تنفيذ مشاريع باستخدام مصفوفة البوّابات القابلة للبرمجة

طرحت أردوينو آخر إصدار من ألواح التطوير من عائلة (MKR), ويعدّ الإصدارMKR vidor-4000 وحدة مصغّرة من مصفوفات البوّابات القابلة للبرمجة.

 

MKR Vidor-4000
MKR Vidor-4000

سمحت منصّات التّطوير أردوينو ــ المنخفضة الكلفة ــ منذ بداية انتشارها عام 2011 لكلّ من المهندسين، والمصمّمين، والمصنّعين، والعاملين في ميدان التّدريس أن يبتكروا أدوات صناعيّة ومنتجات استهلاكيّة جديدة، من أهمّ الميّزات التّي تجذب المطوّرين إلى منتجات أردوينو : هي سماحها بإضفاء طابع شخصيّ على الميّزات والوظائف الجديدة عن طريق الألواح المعدّلة ، والتّي يطلق عليها مسمّى شيلد Shields ، حيث يتمّ توصيل الشّيلد إلى لوحة الأردوينو عن طريق صفّ واحد من الموصلات الملحومة على كِلا طرفَي اللّوحة, والآن تمّ طرح عائلة جديدة من منتجات أردوينو أطلق عليها اسم MKR (أو Maker), وهي تتميّز بقدرة أكبرَ على المعالجة، وتمتلك قدرات توصيل أكبر.

الإضافات على لوحة التّطوير MKR Vidor-4000:

كانت النّسخة MKR Vidor-4000 (وهي مصفوفة بوّابات قابلة للبرمجة Field Programable Gate Array) أحدث نسخة تمّ إطلاقها في الأسواق من منصات MKR.

لم يتمّ تجميع مكونات النّسخة MKR Vidor-4000 على ألواح الدّارات المطبوعة (PCB) المعتادة من شركة أردوينو والمتعارف عليها بين المصنّعين، بل تمّ استخدام ألواح بقياس  83*25 mm يوجد على هذه اللّوحة الصغيرة أنواع مختلفة من العناصر والدّارات المتكاملة. بدايةً يوجد على لوحة MKR Vidor -و على العكس من Arduino Uno – مدخل وسائط عالي الدّقة Mini HDMI يسمح بتوصيلها إلى شاشة عرض عالية الدّقة، كما يوجد على اللّوح أقطاب تسمح بتوصيله بمدخل PCI يسمح بإضافتها إلى نظام معالجة أكبر من أجل تطبيقات أخرى كالتّعرف على الصّور,
كما يتوفّر على اللّوحة مدخل MiPi قياسي لتوصيل كاميرا، ويمكن القيام بتلحيم نقاط توصيل (مذكّرة أو مؤنّثة) على كِلا جانبي اللّوحة لتوصيل المكوّنات الأخرى مع خطوط الدّخل والخرج I/O, يتمّ توصيل الدّارة I2C إلى ألواح Arduino Uno التقليديّة باستخدام أسلاك يتمّ توصيلها إلى المداخل المناسبة، بينما تمّ لحام هذه الدّارة على اللّوح مباشرة في الإصدار MKR Vidor-4000, كما تسمح هذه النّسخة بالعمل على جهد 3.3 V, ولذلك تمّ إضافة مأخذ لبطارية ليثيوم أيون LiPo لتشغيل اللوحة باستخدامها، ويبيّن الشّكل 2 هذه العناصر وأماكن توضّعها على اللّوحة MKR Vidor-4000 FPG.

