Eckdaten

Moderne Embedded- und IoT-Anwendungen erfordern eine umfassende Entwicklungs-Suite, die sowohl die Fähigkeiten einer ISDE als auch eine breite Auswahl an Hardware-Kits bietet. Zugleich benötigen Entwickler nicht nur produktive, sondern auch benutzerfreundliche Tools. Mit einer Kombination neuer Funktionalitäten, wie eines kontextbezogenen Smart Manuals, automatisierter Projekt-Konfigurierung, RTOS-Fähigkeiten und verbesserten Trace-Funktionen, bietet Renesas den Nutzern der Synergy-Plattform die nötigen Tools, um schnell attraktive, neue Embedded-Anwendungen zu entwickeln, und diese schneller als Mitbewerber auf den Markt zu bringen.

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Renesas

Die von Herstellern angebotenen Entwicklungs-Kits berücksichtigen oft nicht umfassend die Anforderungen in punkto Benutzerfreundlichkeit und zuverlässiger Erweiterung von Connectivity und Funktionsumfang. Entwickler von Embedded-Systemen und besonders von IoT-Produkten müssen häufig Software-Entwicklungstools mit gravierenden Einschränkungen des kompilierten Codeumfangs nutzen, wenn sie keine Zusatzkosten in Kauf nehmen wollen. Diese Tools sind zudem oft nicht vollständig integriert. Dabei geht es um MCU-Architektur und Debugging-Optionen, Betriebssysteme und Kommunikations-Stacks, Software-Wartung und einfache Lizenzierung, Produktdokumentation und Projektmanagement.

Alle diese Faktoren bedingen längere Entwicklungszyklen, höhere Betriebskosten und verpasste Marktchancen. IoT-Produktentwickler brauchen eine Plattform, die Lösungen für alle Entwicklungsanforderungen über den gesamten Lebenszyklus ihrer Endprodukte bietet. Die Anforderungen am Anfang des Lebenszyklus sind besonders wichtig. Entwicklungstools und -Kits müssen nahtlos zusammenarbeiten und dürfen dem Entwickler vor seiner produktiven Arbeitsphase nicht die Nutzung mehrerer unterschiedlicher Ressourcen aufzwingen.

Entscheidend für den Erfolg ist eine vollständig integrierte Entwicklungsumgebung (Integrated Development Environment – IDE). Diese muss eine übergreifende Embedded-Lösung enthalten, die sich nahtlos mit einer Reihe skalierbarer, erweiterbarer Entwicklungs-Kits für die Anforderungen der unterschiedlichsten Anwendungen integrieren lässt.

Vollständig integrierte Entwicklungsumgebung

Mit der Renesas-Synergy-Plattform entfallen viele der Einschränkungen heutiger IDEs und MCU-Entwicklungs-Kits. Das auf Eclipse beruhende Software-Entwicklungstool E2-Studio bietet Unterstützung für Renesas MCUs. Eclipse ist der De-facto-Standard für Embedded-IDEs. Durch die Erweiterung um neue, lösungsorientierte Komponenten haben die Ingenieure bei Renesas eine echte integrierte Entwicklungsumgebung (Integrated Solution Development Environment – ISDE) geschaffen. Als Eclipse-basierte Standard-Plattform lässt sich die ISDE E2 -Studio in Zukunft problemlos mit Tools in Form von Eclipse-Plug-ins von Renesas und Drittanbietern erweitern.

Mit den drei Fähigkeiten Deep Software Debugging, klare Trace-Transparenz von Echtzeit-Ereignissen im Kontext eines Echtzeit-Betriebssystems (RTOS) sowie intelligente Anleitung zur MCU-Pin-Konfigurierung bietet diese ISDE lösungsorientierte Unterstützung.

Bild 1: Embedded-Designer benötigen eine vollständig standardisierte Entwicklungsumgebung, um den Marktanforderungen von heute gerecht zu werden.

