Comunicazione seriale nello sviluppo integrato

Comunicazione seriale

Comunicazione seriale è ancora un importante mezzo di comunicazione in molte applicazioni di computer e di rete. È ampiamente utilizzato nei sistemi embedded poiché molti computer sono in grado di gestire le connessioni seriali in modo nativo o con l'assistenza di emulatori o convertitori.

Sviluppo del sistema integrato incentrato su sistemi embedded che interagiscono con computer di uso generale, spesso trova più facile impiegare interfacce seriali piuttosto che alternative come un bus di espansione PCI.

Contenuto

  1. Cos'è lo sviluppo integrato?
  2. Comunicazione seriale importante nella programmazione integrata?
  3. Strumenti di sviluppo del software, emulatori e debugger integrati
  4. Hardware o software per lo sviluppo di sistemi embedded seriali?

Cos'è lo sviluppo integrato?


Sviluppo integrato è anche comunemente indicato come programmazione integrata, programmazione di sistemi embedded o sviluppo di software embedded. Si tratta di un ramo specializzato di programmazione per computer che si concentra sulla programmazione di sistemi embedded. I dispositivi controllati tramite lo sviluppo integrato non vengono generalmente considerati come computer autonomi. La programmazione integrata viene utilizzata per controllare il comportamento di dispositivi elettronici quali telefoni, modem, robot o componenti elettronici di automobili e aeromobili.

Software incorporato e software applicativo


Il software applicativo viene utilizzato dagli sviluppatori nella creazione di programmi e strumenti che girano su un computer generico, come il Mac o il computer Windows. I word processor che utilizzi ogni giorno e tutti i tuoi strumenti di social media sono esempi dei risultati dello sviluppo del software applicativo.

Durante lo sviluppo del software applicativo, lo sviluppatore può sfruttare le funzionalità del sistema operativo su cui verrà eseguito il programma e di solito viene rimosso dall'interfacciamento diretto con componenti hardware periferici. Una parte integrante di molte attività di programmazione delle applicazioni è un'interfaccia utente che consente l'interazione umana con la logica dell'applicazione.

Il software incorporato è pensato per essere autonomo all'interno di un dispositivo specifico. Alcuni linguaggi informatici di uso generale possono anche fungere da lingue del software incorporato. Esempi sono C/C ++, Python e JavaScript. Questi linguaggi sono strumenti molto diffusi per lo sviluppo embedded e sono anche ampiamente utilizzati nel campo delle applicazioni e della programmazione generale. I programmatori esperti nella programmazione di applicazioni C possono facilmente trasferire tali competenze a un progetto di programmazione C integrato.

Caratteristiche dei sistemi integrati


I sistemi integrati hanno determinate caratteristiche che li distinguono dai computer di uso generale o dai semplici dispositivi elettronici che non possiedono la possibilità di essere programmati. Ecco alcune delle funzionalità che distinguono i sistemi incorporati:

Dedicato a una funzione specifica: un sistema incorporato è una combinazione di software, middleware e componenti hardware che lavorano insieme per eseguire una funzione specializzata. Non sono programmabili oltre questa funzionalità limitata.

  • Reattività in tempo reale - I sistemi integrati sono spesso utilizzati in apparecchiature che svolgono funzioni di monitoraggio e controllo automatizzate. Il sistema deve essere in grado di rispondere in modo preciso e rapido alle mutevoli condizioni fisiche.
  • Risorse limitate - I vincoli sulle risorse fisiche disponibili per i sistemi incorporati devono essere presi in considerazione nella loro progettazione e sviluppo. Lo spazio è spesso un vantaggio nei sistemi embedded, il che significa che c'è meno spazio per la memoria o l'archiviazione.
  • Affidabilità - In molti casi, i sistemi incorporati sono utilizzati in apparecchiature o componenti che svolgono attività critiche. Per questo motivo, devono essere costruiti in modo affidabile e realizzati per resistere alle condizioni fisiche in cui opereranno. Il fallimento di un sistema embedded può avere conseguenze disastrose.
  • Consumo energetico efficiente - Associati ai limiti di spazio a cui sono sottoposti molti sistemi embedded, i dispositivi autoalimentati devono fare un uso efficiente delle batterie di piccole dimensioni.
  • Semplice o nessuna interfaccia utente - Se c'è un'interfaccia utente in un sistema embedded, di solito è molto semplice. Molti sistemi embedded non hanno bisogno di interagire con gli umani e non hanno alcuna interfaccia utente.

Сomunicazione seriale è importante nella programmazione integrata


La comunicazione seriale è uno dei mezzi principali di trasmissione dei dati in molti sistemi industriali e automatizzati. Mentre il tipico laptop destinato all'uso domestico potrebbe non contenere nemmeno una singola interfaccia seriale, lo stesso non vale per molte applicazioni commerciali e industriali di dispositivi elettronici in rete. Tutti i dispositivi di monitoraggio, rilevamento e controllo possono utilizzare le porte seriali per comunicare tra loro e con i loro computer di controllo master.

