最新のインサーキットデバッガでプロトタイピングとコード更新を高速化
著者 Kenton Williston 氏
DigiKeyの北米担当編集者の提供
2024-05-29
マルツ掲載日：2024-10-21
開発者は、組込みシステムがより複雑になっているにもかかわらず、製品の納期を早める必要に迫られてます。インサーキットデバッガ(ICD)はここで重要な役割を果たし、バグを素早く特定して修正するのに役立ちます。しかし、従来のデバッガはかさばり、柔軟性に欠け、使いにくいため、今日の開発要件には適しません。
開発者はその代わりに、コンパクトで機能が拡張され、開発者向けのツールセットを備えた最新のソリューションを選択することができます。特に、研究室や現場での迅速な開発や製品アップデートのサポートを求めるべきです。
この記事では、ICDの役割と要件について簡単に説明します。そして、開発者が最新のICDに求めるべきものの例として、Microchip Technologyのソリューションを紹介します。また、互換性のある開発ツール、使い始めるためのヒント、本番環境でICDを使用するためのクイックガイドも含まれています。
ICDの利点と課題
ICDは、ターゲットハードウェアにインストールされたプロセッサに接続するツールです。この接続は、システムが動作している間、プロセッサへのリアルタイムアクセスを提供し、ステップ実行やメモリ検査などのタスクを可能にします。インサーキットプログラマ(ICP)は、コードとデータをプロセッサメモリに書き込むことを可能にすることで、これらの機能を構築します。これらの機能は、組込み開発プロセスにとって非常に重要なことです。
しかし、従来のデバッガは専門的なスキルと開発環境を必要とするため、その有用性が制限されることがあります。これらのデバッガは、量産ハードウェアのトラブルシューティングを行う際にも限界があり、コストやスペースの制約から量産ハードウェアに実装するのは現実的ではなく、JTAG接続を必要とすることが多くなっています。さらに、デバッグに必要な特殊なソフトウェアやハードウェアは、現場環境に持ち込むのが面倒な場合もあります。
Microchip TechnologyのPG164150MPLAB PICkit 5 ICD/ICPは、これらの制約を克服しています。その他の特徴としては、Bluetooth Low Energy(BLE)接続でスマートフォンのアプリケーションから使用できます。これにより、技術者は現場でコードイメージを展開できるようになり、バグ修正やソフトウェアアップデートの可能性が大幅に広がります。
MPLAB PICkit 5の主な特長
MPLAB PICkit 5は、PIC、dsPIC、AVR、SAM(Arm Cortexベース)デバイスを含む、ほぼすべてのMicrochip Technologyのマイクロコントローラユニット(MCU)とデジタルシグナルコントローラ(DSC)をサポートする汎用デバイスです。図1に示すように、microSDHCカードスロットを内蔵しており、複数のデバイスメモリイメージを保存することができます。
図1：MPLAB PICkit 5の主な機能を示す概要図。(画像提供：Microchip Technology)
MPLAB PICkit 5はUSB Type-Cケーブルでホストに接続し、このケーブルまたはターゲットから電源を供給することができます。このデバッガにはBLE接続機能もあり、ユーザーはスマートフォンからツールにアクセスできます。
このデバッガは、ターゲット側に8ピンのプログラミングコネクタを備えており、さまざまなインターフェースをサポートしています。これらには、4線式JTAG、シリアルワイヤデバッグ(SWD)、Ethernet、下位互換2線式JTAG、インサーキットシリアルプログラミング(ICSP)が含まれます。Microchip Technologyは、これらすべてのインターフェースをサポートするAC102015アダプタボード(図2)を提供しています。
図2：AC102015アダプタボードは、幅広いインターフェースに対応しています。(画像提供：Microchip Technology)
デバッガは、低電圧プログラムモードエントリ用に1.2V～5.0V、高電圧プログラムモードエントリ用に1.8V～5.0Vのターゲット電源電圧をサポートしています。また、ターゲットデバイスに150mAを直接供給することもできます。
その他の機能としては、仮想COMポート(VCOM)、複数のハードウェアとソフトウェアブレークポイント、タイミング操作用のストップウォッチ、ソースコードファイルを直接デバッグする機能などがあります。
デバッガは、リアルタイムオペレーティングシステム(RTOS)を実行する300MHzのATSAME70N2 MCUによって駆動され、デバイス間の切り替え時にファームウェアのダウンロード遅延が発生しません。このオンボードインテリジェンスにより、デバッガは新しいターゲットデバイスや機能をサポートすることもできます。
MPLAB PICkit 4やMPLAB PICkit 3と比較した主な改良点
MPLAB PICkitシリーズは継続的に進化しており、そのたびに柔軟性、スピード、デバイス互換性の向上が図られています。表1は、MPLAB PICkit 5の重要なアップグレードを前バージョンと比較してまとめたものです。
表1：MPLAB PICkit 5は、従来の製品と比べて多くの利点を備えています。(表提供：Kenton Williston氏)
MPLAB PICkit 5がサポートする開発環境
MPLAB PICkit 5は、次のような開発環境をサポートしています
・MPLAB X統合開発環境(IDE)は、組み込みシステム開発のためのフル機能のソフトウェアスイートです。
・MPLAB統合プログラミング環境(IPE)は、Microchip Technologyのプロセッサをベースにした製品を構築する技術者向けの量産モードを含む簡易アプリケーションです。
・iOSやAndroidのMPLAB Xスマートフォンアプリで動作するMPLAB Programmer-To-Go(PTG)機能がMPLAB Xに含まれています。
