CortexM0 & CortexM4 in one chip – LPC4000

מאת: אמיר שרמן, ארו ישראל

עולם המיקרו-בקרים מרובי הליבות
שוק המיקרו-בקרים מוצף מעבדים מבוססי ליבות ARM מסוג Cortex M3 ,Cortex M0 ואפילו כבר נמצאים בשוק מעבדים עם הליבה החדשה Cortex M4 בתצורות שונות ומגוונות ומנהלי הפרויקטים השונים הן בחומרה והן בתוכנה משקיעים מאמץ גדול בבחירה המתאימה לדרישות של הפרויקטים וכבר אנחנו עוברים לשלב הבא, שהוא ממש ייחודי ודורש הבהרות.
בשלב זה מתחילים להופיע בשוק מיקרו-בקרים מרובי ליבות! מיקרו-בקרים שרק לפני מספר שנים בדור הקודם של הפרויקט היה בקר 8bit והיום 2 ליבות שעובדים בצורה מקבילית ושונים אחד מהשני. זאת לא רק מהפכה בעולם המיקרו בקרים אלא שינוי תפיסה עקרוני בעולם התוכנה בעיקר ובחומרה בפרט ואת זה אנסה להסביר.
בעולם המיקרו בקרים בדרך כלל ישנה מטרה ברורה לתפקידי המעבד כגון עיבוד מידע, שימוש ב- PWM בעולם ה- Motion Control או חיבור המעבד להתקן חיצוני כגון USB או לרשת התקשורת דרך ה- Ethernet. אם ישנם מגוון רחב של מטרות כיוון שהאפליקציה דורשת זאת, כלומר ביצוע של מגוון רחב של מטרות או משימות יש צורך בשימוש של מערכת הפעלה RTOS – Real Time Operation System כדי ליצור משימות Tasks ולהגדיר עדיפויות לביצוע Priority ואנשי התוכנה בונים את ה- Firmware בתצורה חכמה של שכבות ניהול התוכנה.
היום התווסף עוד מימד לתיכנון הן של החומרה והן של התוכנה מכיוון שבקרי העתיד שכבר כאן הן מרובי ליבות כאשר הליבות יכולות לתקשר בינהם ולחלק את העבודה בהתאם לרצון המשתמש בצורה נבונה. NXP שיחררה לעולם משפחה חדשה בשם LPC4000 הכוללת שני ליבות , האחת מבוססת Cortex M0 הפשוטה יחסית והשנייה באותו אריזה\רכיב כמובן מבוססת ליבת Cortex M4 החדשה בעלת יכולת מורחבת כגון:,  FPU – Floating Point Unit כל ליבת יכולה לעבוד בתדר של 150Mhz.
שניהם פעילים בצורה אסימטרית עם גישה ישירה לזיכרון ה- Flash המורחב עד 1Mbyte בתצורת בנק יחיד או שני בנקי זיכרון. בתוספת זיכרון Ram של עד  134Kbyte.
ישנם עוד חמישה בלוקים שונים המתווספים לליבות והם ה-   .