العناصر وأماكن توضّعها على اللّوحة MKR Vidor-4000 FPG
العناصر وأماكن توضّعها على اللّوحة MKR Vidor-4000 FPG

الدّارات المتكاملة الموجودة على اللّوح MKR Vidor-4000:

يمتلك لوح MKR Vidor -بالإضافة إلى العديد من مآخذ التّوصيل الموجودة عليه-  مقدرة على المعالجة والاتصال بفضل الدّارات المتكاملة الموجودة عليه، فمن أجل توفير قدرات نظم البوّابات القابلة للبرمجة وضعت الشّريحة Cyclone 10 من شركة Intel على اللّوحة, حيث تحتوي هذه الشّريحة على 10آلاف عنصر منطقيّ، و504KB من ذاكرة الوصول العشوائيّ، وعلى مصفوفة مضاعفة ماديّة (Hardware Multiplier Array) بقياس 56x18x18 bit لتدعم معالج الإشارات الرقميّة عالي السرعة الموجود على اللّوحة, كما يوجد على اللّوح 8 ميغابايت من الذّاكرة SRAM وكذلك تحتوي على واجهة QSPI ذاكرة مقدارها 2 ميغابايت ، تؤمّن دارة الذّاكرة الدّائمة من النّوع NOR flash قدرة معالجة مناسبة للأجهزة التّي تعتمد على اللّوح MKR Vidor.

كما يتوفّر1 ميغابايت من الذّاكرة المتاحة كميّزة إضافية، ويقدّم معالج SAMD21 دعماً لقدرة اللّوحة الحسابيّة بالإضافة إلى تأمين مصدر إشارة التّحكم للدّارة المتكاملة Cyclone 10.

ومن المميّزات الأخرى المدعومة من قبل الإصدار MKR Vidor هناك شيلد وايفاي من الطراز u-box NINA-102، المصمّم على أساس النّظام ESP32 WiFi المنتشر مع منصّات المتحكّمات اللّاسلكيّة، بالإضافة إلى كلّ ذلك قام فريق عمل أردوينو بتزويد هذا الإصدار بالقدرة على تشفير البيانات باستخدام دارة التّشفير ECC508 التّي تؤمّن اتّصالات آمنة للشبكات المحلية والإنترنيت. يوضّح الشّكل  الدّارات المتكاملة التّي تحتويها اللّوحة MKR Vidor-4000 FPGA

الدّارات المتكاملة التّي تحتويها اللّوحة MKR Vidor-4000 FPGA
الدّارات المتكاملة التّي تحتويها اللّوحة MKR Vidor-4000 FPGA

برمجة اللّوح MKR Vidor-4000:

تتعلّق برمجة مصفوفات البوّابات القابلة للبرمجة بتوصيف التّوصيل الفيزيائيّ للدّارة الرّقميّة -على عكس القيام باستدعاء التّوابع كما هو الحال في برمجة المتحكّمات-.

باستخدام مجموعة أدوات تطوير برمجية لمصفوفات البوابات القابلة للبرمجة يمكن برمجة الدّرات المتكاملة الرقميّة باستخدام برنامج تحرير مخطّطات الدّارات، حيث يمكن رسم العدّادات، القلّابات، البوّابات المنطقيّة وكتل الذاكرة لإنشاء عمليات معالجة خاصة أو التّحكم بالتّطبيقات باستخدام محرّر المخطّطات, بعد ذلك يتمّ تحويل ملف العمل المستهدف إلى ملف ثنائيّ التّرميز Binary عن طريق محرّر المخطّطات, ومن ثمّ يتم رفعه إلى اللّوحة.

يعتبر استخدام لغة البرمجة HDL مقاربةً أخرى للبرمجة, إذ يوجد نوعين من هذه اللّغة الأوّل هو VHDL والآخر هو Verilog, ويمكن من خلال أيّ من النّوعين تطوير كلّ من تطبيقات التّحكم المعقّد، معالجة الإشارة والتّعرف على الصور باستخدام منصّة MKR Vidor-4000.


رابط المقال: هنا
ترجمة: لؤي الديب، مراجعة: محمد مرتكوش، تدقيق لغوي: سلام أحمد، تصميم: علي العلي، تحرير: كريم سلوم.

 

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *