45. Jahrgang | € 12,-

HF-DESIGN: Baugruppen für LTE-fähige Smartphones –

entwickelt mit AWR-Software

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Titelbild: Fujitsu Semiconductor Europe

LELEKTRONIK INFORMATIONEN

Praxiswissenfür den

professionellenEntwickler

Entwicklungskits – was ist ihre zukünftige Rolle im EMBEDDED ENGINEERING?

2013

ENTWICKLUNGSTOOLS 16

Wizard vereinfacht den USB-Einstieg mit Fujitsus FM3-Mikrocontroller

MEDIZINELEKTRONIK 42

Wie fortschrittliche Point-of-Load-Regler die medizinische Bildgebung verbessern

SCHALTUNGSSCHUTZ 46

Wirksame ESD-Maßnahmen bei hochentwickelten CMOS-Fertigungsprozessen

www.EL-info.de

USB FIRMWARE FÜR MIKROCONTROLLER AUS FUJITSUS FM3-PLATTFORM ERSTELLEN

K(l)eine HexereiVon der einfachen Peripherieanbindung via USB, wie sie in der PC-Technik gang und gäbe ist, können auch Embedded-Anwendungen profi tieren. Der „USB Wizard“ ist ein zentraler Teil von Fujitsus „FMconnect“-Lösung für Embedded-USB. Er soll dem Benutzer mit wenigen Klicks zu einer lauffähigen Firmware verhelfen.

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16 EL-info Elektronik Informationen 2 | 2013

WOLF FRONAUERMANUEL SCHREINER

Der Universal Serial Bus (USB) stellt in Embedded-Systemen einen pauschalen Anschluss zum Com-

puter her (Embedded-System als USB Device), sorgt aber auch für den Zugang zu externer Peripherie (Embedded-System als USB Host). USB ersetzt hierbei schon seit längerer Zeit die serielle oder parallele Schnittstelle. USB standardisiert nicht nur Steckverbinder, Kabel und Datenkommu-nikation, sondern Geräteklassifi zierungen

Fujitsu Semiconductor Europe GmbH,

63225 Langen,

Tel. 06103 690-0,

Fax 06103 690-122,

E-Mail usb.fseu@de.fujitsu.com,

http://fujitsu-fm-family.com

Embedded World: 1-306

KONTAKT

beschreiben gewisse Gerätetypen inklusi-ve Protokoll, sodass in vielen Fällen eine Treiberinstallation entfällt. Beispiele für treiberlose Geräte sind Tastaturen, Mäuse und USB-Festplatten. Auch in Embedded-Systeme lässt sich USB-Peripherie ein-fach einbinden. Historisch gewachsen sind in Embed-ded-Systemen die so genannten USB-Brücken, die einen USB-Anschluss und beispielsweise eine serielle Schnittstelle zur Kommunikation mit dem Embedded-System besitzen. Ein virtueller Com Port machte die beliebte serielle Schnittstelle über USB wieder verfügbar. Jedoch kann

Tools SPEZIAL: EMBEDDED ENGINEERING

EL-info Elektronik Informationen 2 | 2013 17

VORGEHENSWEISE1

Bild 1. Einfacher Einstieg in die USB-Firmware-Erstellung mittels USB Click & Go

USB um einiges mehr leisten, und mit dem Einzug von USB in den Mikrocontrol-ler ergeben sich neue Möglichkeiten. Für industrielle Embedded-Applikatio-nen bietet Fujitsu ARM-Cortex-M3-Mikro-controller („FM3“) mit USB-Option an. Diese unterstützen immer USB-Funktion und Host, und es sind bis zu zwei solcher Schnittstellen an Bord. Zum einen bietet der Core einen universellen Einstieg in die ARM-Cortex-M-Serien, zum anderen kann der Entwickler auf die Technologie von Fujitsu zugreifen: So bietet Fujitsu einen schnellen und zuverlässigen Flash, der bei 72 MHz ohne Waitcycles auskommt und dank eines Tracebuffers selbst bei 144 MHz MCU-Takt keine Waitcycles be-nötigt. Des Weiteren unterstützt die FM3-Serie Flash Security, Clock Supervisor und Low-Voltage Detection. Neben USB besitzen die FM3-Derivate der High-Per-formance-Gruppe bis zu acht multifuktio-nale serielle Schnittstellen, die als UART, SPI oder I2C konfi guriert werden können. Hinzu kommen bis zu zwei CAN- und zwei Ethernet-Schnittstellen. Multifunctional Timer für Inverter Motor Control sowie bis zu drei unabhängige 12-Bit-A/D-Wandler gehören zur serienmäßigen Ausstattung.