כל בלוק מכיל התקן פריפריאלי שכל ליבת יכולה לפנות אליו ולנהל אותו כאשר ה- Interfaces כולל שני High Speed USB מסוג Host/Device או OTG ,Ethernet MAC,  ארבעה Uarts שלושה SPI שני I2C ושני I2S. תמיכה ב- SDIO וניהול ממשק זיכרון חיצוני ה- External Memory Control כמו כן תמיכה בשני התקני Can Bus ומנהל בקרת מנועים מסוג Quad Encoder Interface. אפילו מנהל זיכרון Boot טורי מסוג SPI ו- בקר LCD לתצוגה גרפית.
בלוק ה- Timers מכיל Motor Control PWM גם כן לבקרת מנועים, RTC, ארבעה 32bit Timers וגם Alarm Timer.
בלוק ה- Configurable Interface מכיל  Serial GPIO שמאפשר תיכנות התקן תקשורת נוסף אם יש צורך בכך ( כלומר אם חסר עוד I2C  אזי הוא ניתן לתיכנות ). כמו כן  State Config Timer.
בלוק ה- Security מכיל התקני אבטחה כגון OTP Key Storage שזהו התקן הניתן לתוכנות חד פעמי ליצירת מפתח יחודי לרכיב ותמיכה בהצפנה מסוג AES.
בלוק ה-Analog כולל ממיר אנלוגי לדיגיטלי ADC של עד 16 ערוצים ב- 10bit וכמו כן ממיר דיגיטלי לאנלוגי DAC של עשרה סיביות 10bit גם כן.
NXP  מכוונת את המשפחה הזאת לעולם ה- DSC – Digital Signal Controller  מכיוון שה- CortexM4 מכיל פקודות מתמטיות ייחודיות לעולם זה ובנוסף תמיכה ב- Floating Point. השילוב הייחודי עם ה- Co-Processor מבוסס CortexM0 מייחד את המשפחה זאת כנגד רכיבי ה- CortexM4 הרגילים בשוק.
לאחר הסקירה החומרתית נעבור לצד התוכנתי שבמקרה זה ישנו שינוי מהותי של התכנון התוכנה הקיים מכיוון שישנם 2 ליבות שונות שכל אחת חזקה דיו לנהל מספר מערכות ולכן נפתחה בפנינו מספר אופציות של שימוש עם או בלי מערכות הפעלה בהתאם לאפליקציה הדרושה. ישנם מספר אופציות לתיכנון:
1. במצב הפשוט נפעיל את הבקר באף אחד מהליבות ללא מערכות הפעלה (בעיקר כשאין שימוש ב- Ethernet לצורך תקשורת).
2. במצב הנפוץ נריץ מערכת הפעלה RTOS  כלשהי עם ה- CortexM4 שתנהל את התקשורות השונות (Ethernet & USB) כולל TCP/IP Stack וה- CortexM0 ינהל את ההתקנים האנולוגים.
3. במצב המתוחכם ביותר ירוצו 2 מערכות הפעלה שונות או מקבילות על שני הליבות השונות והתכנת יבצע Debug מקבילי עליהם. דוגמא לכך נמצא בחברת ARM  על ידי סביבת העבודה של Keil שבו יתבצע Debug בו זמנית של 2 הליבות כולל תמיכה של הפעלת 2 מערכות הפעלה בו זמנית על הרכיב.
במצב JTAG מערכת LPC4000 מספקת גישה בו זמנית על שני מעבדי Cortex-M באמצעות CoreSight™ ARM שזוהי מערכת לבדיקה באגים ו- Debug. ה-  ULINKpro של Keil המבצע את הבדיקות (Debug)  ואת מתאם מעקב (Trace) יחד עם ARM-MDK Keil (ערכת פיתוח מיקרו) מאפשר שני מופעים עצמאיים שיופעלו בעת ובעונה אחת. מצב זה מאפשר למפתחים כלי לניתוח בתוכנת היישום של שני מעבדים לזהות ולתקן את השגיאות בעיקר בעיות תקשורת. כאשר אלה הושלמו, המעבד השני ניראה כיחידה אחרת היקפית שגם אותה ניתן לבדוק . פיתוח קוד נוסף ניתן לעשות שימוש רק מופע אחד של ה-IDE μVision / Debugger.
חברת ארו ישראל תהיה החברה הראשונה בעולם (World Wide) שבספטמבר תספק ערכות פיתוח זולות (Low Cost Boards) מבוססות על משפחת ה- LPC4000 בשיתוף פעולה עם חברת Diolan הישראלית כך שניתן להתחיל את הבדיקות  (Evaluation) של שימוש במיקרו בקרים מבוססי 2 ליבות העתיד מסוג CortexM0 ו- Cortex M4.

