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Las herramientas de desarrollo y su contribución a la democratización de la tecnología

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Los beneficios de la implementación de la Industria 4.0
Mark Patrick, Supplier Marketing Manager EMEA en Mouser Electronics

Los chips embebidos actuales de bajo coste, pero de gran capacidad, brindan a prácticamente cualquier persona las herramientas de desarrollo necesarias para integrar un sofisticado poder de computación en proyectos personales y productos comerciales a pequeña escala.

Si bien esta posibilidad ha existido durante años, solo se ha aprovechado plenamente en los últimos tiempos de la mano del notable crecimiento de ecosistemas completos formados por herramientas de desarrollo embebidas de hardware y software.

Estas herramientas, como las placas de desarrollo y evaluación y los entornos de desarrollo integrado (IDE), descargan de gran parte del trabajo duro al entorno de desarrollo de sistemas y permiten que los proyectos dejen de basarse simplemente en el método de prueba y error. No es de extrañar que los fabricantes de chips y los proveedores de placas hayan invertido tantos recursos en ofrecer herramientas de desarrollo de bajo coste o incluso gratuitas para promover las ventas de sus productos.

Una de las formas más sencillas de iniciarse en la electrónica es con una de las populares placas MCU embebidas, como las de Arduino y SparkFun. Estas unidades están diseñadas para que a los principiantes les resulte sencillo y divertido usarlas, y proporcionan una buena forma de aprender y probar ideas. Gracias a su naturaleza de uso general, pueden implementarse en diseños de aficionados, así como para crear prototipos. Sin embargo, muchos fabricantes de chips, como Cypress y Texas Instruments (TI), cuentan actualmente con kits de desarrollo que están a caballo entre los dispositivos de aficionados y las placas de evaluación profesionales, y pueden utilizarse para desarrollar prototipos electrónicos a escala de producción.

Estos kits pueden ofrecer un paso intermedio útil en el aprendizaje de los desarrolladores, dado el gran número de sencillas funciones con las que cuentan, como un producto Arduino o SparkFun, además de permitir a los usuarios trabajar directamente con chips y hardware susceptibles de convertirse posteriormente en un sistema electrónico producido en masa. Dicho esto, muchos ingenieros profesionales emplean actualmente kits pensados para aficionados, como Arduino, como herramientas versátiles de desarrollo y pruebas.

Descripción general del mundo embebido

El mundo del desarrollo de sistemas embebidos puede resultar confuso, dada la abrumadora variedad de productos de hardware y clones que ofrece, así como la variedad aún mayor de herramientas de software asociadas. Para entender mejor las numerosas opciones que tienen a su disposición los desarrolladores de sistemas, ya sean aficionados o profesionales, resulta útil comenzar con una breve descripción general de un entorno de desarrollo típico.

En el centro del banco de trabajo del desarrollo embebido está, por supuesto, la placa de desarrollo o evaluación basada en la MCU objetivo. En términos generales, la diferencia entre una placa de desarrollo y una placa de producto terminado es que la primera ofrece un acceso sencillo a las señales internas y los pines de E/S, y resulta fácil de reprogramar. Las placas de desarrollo también pueden ofrecer funciones adicionales para facilitar la tarea del desarrollador, como control avanzado de la velocidad del reloj.

La parte de software del desarrollo tiene lugar en un PC o un portátil host (también puede realizarse en un dispositivo móvil, aunque esta opción aún es muy poco común), que se conectan a la placa de desarrollo mediante USB y, quizá, también a través de otras interfaces, como un puerto serie, en función de los requisitos del proyecto. También son esenciales herramientas de supervisión y pruebas externas más tradicionales, como multímetros y osciloscopios.

El PC host ejecuta un IDE, que brinda acceso a herramientas de desarrollo de software, como editores, compiladores, depuradores, administradores de bibliotecas, etc. Además de los proveedores de herramientas de software e IDE de sistemas embebidos, los proveedores de hardware individual también ofrecen IDE, herramientas de software y bibliotecas para sus productos específicos. Es posible que en el PC también se ejecute software de simulación y emulación, como herramientas de diseño de circuitos impresos y diseño o emulación de circuitos, para ofrecer una funcionalidad complementaria.

De hecho, la fase inicial del desarrollo puede tener lugar íntegramente en el PC host, con software de simulación que emule el hardware objetivo. A medida que avance el desarrollo, la ejecución puede trasladarse a la placa de hardware host. Evidentemente, en esta fase puede resultar muy útil un estilo modular de desarrollo que permita probar funciones de manera aislada para localizar errores de software y hardware..