Der leichte USB-Einstieg

Zusätzlich zu USB-Hardware und -Stack verhilft Fujitsus USB Wizard mit nur we-nigen Klicks zur eigenen USB-Applikation („USB Click & Go“, Bild 1). Zunächst wer-den Hardware-spezifi sche Einstellungen vorgenommen, wie der genaue Typ des Mikrocontrollers oder Evaluierungsboards, und man bestimmt, ob USB-Host oder/und -Device genutzt werden sollen. Ne-ben diesen Hardware-Vorgaben können auch diverse Softwarepakete ausgewählt werden wie Evaluation Board Support für LEDs, Taster, Kommunikation, Low-Level Library und Filesystem-Nutzung. Wurde die USB-Device-Nutzung mit ausgewählt, lassen sich in den nächsten Schritten Device-spezifi sche Einstellungen vornehmen. Zunächst kann die Art des USB-Devices bestimmt werden: Virtual Com Port, LibUSB-Kommunikation, HID-Kommunikation, USB Mouse oder USB Joystick. Das USB Device kann dann noch genauer durch Teile des Device Descriptors und Confi guration Descriptors konfi guriert werden. Die vorgegebenen Werte funkti-onieren auf Anhieb, sind aber zum Zweck der Kompatibilität anpassbar. Wurde USB-Host-Nutzung ausgewählt, sind Treiber an-

und abwählbar, die das Embedded-System als Host unterstützen sollen. Fujitsus Em-bedded USB Host unter stützt folgende Geräte: Mouse, Tastatur, HID-Datenkom-munikation und Mass Storage (mit Filesys-tem). Zuletzt kann der Speicherort und der Name des Projekts vergeben werden. Das Ausgabeformat ist ein komplet-ter C-Sourcecode, der als Projekt direkt mit der „IAR Workbench“ oder mit „Keil μVision“ zu öffnen ist und so direkt als Binary umgesetzt werden kann. Generell

kann der Quellcode auch mit jeder ande-ren IDE genutzt werden oder mit jedem anderen C-Compiler, der die FM3-Serie unterstützt. Neben dem Source-Code liegt dem Ausgabeformat – wenn benötigt – zusätzliche Treibersoftware, Fujitsus USB-Bibliothek und PC-Software bei, mit der man das Embedded Device direkt ansteu-ern kann. Eine tiefere Dokumentation ist mit dem USB Wizard direkt abrufbar und kann einfach und übersichtlich in Form von Application Notes bezogen werden.

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Bild 2. Im Beispiel wird die USB-Device-Unterstützung aus- und die Host- sowie Filesystem-Unter-stützung abgewählt

USB-Wizard

USB-Library frei verfügbar

Low-Cost Starterkit

USB-Wizard + Software LibraryDie USB-Funktionalität ist bei FUJITSU´s Cortex-M3 Serie gratis dabei.FM3connect verknüpft USB-, Ethernet- und CAN-Kommunikation mit intelligenten Hard- und Software-Tools:

► USB-Wizard (GUI) lauffähiger USB-Code in nur 30 Minuten ► Umfangreiche USB-Library frei verfügbar ► Low-Cost Starterkit für den schnellen Einstieg

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18 EL-info Elektronik Informationen 2 | 2013

Bild 3. Vendor- und Produkt-ID eingeben und Vorgaben zum Strombedarf defi nieren

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USB Wizard in der Anwendung

Das Beispiel des Virtuellen Com Ports soll die Funktionsweise des USB Wizard in wenigen Schritten verdeutlichen:

Auswahl der Hardware-PlattformDie Hardware ist die Grundlage für die erste eigene USB-Anwendung. Zu die-ser Grundlage gehört der genaue Typ des Mikrocontrollers, aber auch externe

Peripherie wie Taster und LEDs. Wird ein Mikro controller mit einem verfüg-baren Evaluation Board ausgewählt, so ordnet der Wizard automatisch das richtige Board zu. Neben der externen Peripherie kann auch die Fujitsu-eigene Low-Level-Bibliothek eingebunden wer-den, um die interne Peripherie einfacher anzusteuern. Im Beispiel des Virtuellen Com Ports wird nur USB-Device-Unter-stützung aus- und die USB-Host-Unter-stützung sowie der Filesystem-Support abgewählt (Bild 2).

