Autor: Johannes Bauer, Arm Germany<\/p>\n
Moderne, auf Arm Cortex-M basierende Mikrocontroller eignen sich aufgrund ihrer hohen Rechenleistung, vielseitiger Peripheriefunktionen und des geringen Energieverbrauchs f\u00fcr immer mehr Anforderungen. F\u00fcr diese komplexen Anwendungen werden fortgeschrittene Methoden in der Softwareentwicklung ben\u00f6tigt, um hochwertige Produkte und kurze Entwicklungszeiten sicherzustellen. Der Ansatz von Arm f\u00fcr modulare Entwicklung sind standardisierte Softwarekomponenten im CMSIS-Pack-Format.<\/strong><\/p>\n Wenn es einen Trend bei Embedded-Systemen gibt, auf den sich wohl alle einigen k\u00f6nnen, dann ist es der zu mehr Funktionalit\u00e4t. Wo in der Vergangenheit viele Produkte mit einfachsten 4- oder 8-Bit-Mikrocontrollern auskamen, geht die Entwicklung heutzutage immer mehr in Richtung der 32-Bit-Architekturen, was sich auch deutlich in der Hinwendung immer mehr Hersteller zur Arm Cortex-M-Prozessoren zeigt. Diese Mikrocontroller bieten hohe Taktfrequenzen bis zu mehreren 100 MHz sowie vielseitige Peripheriefunktionen, und das bei konsistent geringem Energieverbrauch. Diese Eigenschaften machen die Systeme nun f\u00fcr deutlich mehr Anwendungsszenarien interessant.<\/p>\n Eines davon sind die vielbeschworenen Applikationen des Internet of Things, welches eine gro\u00dfe Menge an st\u00e4ndig mit dem Internet verbundenen Systemen bringen wird. Speziell f\u00fcr den Einsatz in typischen Consumer-Ger\u00e4ten hat Arm mbed OS angek\u00fcndigt, ein vollst\u00e4ndiges, nicht-echtzeitf\u00e4higes Betriebssystem, welches Funktionalit\u00e4t wie Verschl\u00fcsselung, Ger\u00e4tesicherheit, Kommunikationsprotokolle und Over-the-Air-Updates abdeckt und auch eine kommandozeilenorientierte Entwicklungsumgebung bereitstellt. Doch nicht alle Anforderungen an Embedded-Systeme lassen sich damit realisieren, so dass auch weiterhin eine gro\u00dfe Vielfalt an Echtzeit-Betriebsystemen, Middleware-Komponenten und Entwicklungswerkzeugen zu erwarten ist.<\/p>\n Mit der zunehmenden Komplexit\u00e4t der Embedded-Applikationen ist es notwendig, auch die Entwicklungsmethodik zu \u00fcberdenken. Wo es bisher oft \u00fcblich war, dass ganze Systeme vollst\u00e4ndig von Einzelpersonen entwickelt wurden, ist dies bei immer umfangreicheren Anforderungen an die Funktionalit\u00e4t oft nicht mehr m\u00f6glich. Vorgefertigte Software-Komponenten werden daher immer wichtiger, vom Betriebsystem \u00fcber Schnittstellen-Bibliotheken bis hin zu Kommunikationsprotokollen. Um damit effektiv zu arbeiten, ist ein jedoch eine Standardisierung notwendig, die sicherstellt, dass die Kompatibilit\u00e4t von Softwarekomponenten untereinander, aber auch mit den unterschiedlichen Mikrocontroller-Plattformen und Entwicklungswerkzeugen, gekl\u00e4rt ist.<\/p>\n F\u00fcr genau diesen Zweck hat Arm das CMSIS-Pack-Format [1] im Rahmen des umfassenden Cortex Microcontroller Software Interface Standard (CMSIS) [2] entwickelt. CMSIS-Pack definiert sowohl ein Paketformat als auch einen Verteilungsmechanismus f\u00fcr Softwarekomponenten und legt dabei Wert darauf, dass existierende Software leicht als sogenanntes „Software Pack“ angeboten werden kann. Dazu dient eine XML-basierte Beschreibungsdatei, welche unter anderem folgende Informationen maschinenlesbar bereistellt:<\/p>\n Diese „Pack Description“-Datei mit der Endung .pdsc wird zusammen mit den anderen Dateien der Softwarekomponente in ein Zip-Archiv gepackt, welches dann die Endung .pack erh\u00e4lt.<\/p>\n Die konkrete Funktionalit\u00e4t sei an zwei Beispielen erkl\u00e4rt. Zun\u00e4chst soll CMSIS-Pack dazu verwendet werden, um ein sogenanntes „Device Family Pack“ zu erstellen, welches alle Informationen enth\u00e4lt, die ben\u00f6tigt werden, damit eine Entwicklungsumgebung einen bestimmten Mikrocontroller unterst\u00fctzen kann. In der Arm Cortex-M-Welt geh\u00f6ren dazu Startup- und Header-Dateien, die System View Description f\u00fcr die Registerbeschreibung im Debugger, der Flash-Algorithmus f\u00fcr das Beschreiben des On-Chip-Speichers und noch einige mehr Angaben, welche alle im CMSIS-Standard beschrieben sind. Diese Informationen werden von nahezu allen Anbietern von Cortex-M-Mikrocontrollern bereitgestellt. Sie m\u00fcssen nun nur noch in einer .pdsc-Datei beschrieben werden, damit die Entwicklungsumgebung Bezeichung, Typ und Konfiguration des Mikrocontrollers kennt und f\u00fcr den Entwickler anzeigen kann. Dabei k\u00f6nnen Dateien, die Toolchain-spezifisch sind, entsprechend gekennzeichnet werden, z.B. die meist in Assembler geschriebenen Startup-Routinen. Dies erlaubt es, mit einem Device Family Pack alle gew\u00fcnschten Entwicklungsumgebungen abzudecken.