Bild 1: Embedded-Designer benötigen eine vollständig standardisierte Entwicklungsumgebung, um den Marktanforderungen von heute gerecht zu werden. Renesas

Nützliche Debugging-Möglichkeiten

Die Debugging-Fähigkeiten der ISDE umfassen eine breite Palette von Funktionen, die von einfachen Breakpoints über Single-Step-Betrieb, Instruktion, Datenmuster-Targeting, CPU-Registeranzeige bis zu Run Control reichen. Mit diesen Funktionen kann der Entwickler Fehler schnell identifizieren und beheben. Mit ihnen lässt sich der Code schrittweise von einem Befehl zum nächsten durcharbeiten, das Software-Verhalten überwachen und ermitteln, welche Fehler einen Bug verursachen. Zusätzlich enthalten alle Entwicklungs- und Starter-Kits der Synergy-Plattform eine auf dem Board integrierte Version des Segger-J-Link-JTAG-basierten Debuggers. Dadurch ist es nicht erforderlich, externe Debugging Probes kaufen und anschließen zu müssen. Segger-J-Link gilt als der am meisten eingesetzte De-facto-Standard für Arm-Cortex-M-Core-basierte Systeme, der derzeit auf dem Markt verfügbar ist. Zur Beschleunigung des Code-Debugging bietet J-Link zusätzliche Breakpoints. Diese kommen dann zum Einsatz, wenn die vom Core bereitgestellten Breakpoints ausgeschöpft sind.

Deep Program Flow Tracing

Die Tracing-Funktionen der ISDE sind ein Kompromiss zwischen einer lokalen Echtzeit-Erfassung von Daten innerhalb des MCU-Bausteins und einer externen Nachverarbeitung dieser erfassten Daten innerhalb des ISDE-Tools. Auf diese Weise erhält der Entwickler eine historische Sicht auf die internen Befehlsabläufe und Daten-Manipulationen in der MCU in hoher Granularität. Diese Funktionen ermöglichen Einblicke in Details der Software-Ausführung und wie diese mit Stimulus-Ereignissen korrelieren, die zu einem fehlerhaften Softwareverhalten geführt haben. Dazu gehört auch eine Darstellung dessen, was direkt nach dem Fehler passiert ist.

Je mehr Daten sich in Echtzeit am MCU-Baustein erfassen lassen, umso besser ist dies für ein umfassendes Tracing. Alle Renesas-Synergy-MCUs enthalten umfassende On-Chip-Trace-Speicherfähigkeiten mit 1 kB Trace-Buffer auf den MCUs der Synergy-S1- und S3-Serien beziehungsweise 2 kB Trace-Buffer auf den MCUs der Synergy-7-Serie. Mittels Datenkompression können diese Pufferspeicher bis zu 64 Befehls-Verzweigungen erfassen bevor sie Trace-Daten aus dem MCU-Baustein an die ISDE übergeben müssen. Die MCU-Bausteine der Serie S7 gehen noch einen Schritt weiter und bieten eine Trace-Streamingfunktion zur Echtzeit-Datenerfassung während der Code-Ausführung. Dank dieser Fähigkeit können Entwickler den Programmablauf verfolgen, während dieser Tausende von Befehlen und Verzweigungen abarbeitet.

Die Synergy-Plattform enthält das SSP-Softwarepaket (Synergy Software Package) von Renesas. SSP bietet dem Entwickler ein Embedded-Software-Framework, das auf dem Thread-X-Multitasking-RTOS von Express Logic aufgebaut ist. Zur Unterstützung der Entwicklung komplexer Echtzeit-Systeme mit Hochgeschwindigkeits-Konnektivität bietet die E2-Studio-ISDE ein hohes Maß an RTOS-Awareness. Die Synergy-Plattform erlaubt eine kostenlose Nutzung des Host-basierten Analysetools Trace-X von Express Logic. Dieses bietet dem Entwickler eine detaillierte grafische Sicht auf Echtzeit-Systemereignisse und ermöglicht eine Visualisierung des Systembetriebs im RTOS-Kontext.

Trace-X kann das Auftreten von Systemereignissen wie Interrupts und Context-Switches nachverfolgen. Dazu stellt das Tool die Ereignisse entlang einer horizontalen Zeitachse dar, wobei die einzelnen Threads einer Anwendung entlang einer vertikalen Achse angeordnet sind. Zusammen mit den herkömmlichen Hardware-Debuggingfähigkeiten der ISDE bietet eine so erweiterte Darstellung dem SSP-Anwender Tracing-Fähigkeiten auf MCU- und RTOS-Ebene.