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Bild 4. Übersicht der mög-lichen Aktionen, nachdem das Projekt erstellt ist

Mehr Support für die FM-Familie. FMconnect USB ist nur eines von Fujitsus Angeboten rund um die FM3-Mikrocontroller. Weitere Lösungen für diese Baustein familie sind:

„FMconnect Ethernet“, denn die FM3 Familie bietet bis zu zwei unabhängige Ethernet-Schnittstellen pro MCU an, „FMinverter“ für Motoranwendungen vom Kompressorantrieb bis zum Industrie servomotor, „FMtouch“ ermöglicht die kapazitive Touch-Eingabe mit allen FM3-Mikro-controllern.

Die von Fujitsu bereits angekündigten Familien „FM4“ mit Cortex-M4-Kern und „FM0+“ mit Cortex-M0+-Kern werden dank ihrer Kompatibilität zu FM3 nicht nur dazu beitragen, eine große skalierbare Cortex-M-Plattform mit über 700 ver -schiedenen Derivaten zu formen, sondern auch die Unterstützung durch die schon vorhandenen Lösungen ist sichergestellt.

WISSENSWERT

USB Click & Go. Die ARM-Cortex-M3-Mikrocontroller der FM3-Familie stellen den Entwicklern industrieller Embedded-Anwendungen eine USB-Option mit jeweils zwei dieser Schnittstellen zur Verfügung. Neben Hardware und Stack bietet Fujitsu einen Wizard für den Schnell -einstieg an, der mit nur wenigen Klicks zum fertigen USB-Projekt führt.

FAZIT

Auswahl der USB-Device-Anwendung

Normalerweise muss der Entwickler das USB Device mit den so genannten USB-Deskriptoren beschreiben und ein USB-Klassenprotokoll aufsetzen. Für den Vir-tuellen Com Port existiert im USB Wizard bereits eine Vorlage, die Deskriptoren schon vorkonfi guriert und das Klassen-Kommunikationsprotokoll beinhaltet.

Feinabstimmung der USB-Deskriptoren

Falls dem Entwickler eigene Vendor-ID und Produkt-ID vorliegen, können diese nun eingetragen werden (Bild 3). Sollte dies nicht der Fall sein, so sind für das konkrete Beispiel schon Vendor- und Pro-dukt-ID von Fujitsu ausgewählt. Für kleine Serien von bis zu 5000 Stück können bis zu vier Produkt-IDs unter der Vendor-ID von Fujitsu bezogen werden. Andernfalls kann beim USB Implementers Forum unter www.usb.org auch eine Vendor-ID bezogen werden, unter der man 64.000 Produkt-IDs nutzen kann. Neben Vendor- und Produkt-ID können nun noch Einstel-lungen zur Stromaufnahme vorgenom-men werden, die der Computer vor allem dann benötigt, wenn das Embedded-Gerät über den Bus mit Strom versorgt werden soll.

Tools SPEZIAL: EMBEDDED ENGINEERING

Projektnamen und Speicherort festlegen

Nun können Projektname und Speicherort angegeben werden. Der Wizard erstellt im Anschluss daran ein vollständiges Projekt und benennt dieses anhand der eingestell-ten Parameter. Für die IAR Workbench und Keil μVision erzeugt er Projekte, die komplett alle Linker- und Compiler-Ein-stellungen beinhalten. Generell ist der erzeugte C-Sourcecode auch mit jedem anderen Compiler zu verwenden; je-doch müssen die Compiler- und Linker-

Einstellungen dann von Hand vorge-nommen werden. Nachdem alle Dateien erzeugt sind, können nun verschiedene Aktionen aus-gelöst werden (Bild 4): die Readme-Datei lesen, die USB-Dokumentation öffnen, das erzeugte Projekt im Explorer anzei-gen, das Projekt mit der IAR Workbench oder in Keil μVision öffnen oder Treiber für den Virtuellen Com Port automatisch installieren. (ml)

WOLF FRONAUER

ist Manager Embedded

Marketing and Application

bei FSEU.

MANUEL SCHREINER

ist dort als Application

Engineer tätig.

DIE AUTOREN

www.EL-info.de 762001