Communication série en développement embarqué

Communication série

Communication série reste un moyen de communication important dans de nombreuses applications informatiques et réseau. Il est largement utilisé dans les systèmes embarqués car la plupart des ordinateurs peuvent gérer les connexions série de manière native ou avec l'aide d'émulateurs ou de convertisseurs.

Développement de systèmes embarqués qui se concentre sur les systèmes intégrés qui interagiront avec des ordinateurs à usage général trouve souvent qu'il est plus facile d'utiliser des interfaces série plutôt que des alternatives comme un bus d'extension PCI.

Contenu

  1. Qu'est-ce que le développement intégré?
  2. La communication série est-elle importante dans la programmation intégrée?
  3. Outils de développement de logiciels intégrés, émulateurs et débogueurs indispensables
  4. Matériel ou logiciel pour le développement de systèmes intégrés en série?

Qu'est-ce que le développement intégré?


Développement embarqué est aussi communément appelée programmation intégrée, programmation de systèmes intégrés ou développement de logiciels intégrés. C'est une branche spécialisée de la programmation informatique qui se concentre sur la programmation de systèmes embarqués. Les périphériques contrôlés via le développement intégré ne sont généralement pas considérés comme des ordinateurs autonomes. La programmation intégrée est utilisée pour contrôler le comportement d'appareils électroniques tels que les téléphones, les modems, les robots ou les composants électroniques d'automobiles et d'avions.

Logiciel embarqué vs logiciel d'application


Les développeurs utilisent les logiciels d’application pour créer des programmes et des outils exécutés sur un ordinateur généraliste, tel que votre ordinateur Mac ou Windows. Les traitements de texte que vous utilisez tous les jours ainsi que tous vos outils de médias sociaux sont des exemples des résultats du développement de logiciels d'application.

Lors du développement d'un logiciel d'application, le développeur peut tirer parti des fonctionnalités du système d'exploitation sur lequel le programme sera exécuté et est généralement retiré de toute interface directe avec les composants matériels périphériques. Une interface utilisateur destinée à permettre une interaction humaine avec la logique de l'application fait partie intégrante des efforts de programmation de nombreuses applications.

Le logiciel intégré est censé être autonome dans un périphérique spécifique. Certains langages informatiques à usage général peuvent également servir de langages logiciels intégrés. Les exemples sont C / C ++, Python et JavaScript. Ces langages sont des outils très populaires pour le développement intégré et sont également largement utilisés dans les applications et la programmation générale. Les programmeurs qui maîtrisent la programmation d'applications C peuvent facilement transférer ces compétences dans un projet de programmation C intégré.

Caractéristiques des systèmes embarqués


Les systèmes embarqués présentent certaines caractéristiques qui les distinguent des ordinateurs universels ou des dispositifs électroniques simples qui ne peuvent pas être programmés. Voici certaines des caractéristiques qui distinguent les systèmes intégrés:

Dédié à une fonction spécifique - Un système intégré est une combinaison de composants logiciels, middleware et matériels qui fonctionnent ensemble pour réaliser une fonction spécialisée. Ils ne sont pas programmables au-delà de cette fonctionnalité limitée.

  • Réactivité en temps réel - Les systèmes embarqués sont souvent utilisés dans des équipements exécutant des fonctions de surveillance et de contrôle automatisées. Le système doit pouvoir réagir avec précision et rapidité aux conditions physiques changeantes.
  • Ressources limitées - Les contraintes sur les ressources physiques disponibles pour les systèmes embarqués doivent être prises en compte dans leur conception et leur développement. L'espace est souvent rare dans les systèmes embarqués, ce qui signifie moins d'espace pour la mémoire ou le stockage.
  • Fiabilité - Dans de nombreux cas, les systèmes intégrés sont utilisés dans des équipements ou des composants effectuant des tâches critiques. Pour cette raison, ils doivent être construits de manière fiable et être fabriqués de manière à résister aux conditions physiques dans lesquelles ils fonctionneront. La défaillance d'un système embarqué peut avoir des conséquences désastreuses.
  • Consommation d'énergie efficace - Associées aux contraintes d'espace auxquelles de nombreux systèmes intégrés sont soumis, les périphériques auto-alimentés doivent utiliser efficacement les petites batteries.
  • Interface utilisateur simple ou inexistante - S'il existe une interface utilisateur dans un système intégré, la procédure est généralement très simple. De nombreux systèmes embarqués n'ont pas besoin d'interagir avec des humains et ne disposent d'aucune interface utilisateur.

