माइक्रोकंट्रोलर के लिए डिबग/प्रोग्रामिंग कनेक्टर चुनना

TL;DR सारांश: ARM SWD, TI Spy-Bi-Wire, या Microchip ICD के लिए, मानक पिन/पैड असाइनमेंट के साथ Tag-Connect No-Legs फ़ुटप्रिंट का उपयोग करें, और Tag-Connect केबल प्राप्त करें।

माइक्रोकंट्रोलर का उपयोग करने वाले उपकरणों को डिज़ाइन करते समय, किसी को डिबग और प्रोग्रामिंग कनेक्टर प्रदान करने की आवश्यकता होती है। इसका उपयोग केवल विकास के लिए किया जा सकता है, जब सॉफ़्टवेयर लिखते और डिबग करते हैं, या इन-फैक्ट्री प्रोग्रामिंग के लिए उत्पादन इकाइयों में भी छोड़ा जा सकता है।

निर्माताओं और उपकरण निर्माताओं ने यह सुनिश्चित किया कि हम एक ऐसी दुनिया में रहें जहाँ बहुत सारे डिबग कनेक्टर हैं और उनके चारों ओर बहुत भ्रम है। यही कारण है कि हम इसके साथ समाप्त होते हैं:

तो, नए डिज़ाइन के लिए कौन सा कनेक्टर चुनें?

यह लेख मुख्य रूप से ARM उपकरणों पर केंद्रित है जिनमें SWD (सिंगल-वायर डीबग) इंटरफ़ेस है, लेकिन यह अन्य इलेक्ट्रॉनिक घटकों पर भी लागू होता है, जैसे कि Texas Instruments MSP430 जो स्पाई बाई-वायर (2-वायर JTAG) प्रोटोकॉल, माइक्रोचिप ICD, या यहां तक कि उन इलेक्ट्रॉनिक घटकों का उपयोग करता है जिन्हें JTAG पिन के अधिक पूर्ण सेट की आवश्यकता होती है।

लोकप्रिय डिबगिंग कनेक्टर्स

कुछ सामान्य विकल्प जिन पर अक्सर विचार किया जाता है:

• 0.1" IDC हेडर पर 10-पिन JTAG। आमतौर पर एक मेल (male) हेडर का उपयोग किया जाता है। नुकसान: यह बहुत बड़ा है, और हेडर की कीमत लगती है।
• 0.05" माइक्रो हेडर (10-पिन या 20-पिन, Samtec FTSH-110 और FTSH-105) का उपयोग करते हुए Cortex डिबग कनेक्टर। 10-पिन कनेक्टर यथोचित रूप से छोटा है और SMD पार्ट के रूप में उपलब्ध है, लेकिन IDC कनेक्टर्स की तुलना में अधिक महंगा है।
• 20-पिन 0.1" IDC कनेक्टर। आप गंभीरता से उस डायनासोर पर विचार नहीं कर रहे हैं, है ना? यह मेरे द्वारा डिज़ाइन किए गए कुछ बोर्डों से बड़ा है।
• 4 या 6 पिन (या vias, या कॉपर पैड) का कस्टम सेट। यहाँ समस्या "कस्टम" भाग की है। यह अनिवार्य रूप से भविष्य में आपको परेशान करेगा, जिस दिन आपका कस्टम कनेक्टर कारखाने के फर्श पर टूट जाएगा और आपको विदेशों से एक नया मंगवाना होगा, जबकि उत्पादन रुका हुआ है।
• वेरिएंट में से एक में Tag-Connect 6-पिन फ़ुटप्रिंट (पैरों के साथ या बिना पैरों के)। ध्यान दें कि यहाँ कोई कनेक्टर नहीं है: PCB पर बस एक मानकीकृत फ़ुटप्रिंट है।
• Tag-Connect 6-पिन + Tag-Connect 10 पिन (ETM संकेतों के लिए): इस संयोजन के लिए, एक पूर्व-निर्मित केबल भी उपलब्ध है, जिसमें 20-पिन IDC कनेक्टर और मानक ARM Cortex 20-पिन पिन असाइनमेंट हैं।

एक तत्काल अवलोकन यह है कि इनमें से अधिकांश कनेक्टर्स को, वास्तव में, कनेक्टर्स की आवश्यकता होती है। यह एक अतिरिक्त घटक है जिसे आपको बोर्ड पर रखने की आवश्यकता है, जिसमें पैसा खर्च होता है। उत्पादन इकाइयों या बड़े प्रोटोटाइप रन के लिए, उस कनेक्टर का उपयोग उत्पाद के पूरे जीवनकाल में केवल एक बार किया जाएगा, जो कि बर्बादी है।

Tag-Connect समाधान या पोगो-पिन आधारित कनेक्टर्स के साथ कस्टम फ़ुटप्रिंट का यहाँ एक स्पष्ट लाभ है कि उन्हें PCB पर किसी भी घटक को रखने की आवश्यकता नहीं होती है, इसलिए डिबग कनेक्टर की प्रति-बोर्ड लागत 0 तक गिर जाती है, जो बहुत अच्छा है!

