Intuitivní uživatelská rozhraní není potřeba zvlášť představovat – na svých chytrých telefonech, tabletech nebo osobních přehrávačích se s nimi setkáváme dnes a denně. To, co je ve světě spotřební elektroniky naprosto běžné, však již nemusí být zase takovou samozřejmostí v oblasti řídicích systémů pro domácnosti nebo z průmyslové automatizace, kde se stále zcela běžně setkáváme s MIMIC diagramy pro znázornění daného obvodu, klasickými spínači nebo otočnými ovládacími prvky. A nebudeme ani daleko od pravdy, pokud prohlásíme, že většina domácích regulátorů teploty se stále „nezbavila“ mechanického přístupu s pohyblivými součástmi. Existují pro to nejrůznější důvody. Všudypřítomná vlhkost, vysrážená pára nebo používání rukavic budou ilustrovat pouze některé příčiny stojící za možným problematickým chodem řídicího systému s dotykovým ovládáním. Provozní podmínky daného závodu pak mohou nasazení velkých spínacích prvků pro tyto účely rovnou nařizovat, případně si použití tradičních ovládacích systémů vynutit z dalších bezpečnostních důvodů.
Ať již bude výsledný přístup jakýkoli, výrobci elektronických zařízení a systémů nechtějí (a také nemusí) modernizovat pouze funkční záležitosti, ale rovněž celkové „vzezření“ produktu z estetického hlediska. Propojená společnost se postupně začíná dotýkat i průmyslové automatizace. Domácí uživatelé zase uvítají vestavěný displej spolu s možností řídit takové funkce jako jsou vytápění, větrání, chytré monitorovnání energií nebo jen přístup k multimediálním souborům. K tomu všemu budeme potřebovat výkonný mikroprocesor se kterým navrhneme a vystavíme intuitivní a jednoduše použitelné uživatelské rozhraní (UI).
Obr. 1: MPU SAMA5D3 od Atmelu nabídne dostatek výkonu – jak pro náročné potřeby vzájemné propojitelnosti tak též pro obsluhu složitých uživatelských rozhraní s LCD
Pustí – li se jednou vývojář do návrhu aplikace s novým řídicím panelem, spíše než po mikrokontroléru sáhne pravděpodobně právě po mikroprocesoru (na HW serveru čtěte též Ze souboje MCU versus MPU vychází vítězně Atmel. Nabídne obojí). Může za to rozvaha nad požadovaným výkonem nezbytným pro zajištění vzájemné propojitelnosti a také potřeba svižného řízení TFT LCD panelu a s ním spojeného uživatelského rozhraní. Jako vhodného kandidáta jsme proto do tohoto článku vybrali MPU SAMA5D3 od společnosti Atmel, založený na jádru ARM® Cortex®-A5. Díky svému 65 nm výrobnímu procesu bude schopný zajistit až 850 DMIPS (Drhystone Million Instructions Per Second) na 536 MHz, resp. dosáhnout až 1 328 MB/s při rychlosti sběrnice 166 MHz, to vše s přihlédnutím k nízké vlastní spotřebě.
Pro náročnější aplikace má mikroprocesor SAMA5D3 k dispozici jednotku FPU (Floating Point Unit) a nechybí zde ani 24bitový TFT LCD kontrolér s grafickým akcelerátorem. Celek byl přitom optimalizován s ohledem na potřeby průmyslového řízení včetně rozhraní HMI (Human-Machine Interface), což výrobce dokládá souborem periferních rozhraní včetně duálního Ethernetu, high-speed USB nebo duálního CAN. Jeden z ethernetových portů dále podporuje gigabitový Ethernet (real-time stamping, IEEE1588).
Obr. 2: SAMA5D3 přináší stěžejní funkce nezbytné pro řízení procesů a také interakci s obsluhou. Podporu kapacitních dotykových panelů zajistí integrované obvody rodiny maXTouch
Stanovení odpovídajícího výkonnostního měřítka procesoru, které jsme otevřeli již v předchozím článku, nemusí být zrovna jednoduché. V závislosti na povaze dané aplikace může být vyžadováno použití RTOS (Real-Time Operating System) nebo též plného operačního systému, např. Linuxu nebo Windows CE. Již tato volba samotná může mít výrazný vliv na definici potřebných DMIPS – v případě Linuxu budeme obvykle počítat minimálně s 300 až 400 DMIPS na procesor, jednoduchý RTOS si pak může „říct“ jen o 50 DMIPS. Svou roli zde pochopitelně sehraje též volba uživatelského rozhraní – pro UI library, např. Qt, lze vystačit s 80 až 100 DMIPS. Samozřejmě bude nutné pečlivě zvážit i výslednou podobu samotného rozhraní člověk – stroj, ať již v případě panelu pro průmyslové řízení nebo jen v rámci domácí automatizace. Žádá se po nás vysoké rozlišení panelu společně se složitými a reálně vypadajícími animacemi? Zvolený mikroprocesor by měl v ideálním případě nabídnout též možnost grafické akcelerace.
