Memilih penyambung nyahpepijat/pengaturcaraan untuk mikropengawal

Abstrak TL;DR: untuk ARM SWD, TI Spy-Bi-Wire, atau Microchip ICD, gunakan tapak Tag-Connect No-Legs dengan tugasan pin/pad standard, dan dapatkan kabel Tag-Connect.

Apabila mereka bentuk peranti yang menggunakan mikropengawal, seseorang perlu menyediakan penyambung penyahpepijatan dan pengaturcaraan. Ini mungkin digunakan hanya untuk pembangunan, semasa menulis dan menyahpepijat perisian, atau boleh juga dibiarkan dalam unit pengeluaran, untuk pengaturcaraan di kilang.

Pengilang dan pembuat alat memastikan bahawa kita hidup dalam dunia di mana terdapat banyak penyambung nyahpepijat dengan banyak kekeliruan di sekelilingnya. Inilah sebabnya mengapa kita berakhir dengan ini:

Jadi, penyambung mana yang perlu dipilih untuk reka bentuk baharu?

Artikel ini memberi tumpuan terutamanya pada peranti ARM yang mempunyai antara muka SWD (Single-Wire Debug), tetapi ia juga boleh digunakan untuk komponen lain, seperti Texas Instruments MSP430 yang menggunakan protokol Spy Bi-Wire (JTAG 2-wayar), Microchip ICD, atau malah komponen yang memerlukan set pin JTAG yang lebih lengkap.

Penyambung penyahpepijatan popular

Beberapa pilihan biasa yang sering dipertimbangkan:

• JTAG 10-pin pada pengepala IDC 0.1". Biasanya pengepala lelaki digunakan. Kelemahan: ia besar, dan pengepala memerlukan kos.
• Penyambung Cortex Debug menggunakan pengepala mikro 0.05" (10-pin atau 20-pin, Samtec FTSH-110 dan FTSH-105). Penyambung 10-pin agak kecil dan tersedia sebagai komponen SMD, tetapi lebih mahal daripada penyambung IDC.
• Penyambung IDC 20-pin 0.1". Anda tidak serius mempertimbangkan dinosaur itu, bukan? Ia lebih besar daripada beberapa papan yang saya reka.
• Set tersuai 4 atau 6 pin (atau via, atau pad tembaga). Masalah di sini ialah bahagian "tersuai". Ia pasti akan kembali menyusahkan anda pada masa hadapan, hari penyambung tersuai anda rosak di lantai kilang dan anda perlu menghantar yang baru dari luar negara, sementara pengeluaran terhenti.
• Tapak Tag-Connect 6-pin dalam salah satu varian (dengan kaki atau tanpa kaki). Perhatikan bahawa tiada penyambung di sini: hanya tapak piawai pada PCB.
• Tag-Connect 6-pin + Tag-Connect 10 pin (untuk isyarat ETM): untuk gabungan ini, terdapat kabel pra-bina yang tersedia, dengan penyambung IDC 20-pin dan tugasan pin Cortex ARM 20-pin standard.

Satu pemerhatian segera ialah kebanyakan penyambung ini memerlukan, semestinya, penyambung. Itu adalah komponen tambahan yang perlu anda letakkan di papan, yang memerlukan kos. Untuk unit pengeluaran atau larian prototaip yang lebih besar, penyambung itu hanya akan digunakan sekali dalam keseluruhan jangka hayat produk, yang merupakan satu pembaziran.

Penyelesaian Tag-Connect atau tapak tersuai dengan penyambung berasaskan pogo-pin mempunyai kelebihan yang jelas di sini kerana ia tidak memerlukan sebarang komponen diletakkan pada PCB, jadi kos penyambung nyahpepijat bagi setiap papan menjunam kepada 0, yang sangat bagus!

Beginilah rupa tapak Tag-Connect pada papan sebenar:

Dan inilah rupa kabel dengan pogo-pin: Pertimbangan utama kedua ialah saiz, dan keperluan ruang papan yang terhasil. Satu-satunya pesaing ialah pengepala mikro 10-pin 0.05" dan tapak Tag-Connect 6-pin. Pengepala mikro 10-pin sebenarnya sedikit lebih kecil dalam satu arah, tetapi perbezaannya tidak ketara. Berikut ialah rupa pengepala mikro 10-pin 0.05" (yang ini adalah dari papan pembangunan Nordic Semiconductor nRF52832, PCA10040):

Berkaki atau Tanpa Kaki?

Terdapat dua varian kabel penyambung Tag-Connect: satu dengan "kaki" dan satu dengan "tanpa kaki". Apakah perbezaannya?

Tag-Connect menggunakan pin pogo, yang mempunyai spring di dalam dan menekan pada PCB. Jika anda mahu penyambung kekal di tempatnya, anda perlu mengenakan daya secara berterusan padanya. Ini baik untuk pengaturcaraan pantas, di mana anda boleh menggunakan satu tangan untuk memegang penyambung di tempatnya dan tangan lain untuk melancarkan kerja pengaturcaraan itu, tetapi tidak berfungsi dengan baik untuk sesi penyahpepijatan yang panjang. Untuk itu, tapak "kaki" (dan penyambung) berfungsi dengan lebih baik. Kaki bertindak sebagai klip kecil, jadi sebaik sahaja anda memasukkan penyambung, ia akan terpasang di tempatnya dan memegang pin pogo dengan ketat pada papan, untuk masa yang tidak ditentukan.