एक वास्तविक बोर्ड पर Tag-Connect फ़ुटप्रिंट इस तरह दिखता है:

और पोगो-पिन वाली केबल ऐसी दिखती है: दूसरा प्रमुख विचार आकार और परिणामी बोर्ड स्थान की आवश्यकताएं हैं। एकमात्र दावेदार 10-पिन 0.05" माइक्रो-हेडर और टैग-कनेक्ट 6-पिन फ़ुटप्रिंट हैं। 10-पिन माइक्रो-हेडर वास्तव में एक दिशा में थोड़ा छोटा है, लेकिन अंतर महत्वपूर्ण नहीं है। यहाँ बताया गया है कि 10-पिन 0.05" माइक्रो-हेडर कैसा दिखता है (यह नॉर्डिक सेमीकंडक्टर nRF52832 डेवलपमेंट बोर्ड, PCA10040 से है):

लेग्स या नो-लेग्स?

Tag-Connect कनेक्टर केबल के दो प्रकार हैं: एक "पैरों" (legs) के साथ और एक "बिना पैरों" (no legs) के साथ। क्या अंतर है?

Tag-Connect पोगो पिन का उपयोग करता है, जिसके अंदर स्प्रिंग होते हैं और जो पीसीबी (PCB) के खिलाफ धक्का देते हैं। यदि आप चाहते हैं कि कनेक्टर अपनी जगह पर बना रहे, तो आपको उस पर लगातार बल लगाना होगा। यह त्वरित प्रोग्रामिंग के लिए ठीक है, जहां आप कनेक्टर को जगह पर रखने के लिए एक हाथ का उपयोग कर सकते हैं और उस प्रोग्रामिंग जॉब को लॉन्च करने के लिए दूसरे हाथ का, लेकिन यह विस्तारित डिबगिंग सत्रों के लिए उतना अच्छा काम नहीं करता है। उसके लिए, "legs" फुटप्रिंट (और कनेक्टर) बहुत बेहतर काम करता है। लेग्स छोटी क्लिप की तरह काम करते हैं, इसलिए एक बार जब आप कनेक्टर डालते हैं, तो वे अपनी जगह पर लॉक हो जाते हैं और पोगो पिन को बोर्ड के खिलाफ कसकर पकड़ लेते हैं, अनिश्चित समय के लिए।

"legs" फ़ुटप्रिंट के साथ समस्या इसका आकार है: यह "no-legs" संस्करण की तुलना में काफी बड़ा है। इससे भी बदतर, इसे बोर्ड में चार बड़े छेदों की आवश्यकता होती है। बड़े छेद हमेशा एक समस्या होते हैं: उन्हें (जाहिर है) सभी परतों से गुजरना पड़ता है, और आपको उनके चारों ओर एक कीपआउट क्षेत्र की भी आवश्यकता होती है। इसका मतलब है कि आपके डिज़ाइन पर "legs" फ़ुटप्रिंट का प्रभाव "no legs" संस्करण की तुलना में बहुत बड़ा है।

उत्पादन इकाइयों के लिए, जहां कनेक्शन संभवतः उत्पाद के जीवनकाल में केवल एक बार बनाया जाएगा, और आसानी से हर समय हाथ में रखा जा सकता है, इसमें कोई सवाल नहीं है: आप निश्चित रूप से "नो-लेग्स" फ़ुटप्रिंट पसंद करते हैं, जो बोर्ड स्पेस बचाता है। लेकिन प्रोटोटाइप के बारे में क्या करें? एक ओर, आप बोर्ड स्पेस का खर्च उठा सकते हैं, लेकिन दूसरी ओर, आप केवल इसलिए PCB को फिर से डिज़ाइन नहीं करना चाहते क्योंकि आपको अंतिम संशोधन में छेद हटाने की आवश्यकता है।

सौभाग्य से, एक और समाधान है। Tag-Connect एक छोटी रिटेनिंग क्लिप बेचता है। यह PCB का एक टुकड़ा है जिसमें तीन सॉकेट होते हैं जो Tag-Connect केबल के पिन में फिट होते हैं। यह यंत्रवत् रूप से सही समाधान नहीं है और क्लिप समय के साथ खराब हो जाते हैं (वे खोने में भी अविश्वसनीय रूप से आसान हैं!), लेकिन व्यवहार में यह काफी अच्छा काम करता है।

मेरी सिफारिश हमेशा "नो-लेग्स" फ़ुटप्रिंट और केबलों के साथ जाने की है, ढेर सारे रिटेनिंग क्लिप खरीदें, और बोर्ड स्पेस और बोर्डों को फिर से डिज़ाइन करने पर बचत करें।