Einstieg in neue Projekte beschleunigen

Zur Vereinfachung und Automatisierung der Konfiguration von Synergy-MCU-Funktionen und -Codegenerierung verfügt die E2-Studio-ISDE über viele grafische Konfigurationstools. Diese führen die Benutzer durch die Auswahlprozesse und vermeiden Fehler beim Beginn eines neuen Designs. Synergy-MCUs unterstützen viele unterschiedliche Funktionen (bis zu 16) auf einem Pin und bieten damit eine hohe Flexibilität während des Designs der Board-Layouts. Der Pin-Konfigurator führt den Entwickler durch die Auswahl der gewünschten Funktion eines jeden Pins, überprüft das Design auf Konflikte, schlägt bei Bedarf Alternativen vor und dokumentiert das Design. Hilfe bei der Auswahl geeigneter Taktquellen und -Frequenzen bietet der MCU-System-Clock-Konfigurator über eine dynamische Validierung während des Auswahlvorgangs. Der RTOS-Konfigurator vereinfacht die Zuweisung und Steuerung einzelner RTOS-Threads zu Tasks. Ein weiterer Konfigurator bietet intuitive Unterstützung für die Auswahl optionaler Betriebs- und individueller Peripherie-Treibermodule. Ein letzter Konfigurator hilft bei der richtigen Zuweisung von Interrupt-Quellen zu MCU-Interrupt-Eingängen und bereitet eine umfassende Konsistenzprüfung vor. Am Ende des Konfigurierungsprozesses erzeugt die ISDE automatisch C-Headerdateien und C-Quellcode für die Initialisierung, der alle Auswahlentscheidungen berücksichtigt. So kann der Entwickler sofort mit der Erstellung des Anwendungscodes für sein Endprodukt beginnen.

 

Bild 2: Zahlreiche grafische Konfigurationstools vereinfachen die Code-Entwicklung.

Bild 2: Zahlreiche grafische Konfigurationstools vereinfachen die Code-Entwicklung. Renesas

Intelligentes Handbuch – Smart Manual

Eine der größten Herausforderungen mit der sich Entwickler von immer komplexer werdenden Embedded-Designs konfrontiert sehen, ist die umfassende Dokumentation für MCU-Bausteine und Software, die vor allem bei IoT-Anwendungen besonders anspruchsvoll ist. Die Nachverfolgung der benötigten Informationen kann Entwickler viele zusätzliche Stunden kosten.

Zur Lösung dieses Problems und zur Vereinfachung der Entwicklungsarbeiten nutzt die E2-Studio ISDE für Synergy das neue Feature Smart Manual. Es ist Teil des übergeordneten intelligenten Dokumentationssystems für die Synergy-Plattform. Als interaktive Quelle unterstützt es innerhalb der ISDE und arbeitet kontextbezogen. Das heißt, es präsentiert dem Benutzer die erforderlichen Informationen genau dann, wenn diese benötigt werden. Schreibt ein Entwickler beispielsweise einen Anwendungscode und benötigt detailliertere Informationen über ein bestimmtes MCU-Register oder einen bestimmten API-Funktionsaufruf innerhalb des SSP, und bewegt er den Cursor jeweils über einen MCU-Registernamen beziehungsweise ein Software-API, dann öffnet sich ein Tool-Fenster mit den zugehörigen Details für Struktur, Bit-Definition, Parametertypen und anderen Informationen. Sobald der Entwickler diese Informationen anklickt oder auf die Hilfefunktion zugreift, erscheint ein kontextbezogener Link zu weiteren Informationen, die mit dieser spezifischen Funktion verbunden sind. Selbst relevante Applikationsberichte und Multimedia-Anleitungen mit Bezug zum fraglichen Thema sammelt das System. Das Smart Manual spart Zeit, weil keine Ressourcen außerhalb der E2-Studio-ISDE mehr durchsucht werden müssen.