La correcta elección de software y hardware

Dada la abrumadora variedad de opciones y combinaciones disponibles, lo aconsejable sería que los desarrolladores eligieran con atención el hardware y las herramientas de software relacionadas, en función de las demandas previstas del proyecto.

Es importante investigar y planificar al principio, ya que cada plataforma de desarrollo es más o menos adecuada para trabajar con según qué aplicaciones y hardware externo. También se debe considerar la compatibilidad del software y los modelos de desarrollo futuros, para reducir el riesgo de que sus desarrolladores tengan que depender de software obsoleto. Huelga decir que resulta mucho más importante adoptar este enfoque más precavido si existe la posibilidad de que los proyectos se amplíen para la producción en masa.

Las herramientas de desarrollo y su contribución a la democratización de la tecnología
Placa de microcontrolador Arduino DUE

Muy a menudo, por supuesto, el mejor IDE es el que suministra el proveedor de la placa de desarrollo. Por ejemplo, imaginemos el caso de un proyecto de fuente de alimentación de sobremesa programable y controlada mediante pantalla táctil basado en Arduino DUE. La DUE es una de las placas más potentes de Arduino, y se basa en un microcontrolador con núcleo ARM de 32 bits con 54 pines de entrada/salida digital y 12 entradas analógicas.

Al principio, el proyecto se basó casi por completo en el IDE Arduino estándar. Sin embargo, en un determinado momento, el desarrollador optó por una herramienta de desarrollo visual distinta, EEZ Studio, para llevar a cabo tareas como el diseño y la animación de una interfaz gráfica de usuario en la pantalla táctil a color de la fuente de alimentación, ya que la funcionalidad del IDE Arduino en este sentido era bastante rudimentaria.

Aunque las herramientas del IDE estándar suelen ser las más adecuadas, a veces es necesario buscar más allá para encontrar software de desarrollo optimizado. Tomemos como ejemplo el proyecto de una ventana inteligente desarrollada con un kit SimpleLink MCU LaunchPad de TI. El objetivo de este proyecto era ofrecer una ventana adecuada para su implementación en hogares y oficinas, que se pudiera atenuar automáticamente en función de la luz, con un temporizador o incluso por control remoto desde una aplicación móvil. Para ofrecer la función de atenuación se utilizaba una lámina de película electrocrómica que cubría la ventana de cristal.

La gama de kits de SimpleLink de TI se basa en placas de desarrollo centradas en E/S destinadas a aplicaciones de conectividad, como automatización de edificios y casas o implementaciones del Internet de las cosas (IdC). La placa específica que se utilizó en este caso fue una MSP432 con una placa complementaria para la funcionalidad Wi-Fi. Se eligió la placa MSP432 por su bajo coste, sus numerosas conexiones de E/S y su consumo mínimo de energía, lo que ofrecía una vida útil de la batería muy larga. La vida útil de la batería era un aspecto muy importante debido a la necesidad de situar la placa controladora lo más cerca posible de la ventana, con la intención de incorporarla al marco en un futuro. Esta disposición no permitía usar una fuente de alimentación externa, tanto por motivos estéticos como económicos.

Aunque los kits LaunchPad de TI ofrecen herramientas de desarrollo potentes basadas en el popular IDE Eclipse, en este caso los desarrolladores confiaron principalmente en la plataforma de desarrollo de nube híbrida Bluemix de IBM para desarrollar el software. Se decantaron por esta plataforma porque está específicamente diseñada para aplicaciones que se mantienen conectadas a la nube durante su funcionamiento, y esta capacidad facilita la ampliación del proyecto para controlar muchas ventanas. Además, los desarrolladores determinaron que Bluemix ofrecía mejor compatibilidad con iOS en ese momento, y una aplicación de controlador para iPhone/iPad era una parte vital del proyecto.

El coste sumamente bajo de los kits de desarrollo, en combinación con la gran variedad de software de desarrollo, permiten llevar a cabo grandes proyectos a prácticamente todo el mundo. Los ejemplos de desarrollo de proyectos reales descritos aquí ilustran lo que puede ayudar un poco de investigación y planificación para evitar escollos futuros, especialmente en proyectos con objetivos más ambiciosos y grandes perspectivas comerciales.

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