אמיר שרמן, ארו ישראל

מאת: איציק קרן על פי יישום של YAI, יאסקווה

אריזת תרופות הינה אחד השלבים הקריטיים בתהליך ייצור ושיווק המוצר. היא אמורה לספק הגנה למוצר עצמו בתהליך השינוע, בידוד המוצר בתנאי סביבה שונים (אבק, לחות, חמצן וכו’). האריזה משמשת גם ככלי שיווקי המספק מידע על המוצר ולעיתים על היצרן בצורה ממוקדת ותמציתית. אריזת תרופות שונה כמובן כתלות בצורת התרופה ובמצב הצבירה שלה (נוזלי, מוצק, אבקה). ישנם כמובן שיטות רבות לאריזת תרופות. מאמר זה יתמקד באחת מהן.
בתחום אריזת התרופות, תהליך האריזה בחום, Blister Pack Thermoforming נפוץ במיוחד, שם הוא משמש לאריזת כדורים, קפליות, סוכריות מציצה וכיו”ב.
אריזות ה-Blister מיוצרות בתהליך Form-Fill-Seal (תבנית-מילוי-אטימה), על-ידי יצרני התרופות או על-ידי קבלני משנה.
האריזה מיוצרת מיריעת פולימר, ממנה מיוצרת התבנית, מילויה באמצעות הרכיב הפרמצבטי (כדורים, קפליות) ואיטום באמצעות יריעת מתכת (Foil). בסיום תהליך האריזה, מתבצע תהליך פרפורציה שמקל על השימוש בכדורים וטיפול באריזה.
תהליך זה כולל אתגרים רבים ביישומו. למשל:
קצב ייצור מקסימאלי תוך שמירה על מימדי מעטפת קטנים יחסית, עבור רכיבי המערכת
בקרה מדויקת של הטמפרטורה בתחנת יצירת התבנית
ממשק פשוט לרכיב ה-PLC וה-HMI לצורך העברה קלה ומהירה של מידע הסרוו והתוצר
אפשרות ביצוע התאמה ב”זמן אמיתי” של פרופילי התנועה
תאימות לתקינה ובקרת איכות
תכנות פשוט יותר לצורך התקנה ויישום מהירים יותר של מכונת הייצור

מוצרי הנע (סרוו) אשר שימשו לצורך יישום הפתרון:
חברת יאסקווה בחנה את הדרישות והפתרונות האפשריים ליישום במקרה זה והמליצה להשתמש בכלים הבאים:
Sigma-5, סדרה חדשנית זו של מוצרי הנעה מבית יאסקווה כוללת בין השאר מנועי סרוו עם High Torque Density ומגבר סרוו SGDV Sigma-5 עם תגובת תדר של 1.6kHz.
היתרון המובהק של שימוש בסדרה זו הוא זמני מחזור מהירים יותר וכוח רב יותר במנוע קטן יותר אשר מאפשרים ביצועים ותפוקה גבוהים יותר, באותו מקום או אף בנפח קטן יותר.
MP2000iec, בקר רב צירי מבית יאסקווה אשר יכול לשלוט ע”י פיקוד וירטואלי על מערכת בת 16 צירים.
יתרון בקר מסוג זה הוא קבלת רצף מכונה פשוט יותר ויכולת תיאום מכונה משופרת. התקשורת של בקר זה הינה מסוג EtherNet/IP וככזו מאפשרת העברה קלה של נתוני סרוו ל-PLC השולט במכונה או למערכת איסוף נתונים MES, חיבור מהיר לשלט הרחוק ומודולים עצמאיים (self-contained) לבקרת חום.
שימוש בסביבת הפיתוח הגלובלית מתקן  IEC61131-3, MotionWorks IEC Pro, מאפשר קיצור עקומת הלמידה של שפות מכונה תקניות ומקצר את זמן ההתקנה וההפעלה של המערכת. ניתן למשל, לייצא ספריות משתמש או קטעי קוד לפרויקטים חדשים ובכך לחסוך זמן ולקצר את מחזור הבנייה.
ולבסוף, ה- Cam Toolbox. אלו הם ספריות מוכנות מראש, המספקות את הפונקציונאליות הנחוצה להפקה ולביצוע של CAM (Pre-written library that provides essential functions for Cam Generation and execution).
המדובר בספריות משתמש הניתנות לייבוא, מאפשרות ביצוע התאמות תוך כדי עבודה, לכל פרופילי ה-CAM ובנוסף מתאפשר כיוונון מדוייק של מחזור המכונה.