Esistono diversi modi in cui un sistema embedded può utilizzare una porta seriale. Alcuni di loro sono:

  • Comunicazione dati tra diverse parti del sistema
  • Comunicazione con dispositivi esterni
  • Download del firmware per mantenere aggiornati i sistemi incorporati
  • Fornire un'interfaccia di debug o console

Per mettere in atto queste funzioni in un sistema embedded necessariamente comporterà una comprensione della comunicazione della porta seriale e dei protocolli sottostanti che guidano questo metodo di trasmissione dei dati. Ci sono un certo numero di differenti protocolli di comunicazione seriale impiegato in sistemi embedded.

Protocolli di comunicazione seriale in sistemi embedded


RS232 - Il protocollo RS232 è uno standard completo che include caratteristiche elettriche e specifiche relative all'hardware di connessione e pin-outs. Le velocità di trasmissione variano tra 20 Kbps fino a 115,2 Kbps. Per ottenere la massima efficienza, la maggior parte dei cavi che trasmettono usando il protocollo RS232 sono limitati a 30 piedi o più corti.

RS422 e RS485 - Entrambi questi protocolli sono interfacce bilanciate a doppini intrecciati che sono in grado di trasmettere velocità fino a 10 Mbps su distanze fino a 4.000 piedi. L'uso di un bus bilanciato sul bus sbilanciato utilizzato nel protocollo RS232 minimizza le interferenze di rumore e consente una maggiore distanza di trasmissione. RS422 viene utilizzato per comunicare tra due nodi, mentre il protocollo RS485 consente la comunicazione tra più transceiver.

Altri protocolli - Esistono altri protocolli che sono stati sviluppati dai produttori di semiconduttori. Se si è coinvolti nella comunicazione seriale con dispositivi incorporati, è probabile che si esegua la famiglia di protocolli RS232/RS422/RS485.

Tipi di sistemi incorporati


Sistemi embedded autonomi - Questi sistemi non richiedono un computer host e rispondono direttamente ai dati ricevuti attraverso le porte di ingresso. Esempi sono i forni a microonde e i sistemi di misurazione della pressione.

Sistemi embedded in tempo reale - I sistemi che producono un output richiesto in un particolare intervallo di tempo sono noti come sistemi embedded in tempo reale.

Sistemi embedded in rete - I sistemi embedded in rete rappresentano l'applicazione in più rapida crescita dei sistemi embedded. La capacità di monitorare i sistemi integrati tramite un browser web è ampiamente utilizzata nelle applicazioni di monitoraggio medico e industriale.

Sistemi embedded mobili - I telefoni cellulari, le fotocamere digitali e i lettori mp3 sono solo alcuni esempi di sistemi mobili incorporati.

Strumenti di sviluppo del software, emulatori e debugger integrati


Gli sviluppatori di sistemi embedded devono essere in grado di monitorare il comportamento dei loro sistemi. Un aspetto importante di tale monitoraggio è debug della porta seriale. Un'interfaccia seriale potrebbe essere l'unico modo in cui è possibile comunicare con il sistema incorporato. Il software Eltima offre un pacchetto software completo e completo di porta seriale che renderà il lavoro con i tuoi sistemi embedded basati su seriale molto più semplice ed efficiente.

Diamo un'occhiata ad alcuni dei migliori software integrati e strumenti di sviluppo hardware per quegli ingegneri che lavorano con porte seriali e sistemi embedded.

Virtual Serial Port Driver e Virtual Serial Port Driver PRO


Virtual Serial Port Driver (VSPD) è progettato per consentire all'utente di gestire facilmente le proprie porte seriali fisiche e virtuali. È disponibile una versione standard che offre funzionalità limitate (crea coppie illimitate di porta COM) e una versione PRO che fornisce funzionalità avanzate.

Virtual Serial Port Driver

Alcuni dei punti salienti di questa applicazione software di comunicazione seriale sono:

  • Creazione di porte seriali virtuali - È possibile creare qualsiasi numero di porte seriali virtuali. Queste porte possono essere utilizzate per condividere una singola porta seriale fisica tra molte applicazioni e completamente emulano tutti i parametri dell'interfaccia reale.
  • Scissione della porta seriale - Usando VSPD PRO puoi dividere una porta seriale fisica in più porte virtuali che possono accedere simultaneamente a un dispositivo collegato alla porta. Ciò consente di utilizzare facilmente più di un'applicazione con un singolo dispositivo collegato in serie.
  • Unire le porte COM - Quando si uniscono diverse porte seriali virtuali a una fisica, è possibile reindirizzare i dati ricevuti da diversi dispositivi seriali a una singola applicazione.
  • Passaggio automatico delle porte - Virtual COMPort Driver PRO offre la possibilità di creare uno switcher che funziona con l'applicazione per garantire sempre che una porta seriale non occupata sia disponibile per l'uso.
  • Unione di porte COM - Un'altra funzionalità avanzata di VSPD PRO è la fusione di porte seriali. Utilizzando questa funzione è possibile avere più dispositivi o applicazioni che possono scambiare dati con ogni applicazione o dispositivo uniti contemporaneamente.