La communication série est importante dans la programmation intégrée


La communication série est l'un des principaux moyens de transmission de données dans de nombreux systèmes industriels et automatisés. Même si l'ordinateur portable typique destiné à un usage domestique ne contient même pas une seule interface série, il en va tout autrement pour de nombreuses applications commerciales et industrielles d'appareils électroniques en réseau. Les dispositifs de surveillance, de détection et de contrôle peuvent tous utiliser les ports série pour communiquer entre eux et avec leurs ordinateurs de contrôle principaux.

Un système intégré peut utiliser un port série de plusieurs manières. Certains d'entre eux sont:

  • Communication de données entre différentes parties du système
  • Communication avec des périphériques externes
  • Téléchargement du micrologiciel pour maintenir les systèmes intégrés à jour
  • Fournir une interface de débogage ou de console

Pour exécuter ces fonctions dans un système intégré, vous devez nécessairement comprendre la communication par port série et les protocoles sous-jacents qui pilotent ce procédé de transmission de données. Il y a un certain nombre de différents protocoles de communication série employé dans les systèmes embarqués.

Protocoles de communication série dans les systèmes embarqués


RS232 - Le protocole RS232 est une norme complète qui inclut les caractéristiques électriques ainsi que les spécifications concernant le matériel de connexion et brochage. Les vitesses de transmission varient entre 20Kbps et 115.2Kbps. Pour atteindre une efficacité maximale, la plupart des câbles qui transmettent à l'aide du protocole RS232 sont limités à 30 pieds ou moins.

RS422 et RS485 - Ces deux protocoles sont des interfaces à paires torsadées équilibrées capables de transmettre à des vitesses allant jusqu'à 10 Mbps sur des distances allant jusqu'à 4 000 pieds. L'utilisation d'un bus symétrique sur le bus asymétrique utilisé dans le protocole RS232 minimise les interférences de bruit et permet une plus grande distance de transmission. RS422 est utilisé pour communiquer entre deux nœuds, alors que le protocole RS485 permet la communication entre plusieurs émetteurs-récepteurs.

Autres protocoles - Il existe d'autres protocoles qui ont été développés par les fabricants de semi-conducteurs. Si vous êtes impliqué dans une communication série avec des périphériques intégrés, vous utiliserez probablement la famille de protocoles RS232/RS422/RS485.

Types de systèmes embarqués


Systèmes embarqués autonomes - Ces systèmes ne nécessitent pas d'ordinateur hôte et répondent directement aux données reçues via leurs ports d'entrée. Des exemples sont les fours à micro-ondes et les systèmes de mesure de pression.

Systèmes embarqués temps réel - Les systèmes qui produisent une sortie requise dans un laps de temps donné sont appelés systèmes intégrés en temps réel.

Systèmes embarqués en réseau - Les systèmes embarqués en réseau représentent l'application à la croissance la plus rapide des systèmes embarqués. La possibilité de surveiller les systèmes intégrés via un navigateur Web est largement utilisée dans les applications de surveillance industrielle et médicale.

Systèmes embarqués mobiles - Les téléphones cellulaires, les appareils photo numériques et les lecteurs MP3 ne sont que quelques exemples de systèmes embarqués mobiles.

Outils de développement logiciel, émulateurs et débogueurs


Les développeurs de systèmes intégrés doivent pouvoir surveiller le comportement de leurs systèmes. Un aspect important de cette surveillance est débogage de port série. Une interface série pourrait bien être le seul moyen de communiquer avec le système intégré. Le logiciel Eltima fournit un progiciel de port série complet et complet qui facilitera grandement l’utilisation de vos systèmes embarqués basés sur la série.

Examinons certains des meilleurs outils de développement de logiciels et de matériel intégrés pour les ingénieurs travaillant avec des ports série et des systèmes intégrés.

Virtual Serial Port Driver et Virtual Serial Port Driver PRO


Virtual Serial Port Driver (VSPD) est conçu pour permettre à l'utilisateur de gérer facilement ses ports série physiques et virtuels. Il existe une version standard offrant des fonctionnalités limitées (créer un nombre illimité de paires de ports COM) et une version PRO proposant des fonctionnalités avancées.

Virtual Serial Port Driver

Certains des points forts de cette application logicielle de communication en série sont:

  • Création de ports série virtuels - Vous pouvez créer un nombre illimité de ports série virtuels. Ces ports peuvent être utilisés pour partager un seul port série physique entre de nombreuses applications et émuleront tous les paramètres de l'interface réelle.
  • Fractionnement du port série - En utilisant VSPD PRO, vous pouvez fractionner un port série physique en plusieurs ports virtuels pouvant tous accéder simultanément à un périphérique connecté au port. Cela vous permet d'utiliser facilement plusieurs applications avec un seul périphérique connecté en série.
  • Rejoindre les ports COM - Lorsque vous associez plusieurs ports série virtuels à un port physique, vous pouvez rediriger les données reçues de plusieurs périphériques série vers une seule application.
  • Changer de port automatiquement - Virtual COMPort Driver PRO offre la possibilité de créer un commutateur qui fonctionne avec votre application pour toujours garantir qu'un port série non occupé est disponible.
  • Fusion de ports COM - Une autre fonctionnalité avancée de VSPD PRO est la fusion des ports série. Grâce à cette fonctionnalité, vous pouvez avoir plusieurs appareils ou applications pouvant échanger des données avec chaque application ou appareil fusionné simultanément.