פרטי האפליקציה
במכונת Blister Pack Thermoforming  המונעת בסרוו, יריעת פלסטיק או גיליון פילם נפרשים מגליל ההזנה ומועברים דרך מספר תחנות באמצעות ציר הזנה (Feed Axis). ראשית, היריעה עוברת בתחנה לחימום מקדים (Pre-Heating). הטמפרטורה באזור החימום המקדים נשמרת כך שניתן יהיה ליצור גמישות ביריעה, מבלי להתיך אותה. יריעת הפלסטיק המחוממת, מועברת לתחנת התבנית (Forming) שבו מכבש סרוו יטביע את גומחת הבועה לתבנית נגטיב. התבנית מצוננת כך שהפלסטיק מתקשה ושומר על הצורה לאחר הסרתו מהתחנה.
כעת, היריעה המוטבעת עוברת לתחנת המילוי (Filling Station) שבה המוצר הפרמצבטי (כדור, קפליה) מועבר לתבנית. לאחר מעבר בתחנת בקרת איכות, המוצר נאטם לתוך האריזה באמצעות יריעת פויל, בתחנת מכבש (Press Station). בתחנה הבאה, מתבצע חירור באריזה (פרפורציה), כדי להקל על הוצאת הכדורים מהאריזה. בסיום התהליך, האריזה מוזנת לתחנת החיתוך, להפרדת האריזה מיריעת הנושא, ולביצוע אריזה סופית. ניתן לסנכרן את כל תחנות מונעות הסרוו באמצעות camming אלקטרוני לציר מסטר וירטואלי, לצורך שמירת תזמון רצף מדויק.
מערכות אחרות של Blister Pack Thermoforming מנצלות תחנות המונעות באמצעות ציר או לחץ אוויר. תחנות פנאומטיות מאפשרות תפעול פשוט וזול יותר אולם הן מוגבלות ברמת הגמישות שלהן ובקרה אוטומטית של מיקום.לחץ של תבנית החיתוך. מערכות המונעות בציר, מסנכרנות את כל התחנות יחד אולם נדרשות עבורן התאמות מכניות בזמן שינויי מוצר.
דרישות הייצור של היום תובעות מבחר רב יותר של תצורות מוצר ומחזורי ייצור קצרים יותר. צירי סרוו יחידים המסונכרנים לציר אלקטרוני, מתאימות להתאמות בזמן אמיתי ולתפוקות ייצור גבוהות יותר.
בקר רב צירי מסוג MP2000iec מסוגל לאחד ולאסוף את כל התחנות (הזנה, תבנית, איטום, פרפורציה וחיתוך תבנית) לתוך מסטר וירטואלי ובכך לפשט את רצף המכונה. תקשורת 100 Mbaud EtherNet/IP מאפשרת העברה קלה של נתוני תנועה למערכת PLC לצורך בקרת הייצור. הבקר יכול לתקשר עם מודולי בקרת טמפרטורה מרוחקים, באמצעות תקשרות רשת מסוג Ethernet או Mechatrolink. תוכנת MotionWorks IEC Pro מקלה מאוד על ביצוע תכנות הבקר. תוכנת IEC-61131-3 תקנית, הכוללת פונקציות PLCopen מובנות וספריות משתמש מוכנות מראש, חוסכת זמן ומאיצה משמעותית את תהליך הפיתוח של המתכנתים. מערכת ה-Cam Toolbox של Yaskawa מספקת קוד אפליקציה מוכן מראש, הנחוץ לצורך ביצוע Cam Generation ולצורך התפעול, ומאפשרת ביצוע קל של שינויים בזמן אמיתי, לכל פרופילי ה-Cam יחד עם כיוונון מדוייק של מחזור המכונה.
איציק קרן הוא מנהל שיווק ביאסקווה.

• מהלך של 25, 50, 100 ו-200 ממ'
• קיבול עומס של 10 קג' ומהירות של עד 58 ממ'/שנייה
• פרופיל נמוך מאוד בגובה יחידה של 21 ממ' בלבד
• מתוכנן עבור בקר מנועי צד מסדרת T-MCA של Zaber אך ניתן לשימוש בכל בקר מנועי-צד בעל שתי פאזות
• ניתן להתקנה בתצורות XY ו-XYZ