Obr. 3: Klíčové vlastnosti řady MPU SAMA5D3
MPU SAMA5D3 od Atmelu se pro návrhy řídicích panelů vyloženě hodí. Vývojáři mohou těžit z jádra Cortex-A5, VFPU a také zmiňovaných možností grafické akcelerace. Ve spojitosti s 32bitovým DDR kontrolérem (Dual Data Rate, až 1 328 MB/s) bude mít dostatek výkonu k buzení zobrazovacích jednotek s vysokým rozlišením prostřednictvím 24bitového bloku TFT LCD kontroléru. Obvod přímo podporuje odporové dotykové panely, ale v případě potřeby nic nebrání připojení vnějšího kontroléru pro kapacitní dotykové zobrazovače z rodiny maXTouch od Atmelu.
Obr. 4: S návrhem propracovaných grafických uživatelských rozhraní pomůže nástroj Qt Creator
Jako spolehlivý a zároveň jednoduše použitelný nástroj pro vývoj složitějších grafických uživatelských rozhraní se v průběhu času prokázal Qt framework. S využitím C++ nebo QML tak mohou vývojáři navrhovat intuitivní panely pro HMI / UI a používat přitom aplikaci Qt Creator (na obr. 4). Qt je založen na kompletní sadě ovládacích prvků – widgetů (zaškrtávací pole, přepínače, textový vstup, ...), které při návrhu panelu grafického uživatelského rozhraní použijeme. Rozvržení a také plánování způsobu vzájemné komunikace s obsluhou pak v rámci vývojového prostředí Qt Creator umožňuje nástroj Qt Designer. Za zmínku stojí též skvělá podpora multimédií a 3D grafiky.
Obr. 5: SAMA5D3 spolu s vývojovým prostředím Qt umožňují rychle navrhnout i složitější uživatelská rozhraní, zde např. pro automatizaci domácnosti
Svůj návrh uživatelského rozhraní, stejně jako celé zbývající aplikace, si můžeme ověřit na některé z dostupných vývojových desek. Na obr. 6 vidíme plnohodnotnou vývojovou platformu pro embedded mikroprocesory SAMA5D3x-EK, složenou ze tří částí – základní desky (MB), jednoho z pěti dostupných CPU modulů (CM) a volitelně též modulu 5palcového displeje WVGA (DM, odporový TFT LCD modul se čtyřmi tlačítky QTouch). S ohledem na rychlý návrh, testování a také doplňkové úpravy uživatelského rozhraní dle potřeb zákazníka Atmel zdarma poskytuje SDK (Software Development Kit) založený právě na Qt a zahrnující dema, widgety, grafická pozadí, soubor ikon a také další užitečné grafické prvky.
Obr. 6: Vývojová deska pro embedded MPU řady SAMA5D3 od Atmelu
V případě zájmu o produkty Atmel kontaktujte distributora, společnost Codico GmbH (www.codico.com, e-mail: Petr.Rocek@codico.com). Zde také můžete směřovat veškeré své dotazy a to včetně požadavků na vzorky, vývojové kity, nabídky či konzultaci (ne)typických řešení.
Firmy Codico a Atmel si Vás zároveň dovolují pozvat na Workshop seminář zaměřený na ARM mikrokontroléry od Atmelu. Zmíněné mikrokontroléry ARM Cortex M4/M3/M0+ mají velmi široké možnosti použití v nejrůznějších aplikacích, což potvrzuje též velký počet spokojených zákazníků. Na semináři s teoretickou částí i praktickými ukázkami se seznámíte s ARM mikrokontroléry a dozvíte se více o nových, mnohdy revolučních technologiích společnosti Atmel. To vše v Praze, ve středu 11. června 2014 od 9:00 do 16:00 (místo konání bude ještě upřesněno).
Detailní technická prezentace odborníků pořádajících firem na téma mikrokontrolérů ARM Cortex M4/M3/M0+ přichází s tímto, zatím předběžným programem:
09:00 – 10:30 ATMEL CortexM product families and technical features
10:30 – 11:00 Break & Demo Table
11:00 – 12:00 ATMEL MPU based product family and technical features
12:00 – 13:00 Lunch
13:00 – 13:30 ATMEL Security products
13:30 – 14:00 ATMEL Studio and Peripheral Touch Controller introduction
14:00 – 15:30 Getting started with SAMD MCUs and ATMEL Studio (Touch Solutions)
Poslední částí programu bude praktický seminář, kde si každý z účastníků zprovozní kit s mikrokontrolérem SAMD a nainstaluje potřebný SW. Organizátoři proto vyzývají k přinesení vlastního notebooku. Registrovat se lze on-line nebo prostřednictvím e-mailu (Petr Rocek). Za účast na semináři se neplatí, ale počet účastníků je limitován. Pro všechny kdo se zúčastní poslední části programu, tj. praktického semináře, je dále připraven vývojový kit s mikrokontrolérem SAMD, který si následně můžete odnést domů. Prezentace i diskuze budou vedeny v angličtině.
Připraveno na základě článku Designing Feature-Rich User Interfaces for Home and Industrial Controllers, autor Frédéric Gaillard, Product Marketing Manager, Atmel a materiálů dostupných na www.atmel.com.