  • Serial Port Monitor - enregistre et analyse les communications série


    Eltima Software est un autre excellent outil conçu pour déboguer les communications en série: Serial Port Monitor (SPM).

    Serial Port Monitor

    Ce puissant logiciel de communication en série vous permet de:

    • Analyser l'activité du port série - En utilisant SPM, vous pouvez immédiatement détecter et surveiller tout port série, même s'il est déjà ouvert par une autre application. La capture de données en temps réel vous permet de dépister rapidement les problèmes et de déboguer vos transmissions de données en série. Les sessions de surveillance peuvent être dirigées vers un fichier pour une visualisation ou une analyse ultérieure.
    • Surveiller plusieurs ports en une seule session - Plusieurs ports peuvent être surveillés simultanément avec les données enregistrées dans une base premier entré premier sorti, facilitant l'analyse du flux de données dans un environnement complexe.
    • Plusieurs formats d'affichage de données - Choisissez entre les modes table, ligne, vidage ou terminal lors de l'affichage des données collectées. Des filtres peuvent être appliqués pour limiter les données présentées à celles que vous souhaitez surveiller.
    • Emulation de la transmission de données - Vous pouvez envoyer des données à des périphériques série dans différents formats pour tester le comportement de ce dernier. Cette fonctionnalité peut contribuer à dépister les problèmes rencontrés au cours du développement du système intégré.
    • Comparaison de session - Comparez deux sessions et affichez automatiquement les différences.

    Répartiteurs de ports série matériels


    Répartiteurs de ports série matériels

    Les périphériques physiques pouvant exécuter certaines des fonctions des outils logiciels décrits ci-dessus sont disponibles pour le développeur de système intégré. Vous pouvez vous procurer des câbles vous permettant de partager le signal d’un seul port série avec deux ou plusieurs périphériques ou applications.

    Les inconvénients: Ils offrent moins de flexibilité que l'alternative logicielle car ils sont limités dans le nombre de connexions disponibles. Une autre contrainte est la longueur du câble qui peut être utilisé et la tâche générale de gestion du câble qui peut devenir trop lourde à mesure que le besoin de partager des signaux augmente.

    Câble de surveillance espion série RS232

    Câble de surveillance espion série RS232

    Vous pouvez obtenir des câbles de surveillance en série ou de renifleur fonctionnant en mode semi-duplex ou duplex intégral. Ils fonctionnent en fournissant un autre connecteur à un câble RS232. Un appareil connecté à cette troisième connexion peut surveiller la communication entre les deux extrémités du câble RS232. En fonction du type de périphérique ou d'application connecté, vous pourrez éventuellement enregistrer les données pour une utilisation ultérieure.

    DCAClab est un simulateur de circuits électriques en ligne pour la formation aux STEM et à la technologie, il aide les enseignants en mécatronique à expliquer les circuits à leurs étudiants. Simule et dépanne des circuits endommagés dans un environnement de simulation riche, doté de composants d'aspect réel, d'un oscilloscope réaliste et d'un multimètre avec diverses fonctions à utiliser.

    Matériel ou logiciel pour le développement de systèmes intégrés en série?


    Lorsque vous choisissez des outils pour le développement de systèmes intégrés en série, vous devez tenir compte de la facilité d'utilisation et de la flexibilité. Il ne fait aucun doute que les applications logicielles conçues spécifiquement pour travailler avec des périphériques série sont plus puissantes et vous offrent des options adaptées aux changements de votre environnement de test.

    Les avantages supplémentaires d'une solution logicielle sont notamment l'élimination du besoin d'acheter des câbles coûteux et la possibilité de surveiller l'activité en série à distance. Si vous êtes sérieux au sujet du développement de systèmes intégrés, vous devriez examiner de près ces outils logiciels. Ils rendront votre vie de développement beaucoup plus agréable et vous donneront une longueur d’avance sur la concurrence.

    Serial Port Monitor

    Configuration requise: Windows (32-bit et 64-bit): XP/2003/2008/Vista/7/8/10, Windows Server 2012, Windows Server 2016 , 9.16MB taille
    Version 7.0.342 (le 13 Jan, 2018) Notes de mise à jour
    Catégorie: Communication Application