לפרטים נוספים: חברת להט טכנולוגיות. גל משה 09-7646200, sales@lahat.co.il

• מהלך של 25 ו-50 ממ'
• מהירות עד 8 ממ'/שנייה ודחיפה (thrust) של עד 50 N
• המפעיל הקומפקטי, המדויק והרובוסטי שלנו
• בקר מובנה; שרשראות דייזי עם מוצרים אחרים מסדרת T
• מתוכנן להחליף ראשי מיקרומטר תקניים ביחידות תרגום ידניות
• קצה-כדור (ball-tip) מוקשה (שליף, כך שניתן להשתמש בקצה המוברג המובנה)

מחיר – $1.000

לפרטים נוספים: חברת להט טכנולוגיות. גל משה 09-7646200, sales@lahat.co.il

• מערכת הילוכים בעלת גל מתברג (worm gear) לשם סיבוב רציף
• שני מחזיקי עדשות לשם שימוש בתור מערך קיטוב (polarizer mount)
• קיבול עומס של 20 קג'
• מהירות של עד 8 סל"ד
• מומנט סיבוב של עד 110 N-cm
• בקר מובנה; שרשראות דייזי עם מוצרים אחרים מסדרת T

סדרת T-RS של יחידות סיבוביות ממונעות מדויקות  של Zaber כוללת יחידות סיבוביות בעלות גל מתברג ממונעות על-ידי מנועי צד, המסוגלות לבצע סיבוב מלא של 360 מעלות. כל יחידה סיבובית כוללת מיקרו-בקר מנוע צד (stepper motor) משולב המציע פעולה ניתנת לשרשור דייזי ברזולוציה גבוהה

לפרטים נוספים: חברת להט טכנולוגיות. גל משה 09-7646200, sales@lahat.co.il

• התקן קינמטי בעל תחום של ±5 מעלות
• הדירות עד 0.0005 מעלות
• תואם לאופטיקה של 2" (50 ממ'); ניתן להזמין מתאמים עבור אופטיקה C-Mount של 1" (25 ממ') ו-1/2" (12.5 ממ')
• בקר מובנה; שרשראות דייזי עם מוצרים אחרים מסדרת T
• סדרת T-MM2 מכילה מחזיקי מראה ממונעים בעלי שני צירים. ניתן לשלוט בהם ידנית או על-ידי שימוש בממשק הטורי RS-232.
• מחיר – רק $1,400

לפרטים נוספים: חברת להט טכנולוגיות. גל משה 09-7646200, sales@lahat.co.il

• ריק גבוה עד ל-10^-6 torr
• מהלך של 25, 50, 100, 150 ו-200 ממ'.
• קיבול עומס 10 קג'.
• מהירות עד 16 ממ'/שנייה ודחיפה (thrust) עד 16 N
• היחידה הממונעת הקומפקטית ביותר שלנו
• בקר מובנה, שרשרת דייזי (daisy chain) עם התקנים אחרים מסדרת T בתוך תא-ריק

מחיר – רק $3,800

לפרטים נוספים: חברת להט טכנולוגיות. גל משה 09-7646200, sales@lahat.co.il

• מסע של 25, 50, 100 ו-200 ממ'
• קיבול עומס של 10 קג' ומהירות של עד 58 ממ'/שנייה
• פרופיל נמוך מאוד בגובה יחידה של 21 ממ' בלבד
• מתוכנן עבור בקר מנועי צד מסדרת T-MCA של Zaber אך ניתן לשימוש בכל בקר מנועי-צד בעלי שתי פאזות
• ניתן להתקנה בתצורות XY ו-XYZ

לפרטים נוספים: חברת להט טכנולוגיות. גל משה 09-7646200, sales@lahat.co.il

מסבי אוויר

שישה צירי הינע

משוב אינטרפרומטר לייזר

מלחצי פרוסות משולבים

לפרטים נוספים: חברת להט טכנולוגיות. גל משה 09-7646200, sales@lahat.co.il

יחידות הסדרה ANT130-L מציעות ביצועים ברמה ננו-מטרית במסעים של עד 160 ממ'. עם הפרופיל הנמוך ומאפייני הביצועכים המצוינים שלה, ה-ANT130-L הוא הפיתרון המועדף עבור כוונון מדויק, בדיקה, מיקום ותחנות מדידה.

לפרטים נוספים: חברת להט טכנולוגיות. גל משה 09-7646200, sales@lahat.co.il