Masalah dengan tapak "kaki" adalah saiznya: ia jauh lebih besar daripada varian "tanpa kaki". Lebih teruk lagi, ia memerlukan empat lubang besar di papan. Lubang besar sentiasa menjadi masalah: ia (jelas) perlu menembusi semua lapisan, dan anda memerlukan kawasan larangan di sekelilingnya juga. Ini bermakna kesan tapak "kaki" pada reka bentuk anda jauh lebih besar daripada varian "tanpa kaki".

Untuk unit pengeluaran, di mana sambungan mungkin hanya akan dibuat sekali dalam seumur hidup produk, dan boleh dengan mudah dipegang dengan tangan sepanjang masa, tidak ada persoalan: anda pasti lebih suka tapak "tanpa kaki", yang menjimatkan ruang papan. Tetapi apa yang perlu dilakukan mengenai prototaip? Di satu pihak, anda mampu menyediakan ruang papan, tetapi di sisi lain, anda tidak mahu mereka bentuk semula PCB hanya kerana anda perlu membuang lubang dalam semakan akhir.

Nasib baik, terdapat penyelesaian lain. Tag-Connect menjual klip penahan kecil. Ia adalah sekeping PCB dengan tiga soket yang sesuai dengan pin kabel Tag-Connect. Ia bukan penyelesaian mekanikal yang sempurna dan klip cenderung haus dengan masa (ia juga sangat mudah hilang!), tetapi dalam praktiknya ia berfungsi dengan baik.

Cadangan saya adalah untuk sentiasa menggunakan jejak "tanpa kaki" dan kabel, beli sekumpulan klip penahan, dan jimatkan ruang papan serta reka bentuk semula papan.

Gunakan penetapan isyarat standard

Saya pernah melihat perkakasan di lapangan, di mana pereka menggunakan tapak Tag-Connect untuk ARM SWD (pada Cortex-M0), tetapi menetapkan isyarat secara berbeza. Kemungkinan motivasinya adalah untuk mengelirukan antara muka tersebut.

Ini bukan sesuatu yang saya cadangkan: pengaburan mudah ditemui, dan akhirnya seseorang akan mendapat jejak (footprint) yang tidak serasi, yang pasti akan menyebabkan masalah pada masa hadapan.

Praktikaliti

Tag-Connect mengesyorkan agar tiada komponen diletakkan (atau surih dialihkan) di bahagian lain tapak kaki. Walaupun itu adalah cadangan yang baik, seseorang tidak selalu mempunyai kemewahan itu, terutamanya pada papan kecil dengan kekangan susun atur yang ketat.

Seperti yang saya temui, anda boleh meletakkan komponen di sebelah lain, walaupun apabila anda menggunakan klip penahan untuk memegang kabel di tempatnya. Saya cadangkan menggunakan sekeping penebat antara komponen dan klip penahan, untuk mengelakkan sebarang kemungkinan litar pintas (kertas berfungsi dengan baik). Walaupun bukan amalan yang disyorkan, ini berkesan, walaupun menetapkan penyambung nyahpepijat di tempatnya menjadi sedikit lebih rumit.

Berikut adalah contoh papan prototaip (harap maafkan kualiti pateri prototaip) di mana komponen diletakkan dalam kawasan jejak nyahpepijat:

Kritikan

Bukan semuanya indah dengan Tag-Connect. Laman webnya tidak tersusun dengan baik, jadi sukar untuk mencari maklumat yang anda cari. Terdapat banyak varian yang ditawarkan, dan walaupun kebanyakan orang memerlukan satu jenis kabel, ia tidak dipaparkan dengan jelas. Malangnya, ini nampaknya menjadi tradisi dengan syarikat yang membuat peralatan nyahpepijat dan pengaturcaraan dalam dunia terbenam.

Rungutan kedua saya ialah syarikat menawarkan perpustakaan CAD yang boleh dimuat turun dengan tapak Tag-Connect, tetapi menyatakan bahawa:

Fail-fail ini disediakan 'SEADANYA' dan tanpa jaminan bahawa ia lengkap, bebas daripada ralat atau sesuai untuk digunakan. Semak pelekat yang diimport dengan teliti terhadap lembaran data terkini yang disediakan di laman web Tag-Connect (lihat di bawah). Khususnya, semak saiz lubang, penomboran pin, dan beri perhatian khusus kepada lapisan topeng pateri untuk memastikan tiada pes pateri didepositkan pada pad tapak.

Jika anda melihat dalam fail ZIP yang disediakan, biasanya terdapat beberapa varian jejak untuk CAD tertentu. Yang mana satu patut saya gunakan? Dan mengapa menjadi tanggungjawab saya untuk mengesahkannya?

Saya rasa Tag-Connect harus membersihkan perpustakaan ini dan menyediakan satu set tapak (footprint) yang disokong, sekurang-kurangnya untuk pakej CAD yang lebih popular, tanpa penafian. Ia sepatutnya menjadi sebahagian daripada nilai penyelesaian ini.

Kesimpulan

Mengambil kira semua perkara, Tag-Connect masih merupakan penyelesaian penyahpepijatan dan pengaturcaraan siap guna yang terbaik. Saya mengesyorkan untuk menjadikannya standard dan menggunakannya dalam semua reka bentuk anda.