Bild 3: Das Smart Manual bietet kontextbezogene Links innerhalb des E2-Studio-Projekteditors und liefert zusätzliche Informationen über MCU-Register und SSP-API-Funktionsaufrufe.

Bild 3: Das Smart Manual bietet kontextbezogene Links innerhalb des E2-Studio-Projekteditors und liefert zusätzliche Informationen über MCU-Register und SSP-API-Funktionsaufrufe. Renesas

Synergy Entwicklungs- und Starter-Kits

Um einen sofortigen Einstieg sowie eine problemlose Entwicklung bis zur Prototypen-Phase zu gewährleisten, muss die Software-Entwicklungsumgebung eng mit den MCU-Entwicklungs-Kits gekoppelt sein. Von Anfang an wurde die E2-Studio-ISDE für eine nahtlose Zusammenarbeit mit den Kits der Synergy-Plattform ausgelegt. Sie berücksichtigt damit den unterschiedlichen technischen Wissensstand von Anwendern sowie den unterschiedlichen Komplexitätsgrad der Endanwendungen. Es gibt für jedes Synergy-Kit vorkonfigurierte Board-Support-Packages (BSPs) in der ISDE. Diese ermöglichen einen sofortigen Entwicklungsbeginn und problemlose Modifikationen, um den Funktionsumfang des Kits zu erweitern beziehungsweise zu ändern.

Die Renesas-Synergy-Development-Kits, kurz DKs, gibt es für jede Synergy-MCU-Serie. Sie bieten Zugang zu allen MCU-Funktionen und Pins für verschiedene Aufgabenstellungen: Evaluierung der MCU-Bausteinleistung und Messung des Stromverbrauchs, Erstellung der Anwendungssoftware bis die Hardware der Prototypen-Entwicklungsplattform des Endprodukts bereitsteht, und die Erweiterung des Funktionsumfangs durch Einsetzen spezialisierter Boards in DK-Erweiterungssteckplätze wie etwa standardisierte Pmod-Konnektoren.

Bild 4: Synergy-Development-Kits bieten Zugang zu allen MCU-Pins und -Funktionen einschließlich vollem Debugging-Umfang. Dieses Bild zeigt das DK-S7G2 für die Synergy S7G2 MCU.

Bild 4: Synergy-Development-Kits bieten Zugang zu allen MCU-Pins und -Funktionen einschließlich vollem Debugging-Umfang. Dieses Bild zeigt das DK-S7G2 für die Synergy S7G2 MCU. Renesas

Für eine stärkere Ausrichtung des Evaluierungs- und Entwicklungsprozesses auf Softwareentwickler enthalten Synergy-DKs auch aktive Multiplexer in den GPIOs. Mit ihnen können Entwickler die Signale über nur eine Schaltereinstellung dynamisch konfigurieren, anstatt manuell viele kleine Jumper zu setzen, die Fehler verursachen und Zeit kosten können.

Bild 5: Das SK-S7G2 Starter-Kit bietet einen kostengünstigen Zugang zur gesamten Renesas-Synergy-Plattform und ermöglicht umfassende Entwicklungsarbeiten unter Nutzung der meisten SSP-Funktionen.

Bild 5: Das SK-S7G2 Starter-Kit bietet einen kostengünstigen Zugang zur gesamten Renesas-Synergy-Plattform und ermöglicht umfassende Entwicklungsarbeiten unter Nutzung der meisten SSP-Funktionen. Renesas

Synergy-Starter-Kits (SKs) bieten eine gute Einführung in die Renesas-Synergy-Plattform und adressieren einen Großteil der Funktionen der Synergy-MCUs. SKs sind für Entwickler gedacht, die womöglich noch keine spezielle Anwendung im Sinn haben, die die Synergy-Plattform jedoch bei geringem Kostenaufwand erproben möchten. Jedes SK bietet Zugriff auf die meisten MCU-Pins und erlaubt auch eine Funktionserweiterung über eine Reihe von Steckverbindern nach Pmod- und Arduino-Standard für Arduino-Shield-Plug-in-Boards. Alle Synergy-DKs und SKs enthalten einen auf dem Board integrierten (J-Link-OB) JTAG-Debugging-Zugang über eine einfache USB-Verbindung.