スマートフォンのアプリ(図3)は特に注目すべきもので、ユーザーは簡単な手順で対象のハードウェアをリモートでプログラムできます。
・コードはMPLAB Xを使用して開発され、コード、データ、コンフィギュレーション情報をカプセル化した.ptg hexファイルにコンパイルされます。
・16進ファイルはMPLAB PICkit 5に挿入されたmicroSDHCカードにダウンロードされます。
・microSDHCカードは複数の16進ファイルを格納できるため、ユーザーはターゲットデバイスを柔軟にプログラミングできます。
・MPLAB PICkit 5をターゲットハードウェアに接続します。
・スマートフォンアプリを使って、ユーザーはメモリーカードに保存されたプログラムイメージを選択し、ターゲットをプログラムします。
図3：MPLAB PTGスマートフォンアプリはわかりやすいインターフェースを提供します。(画像提供：Microchip Technology)
MPLAB PTGは、装置を追加することが難しい遠隔地やモバイル環境で特に役立ちます。MPLAB PICkit 5をスタンドアロンプログラミングツールに変えることで、コンピュータを使わずにフィールドで直接デバイスをプログラミングすることができます。
開発者にとっては、現場でのファームウェアの迅速なアップデートが可能になり、開発サイクルが加速し、市場投入までの時間が短縮されます。その後、技術者はMPLAB PTGを使用して他のフィールドデバイスを更新することができ、製品アップグレードの迅速な展開が可能になります。
このツールは、デバイスの機能を回復させるために迅速な再プログラミングが必要な緊急な状況にも有用です。
初めてMPLAB PICkit 5を使用する場合
MPLAB X IDEでMPLAB PICkit 5を使用するプロセスは、組み込み開発者であれば誰でも知っているはずです。基本的な手順は次の通りです。
・インストール
最新バージョンのMPLAB X IDEをインストールする必要があります。MPLAB PICkit 5は通常、追加ドライバなしでサポートされていますが、開発者はMicrochip Technologyのウェブサイトで最新情報を確認してください。
・プロジェクトのセットアップ
新しいプロジェクトを作成する際、プログラミングとデバッグ用のハードウェアツールとしてPICkit 5を選択できます。この選択は、プロジェクトプロパティの 「ハードウェアツール」カテゴリで行います。
・プログラミング
プロジェクトが構成され、コードが準備されると、「Make and Program Device」ボタンをクリックしてMCUをプログラムすることができます。
MPLAB IPEは、生産環境の技術者によりわかりやすいプロセスを提供します。このツールの主な使用手順は次の通りです。
・設定
利用可能なツールからMPLAB PICkit 5を選択する必要があります。次に、ターゲットデバイス(MCUモデル)とプログラミング用の16進ファイルを選択する必要があります。
・プログラミング
デバイスと16進ファイルを選択し、「Program」ボタンを押してMCUをプログラムすることができます。必要であれば、MPLAB IPEはターゲットデバイスを消去し、プログラムし、プログラミングを検証します。
どちらの環境でも、ユーザーは技術的な困難に遭遇する可能性が高いです。多くの場合、これらの問題は以下のような単純な問題によって引き起こされます。
・適切な接続の確認
開発者は、ホストとターゲットデバイスの接続を確認する必要があります。ICSPインターフェースを使用する場合は、コネクタの向きに注意する必要があります。
・電源設定の確認
電源設定を確認します。デバイスによってはMPLAB PICkit 5から直接電源を供給できるものもあれば、外部電源を必要とするものもあります。
・ファームウェアのアップデート
MPLAB PICkit 5のファームウェアアップデートはMicrochip Technologyから定期的にリリースされています。開発者は、最新バージョンがインストールされていることを確認する必要があります。
MPLAB PICkit 5と互換性のある開発キット
MPLAB PICkit 5は、学習、プロトタイピング、アプリケーション開発用に設計されたさまざまな開発キットと互換性があります。たとえば、DM164137のような8ピン、14ピン、20ピンをサポートするCuriosity Low Pin Count(LPC)開発ボードは、PIC MCUの実験用に設計されています。
これらのボードにはプログラマとデバッガが内蔵されていることが多いですが、MPLAB PICkit 5のような外部ツールを使えば、さらに機能を追加できます。開発者は、オンボードプログラマがジャンパオプションで切り離せるかどうかを確認する必要があります。
PIC16F18855用のDM164140のようなXpress評価ボードもその一例です。これらのボードは、特定のPIC MCUを使用したラピッドプロトタイピング用に設計されています。これらのデバッガにはプログラマとデバッガが内蔵されていますが、開発者はプロジェクト間の一貫性を保つため、あるいはこのデバッガに特化した機能のためにMPLAB PICkit 5を使用することができます。
Microchip TechnologyはDM320105 PIC32MX XLP評価ボードのようなスターターキットも提供しており、迅速な開発に必要なハードウェアとソフトウェアを提供します。MPLAB PICkit 5は、これらのキットに含まれるMCUのプログラミングとデバッグに役立ち、シームレスな体験を提供します。
まとめ
最新のICDは、開発者が開発サイクルを加速し、製品のアップデートを現場で展開するのに役立ちます。MPLAB PICkit 5は、以前のデバッガよりも幅広いターゲットデバイス、接続オプション、ソフトウェアツールをサポートしており、高い柔軟性と実用性を備えています。そのスマートフォンアプリは、従来のデバッガではアクセスが困難な設定でMPLAB PICkit 5を使用できるため、特に注目に値します。
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