме Wi-Fi точки доступа, и управление периферией с помощью приложения на iPad.

Второе демонстрационное приложение (Рисунок 4) позволяет подключить плату к общей беспроводной сети Wi-Fi. После подключения платы к локальному маршрутизатору (роутеру), пользователь получает возможность удаленного управленияь ею через Интернет. Пользователь может подключить к оценочной плате модуль  камеры, дополнительную периферию и исполнительные механизмы, например, с целью создания домашней системы безопасности и автоматизации с функциями удаленного управления.

Рисунок 4.	Демонстрационная плата может работать в режиме веб-сревера, поэтому удаленный контроль периферии и получение данных от датчиков возможно реализовать через Интернет.

Набор содержит еще несколько Интернет-приложений с исходными кодами, которые могут использоваться не только для демонстрационных целей, но и в качестве заготовок и шаблонов при разработке собственных приложений.

Демонстрационный набор поставляется с набором программных инструментов для программирования и отладки:

• Интегрированная среда разработки IAR’s Embedded Workbench Kick Start Edition (с ограничением по размеру кода до 16 Кбайт);
• Интегрированная среда разработки Renesas e²studio с GNU компилятором и компоновщиком;
• Программа Renesas Application Leading Tool (Applilet) для генерирования драйверов периферии ввода/вывода;
• Программатор Renesas Flash Programmer;
• Терминальная программа TeraTerm 4.5.

Для пользователей также доступны различная документация, в том числе учебные пособия, практические рекомендации и Readme-файлы для большинства проектов, – все с исходными кодами. Для проверки этого огромного количества примеров потребовалось бы очень много времени, но те что использовались для тестирования оценочной платы, работали как ожидалось. Хорошие комментарии к исходному коду позволяют без труда разобраться в нем, и даже использовать отельные секции в своих приложениях. Программный инструмент Applilet снимает завесу тайны с процесса создания драйвера для любой новой периферии ввода/вывода, например, когда требуется подключить модуль камеры.

Заключение

Несомненно, демонстрационный набор Renesas YRDKRL78G14 является завершенной аппаратно-программной платформой, которая позволит разработчикам встраиваемых систем программировать, тестировать и отлаживать широкий спектр приложений, использующих в своей работе различные датчики. Несмотря на то, что демонстрационный набор нельзя назвать полноценной платформой разработки, он обеспечивает быстрый способ прохождения пути от оценки возможностей до первого прототипа с минимальными усилиями.