  • Serial Port Monitor - registra e analizza la comunicazione seriale


    Un altro eccellente strumento di Eltima Software progettato per il debug della comunicazione seriale è Serial Port Monitor (SPM).

    Serial Port Monitor

    Questo potente software di comunicazione seriale ti consente:

    • Analizzare l'attività della porta seriale - Utilizzando SPM è possibile iniziare immediatamente a sniffare e monitorare qualsiasi porta seriale anche se è già stata aperta da un'altra applicazione. L'acquisizione dati in tempo reale consente di rintracciare rapidamente i problemi e di eseguire il debug delle trasmissioni di dati seriali. Le sessioni di monitoraggio possono essere indirizzate a un file per la visualizzazione o l'analisi successive.
    • Monitora più porte in un'unica sessione - Diverse porte possono essere monitorate simultaneamente con i dati registrati in base al principio "first-in-first-out", semplificando l'analisi del flusso di dati in un ambiente complesso.
    • Più formati di visualizzazione dei dati - Scegli dalla tabella, linea, dump o modalità terminale durante la visualizzazione dei dati raccolti. I filtri possono essere applicati per limitare i dati presentati a ciò che si desidera monitorare.
    • Emulazione della trasmissione dei dati - È possibile inviare dati a dispositivi seriali in vari formati per testare il comportamento del dispositivo. Questa funzione può essere utile per rintracciare i problemi durante lo sviluppo di sistemi embedded.
    • Confronto delle sessioni - Confronta due sessioni e mostra automaticamente le differenze.

    Splitter porta seriale hardware


    Splitter porta seriale hardware

    I dispositivi fisici che possono eseguire alcune delle funzioni degli strumenti software discussi sopra sono disponibili per gli sviluppatori di sistemi integrati. È possibile ottenere cavi che consentono di condividere il segnale da una singola porta seriale con due o più dispositivi o applicazioni.

    Contro: Offrono meno flessibilità rispetto all'opzione software in quanto sono limitati nel numero di connessioni che possono essere rese disponibili. Un altro vincolo è la lunghezza del cavo che può essere utilizzata e il compito generale della gestione dei cavi che può diventare ingombrante quando cresce la necessità di condividere i segnali.

    Cavo per monitor spia seriale RS232

    Cavo per monitor spia seriale RS232

    È possibile ottenere il monitoraggio seriale o cavi dello sniffer che funzionano in modalità half o full-duplex. Funzionano fornendo un altro connettore a un cavo RS232. Un dispositivo collegato a quella terza connessione può monitorare la comunicazione che viaggia tra le due estremità del cavo RS232. A seconda del tipo di dispositivo o applicazione allegata, potresti essere in grado di registrare i dati per un uso successivo.

    DCAClab è un simulatore di circuiti elettrici online per lo STEM e l'educazione tecnologica, aiuta gli insegnanti di meccatronica a spiegare i circuiti per i loro studenti con facilità. Simula e risolve i circuiti rotti in un ambiente di simulazione ricco, fornito di componenti dall'aspetto reale, oscilloscopio realistico e multimetro con varie funzioni da utilizzare.

    Hardware o software per lo sviluppo di sistemi embedded seriali?


    Quando si scelgono strumenti per lo sviluppo di sistemi embedded seriali è necessario considerare la facilità d'uso e la flessibilità. Indubbiamente, le applicazioni software progettate specificamente per lavorare con dispositivi seriali sono più potenti e offrono opzioni in base alla modifica dell'ambiente di test.

    Ulteriori vantaggi di una soluzione software includono l'eliminazione della necessità di acquistare cavi costosi e la possibilità di monitorare le attività seriali da remoto. Se si è seriamente interessati allo sviluppo di sistemi embedded, è necessario dare un'occhiata a questi strumenti software. Renderanno la tua vita di sviluppo molto più piacevole e ti daranno un passo avanti nella competizione.

    Serial Port Monitor

    Requisiti: Windows (32-bit e 64-bit): XP/2003/2008/Vista/7/8/10, Windows Server 2012, Windows Server 2016 , 9.16MB dimensione
    Versione 7.0.342 (13 Genn, 2018) Note di rilascio
    Categoria: Communication Application