एक मानक सिग्नल असाइनमेंट का उपयोग करें

मैंने वास्तविक दुनिया में हार्डवेयर देखा है, जहां डिजाइनरों ने ARM SWD (Cortex-M0 पर) के लिए Tag-Connect फ़ुटप्रिंट का उपयोग किया, लेकिन सिग्नलों को अलग तरह से असाइन किया। यह संभावना है कि प्रेरणा इंटरफ़ेस को अस्पष्ट करना थी।

यह कुछ ऐसा नहीं है जिसकी मैं अनुशंसा करूँगा: अस्पष्टता आसानी से पता चल जाती है, और किसी के पास एक असंगत पदचिह्न (footprint) रह जाता है, जो अनिवार्य रूप से भविष्य में परेशानी का कारण बनेगा।

व्यावहारिकता

Tag-Connect अनुशंसा करता है कि फ़ुटप्रिंट के दूसरी तरफ कोई भी घटक न रखा जाए (या निशान रूट न किए जाएं)। हालांकि यह एक अच्छी सिफारिश है, लेकिन हमेशा वह विलासिता नहीं मिलती है, खासकर तंग लेआउट बाधाओं वाले छोटे बोर्डों पर।

जैसा कि मैंने खोजा है, आप दूसरी तरफ घटकों को रखकर काम चला सकते हैं, तब भी जब आप केबल को जगह पर रखने के लिए रिटेनिंग क्लिप का उपयोग करते हैं। मैं किसी भी संभावित शॉर्ट्स को रोकने के लिए घटकों और रिटेनिंग क्लिप के बीच इंसुलेटर के एक टुकड़े का उपयोग करने का सुझाव दूंगा (कागज अच्छी तरह से काम करता है)। हालांकि यह अनुशंसित अभ्यास नहीं है, यह काम करता है, हालांकि डिबग कनेक्टर को जगह पर ठीक करना थोड़ा अधिक जटिल हो जाता है।

यहाँ एक प्रोटोटाइप बोर्ड का उदाहरण दिया गया है (कृपया प्रोटोटाइप सोल्डर गुणवत्ता को क्षमा करें) जहाँ घटक डिबग पदचिह्न के क्षेत्र के भीतर रखे गए हैं:

आलोचना

Tag-Connect के साथ सब कुछ अच्छा नहीं है। वेबसाइट अच्छी तरह से व्यवस्थित नहीं है, इसलिए आप जो जानकारी ढूंढ रहे हैं उसे खोजना मुश्किल है। कई प्रकार के वेरिएंट पेश किए जाते हैं, और भले ही अधिकांश लोगों को एक ही प्रकार के केबल की आवश्यकता होगी, लेकिन इसे प्रमुखता से प्रदर्शित नहीं किया गया है। दुर्भाग्य से, एम्बेडेड दुनिया में डिबग और प्रोग्रामिंग उपकरण बनाने वाली कंपनियों के साथ यह एक परंपरा प्रतीत होती है।

मेरी दूसरी शिकायत यह है कि कंपनी टैग-कनेक्ट फ़ुटप्रिंट के साथ डाउनलोड करने योग्य CAD लाइब्रेरी प्रदान करती है, लेकिन यह बताती है कि:

ये फाइलें 'जैसी हैं वैसी' (AS IS) प्रदान की जाती हैं और इस बात की कोई गारंटी नहीं है कि वे पूर्ण हैं, त्रुटियों से मुक्त हैं या उपयोग के लिए उपयुक्त हैं। Tag-Connect वेबसाइट (नीचे देखें) पर प्रदान की गई नवीनतम डेटाशीट के खिलाफ आयातित डिकल्स की सावधानीपूर्वक जांच करें। विशेष रूप से चेक होल के आकार, पिन नंबरिंग पर ध्यान दें, और सोल्डर पेस्ट-मास्क परत पर पूरा ध्यान दें ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि फुटप्रिंट पैड पर कोई सोल्डर पेस्ट जमा न हो।

यदि आप प्रदान की गई ZIP फ़ाइलों में देखते हैं, तो आमतौर पर किसी दिए गए CAD के लिए कई फ़ुटप्रिंट वेरिएंट होंगे। मैं किसका उपयोग करूँ? और इसे सत्यापित करना मेरी ज़िम्मेदारी क्यों है?

मुझे लगता है कि Tag-Connect को इस लाइब्रेरी को साफ करना चाहिए और बिना किसी अस्वीकरण के, कम से कम अधिक लोकप्रिय CAD पैकेजों के लिए समर्थित फ़ुटप्रिंट का एक सेट प्रदान करना चाहिए। यह इस समाधान के मूल्य का हिस्सा होना चाहिए।

निष्कर्ष

सभी बातों पर विचार करने पर, Tag-Connect अभी भी सबसे अच्छा ऑफ-द-शेल्फ डिबगिंग और प्रोग्रामिंग समाधान है। मैं इसे मानकीकृत करने और अपने सभी डिजाइनों में इसका उपयोग करने की सलाह दूंगा।