<\/p>\n Ein zweites Beispiel sei eine Softwarekomponente wie ein HTTP-Server. Der existierende Code kann ohne Ver\u00e4nderung \u00fcbernommen werden. In der .pdsc-Datei des Software Packs werden nun wiederum Hersteller, Bezeichnung und Typ angegeben sowie Informationen, welche Dateien von Entwickler angepasst werden m\u00fcssen und daher mit in das Projekt kopiert werden sollten, und welche Dateien, etwa vorkompilierte Bibliotheken, nur referenziert werden m\u00fcssen. Dabei k\u00f6nnen auch unterschiedliche Varianten z.B. f\u00fcr unterschiedliche Cortex-M-Kerne definiert werden, die dann vom Entwicklungswerkzeug automatisch selektiert werden.<\/p>\n Neben der Beschreibung der Softwarekomponenten definiert CMSIS-Pack auch noch einen einfachen Mechanismus zur Bereitstellung der Pakete. Daf\u00fcr kann in der pdsc-Datei eine URL mit angegeben werden, welche als Quelle f\u00fcr Updates dient. F\u00fcr den Anbieter eines Packs ergeben sich mehrere Stufen f\u00fcr die Ver\u00f6ffentlichung:<\/p>\n Arm unterh\u00e4lt einen Index [3] aller derzeit \u00f6ffentlich verf\u00fcgbaren Packs.<\/p>\n Die offen gestaltete Definition von CMSIS-Pack erlaubt eine flexible Verwendung der Software Packs f\u00fcr viele Anwendungsf\u00e4lle. Derzeit werden Packs eingesetzt f\u00fcr die geschilderten Device Family Packs, f\u00fcr die Verbreitung des CMSIS-Pakets, f\u00fcr Middleware und Bibliotheken, f\u00fcr Board Support Packs und f\u00fcr die Weitergabe von selbsterstellten Softwarekomponenten innerhalb einer Firma. Der CMSIS Pack-Standard wurde schon von vielen Halbleiterherstellern angenommen, unter anderem von Atmel, Texas Instruments und Infineon. Viele weitere planen den Einsatz oder stehen kurz davor. Auch Software-Anbieter wir Micrium und Yogitech haben schon eigene Pakete ver\u00f6ffentlicht.<\/p>\n Bei den Entwicklungswerkzeugen gibt es derzeit die Referenzimplementierung von Arm im Keil Microcontroller Development Kit (MDK) sowie Atmel Studio 7, welches Device Family Packs sowohl f\u00fcr die Arm- als auch die AVR-basierten Microcontroller von Atmel verwendet. Arm hat auch eine Open-Source-Implementierung von CMSIS-Pack-Support f\u00fcr Eclipse-Umgebungen [4] ver\u00f6ffentlicht, welche die Unterst\u00fctzung des Formats in Eclipse-basierenden Entwicklungsumgebungen beschleunigen sollte.<\/p>\n Damit sind gute Voraussetzungen f\u00fcr die weitere Verbreitung des CMSIS-Pack-Formats gegeben. Arm ist offen f\u00fcr die Mitwirkung bei der Weiterentwicklung des Standards und l\u00e4dt alle interessierten Parteien, egal ob Halbleiterhersteller, Softwareanbieter oder Entwickler, ein, sich einzubringen.<\/p>\n [1]\u00a0https:\/\/www.keil.com\/pack\/doc\/CMSIS\/Pack\/html\/index.html<\/a><\/strong><\/p>\n [2]\u00a0https:\/\/www.keil.com\/pack\/doc\/CMSIS\/General\/html\/index.html<\/a><\/strong><\/p>\n [3]\u00a0https:\/\/www.keil.com\/dd2\/Pack\/<\/a><\/strong><\/p>\n [4]\u00a0https:\/\/github.com\/ARM-software\/cmsis-pack-eclipse-prebuilt<\/a><\/strong><\/p>\n Beitrag als PDF downloaden<\/strong><\/a><\/p>\n Wollen Sie sich auf den aktuellen Stand der Technik bringen?<\/strong><\/p>\n Dann informieren Sie sich\u00a0hier<\/strong>\u00a0<\/a>zu Schulungen\/ Seminaren\/ Trainings\/ Workshops und individuellen Coachings von MircoConsult zum Thema Implementierung \/Embedded- und Echtzeit-Softwareentwicklung.<\/p>\n Training & Coaching zu den weiteren Themen unseren Portfolios finden Sie\u00a0hier<\/a>.<\/strong><\/p>\n Wertvolles Fachwissen zum Thema Implementierung\/\u00a0Embedded- und Echtzeit-Softwareentwicklung steht\u00a0hier\u00a0<\/strong><\/a>f\u00fcr Sie zum kostenfreien Download bereit.<\/p>\n\n
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Quellen<\/h2>\n
\nImplementierung – unsere Trainings & Coachings<\/h2>\n
\nImplementierung – Fachwissen<\/h2>\n