Con l'aumentata complessità dei prodotti finali, i kit di progettazione della generazione corrente sono molto più completi rispetto a quelli precedenti. Sono conformi alle norme RoHS-, FCC- e CE-, con layout ottimizzato e buone prestazioni EMC. Inoltre, vengono forniti con suite software complete e testate.
Contemporaneamente, i progettisti sono sotto crescente pressione per ridurre i tempi di introduzione sul mercato dei prodotti, una tendenza in crescita poiché l'Internet delle cose (IoT) aumenta la velocità.
Figura 1: kit di sviluppo Freescale mBED per applicazioni IoT. (Fonte: EDN-Europe)
Di conseguenza, aziende e imprese hanno iniziato a integrare le schede e i componenti di sviluppo direttamente nei progetti dei loro prodotti con l'intento di ridurre tempi e costi di sviluppo. I kit di sviluppo stanno diventando una parte essenziale del processo di progettazione. Non vengono più utilizzati soltanto per eseguire prototipi e test: i kit di sviluppo vengono utilizzati parzialmente o interamente come un progetto di riferimento o perfino per incorporare tali progetti nei relativi prodotti finali.
Uno studio del 2014 riguardante gli ingegneri progettisti ha rilevato che il 45% degli intervistati utilizza i kit di sviluppo come parte dei proprio progetti, principalmente per applicazioni di rilevamento, wireless e comunicazione, e di questi il 79% ha affermato di utilizzare alcune parti del progetto del kit di sviluppo nel progetto di produzione finale. La ricerca evidenzia anche che quattro su cinque di questi progettisti è passato alla produzione in 12 mesi o meno.
I produttori di schede di sviluppo riconoscono che i loro sistemi possono offrire una modalità rapida per ottenere un prodotto finito o un metodo per aggiungere facilmente una nuova funzione a un prodotto esistente. Ad esempio, FTDI fornisce una serie di moduli di sviluppo che supportano la creazione di prototipi e lo sviluppo dei relativi dispositivi USB. L'azienda promuove i moduli di sviluppo come una modalità per abilitare la connettività USB all'interno di progetti di prodotto esistenti.
Altri fornitori offrono schede di sviluppo con funzioni aggiunte e appositamente ideate per i fornitori che desiderano basare sul sistema di sviluppo la produzione di un prodotto completo.
Kit di sviluppo per sistemi di produzione: pro e contro
Quando vale la pena considerare l'utilizzo di un kit di sviluppo come base per un progetto rispetto alla progettazione totale da zero? Ecco un breve riepilogo dei vantaggi e degli svantaggi. Innanzitutto, i vantaggi:
• Per applicazioni uniche nel loro genere o dai volumi ridotti oppure per progetti in cui il costo dell'hardware rappresenta una piccola percentuale rispetto al costo totale, il costo unitario elevato della scheda di sviluppo può essere bilanciato dalla riduzione dei tempi di sviluppo.
• Se la certificazione (FCC, CE e così via) sarà costosa o richiederà del tempo in relazione al costo dell'hardware, un kit di viluppo preconfezionato può avere senso.
• Se l'unità da realizzare prevede diverse applicazioni personalizzate oppure i clienti desiderano requisiti di personalizzazione specifici, un kit di sviluppo può ridurre considerevolmente i tempi di sviluppo.
• Se a un progetto esistente si desidera aggiungere una determinata interfaccia, ad esempio ZigBee o Bluetooth, l'utilizzo di un kit di sviluppo preconfezionato può rappresentare la modalità di realizzazione più rapida e facile.
D'altra parte, l'utilizzo di una scheda di kit di sviluppo presenta alcuni svantaggi, ad esempio:
• Il costo più elevato potrebbe rendere proibitivo un kit di sviluppo per la produzione in serie.
• In generale, nel caso di un'applicazione specializzata, un kit di sviluppo avrà un livello di prestazioni basso rispetto al costo sostenuto.
• L'hardware potrebbe essere meno flessibile in termini di periferiche integrate, I/O e così via.
• Un kit di sviluppo è in genere di dimensioni superiori rispetto a una scheda personalizzata.
• L'integrazione di un kit di sviluppo potrebbe essere più difficoltosa dal punto di vista meccanico ed elettrico.
• In genere, il produttore del kit di sviluppo non ha l'obiettivo di fornire volumi elevati in modo efficiente.
• Il kit di sviluppo potrebbe essere disponibile solo su licenza (ad esempio, il kit in questione) e questo non protegge in modo adeguato la proprietà intellettuale.
Piano B: riduzione dei tempi di sviluppo iniziando dai file di progettazione del kit di sviluppo
Se non è possibile utilizzare la scheda di sviluppo nello stato in cui si trova, pronta all'uso, si consiglia di iniziare il progetto e apportare il minor numero di modifiche possibile. Per questo motivo, alcuni produttori di schede di sviluppo offrono un set completo di strumenti progettuali che consentono di accelerare il processo.
Ad esempio, Freescale fornisce i file di progettazione per schede a circuito stampato per tutti i moduli Freescale Tower. Questi file possono essere utili per un progettista di schede esperto che può utilizzarli per la realizzazione del proprio modulo o di un progetto derivato. I file vengono forniti in formati professionali. A seconda del kit, sono disponibili alcuni o tutti i seguenti file:
• LAY: fonte layout (Cadence Allegro)
• GRB: file Gerber
• FAB: documento di fabbricazione
• UNI: file UniCAM
• CEN: file di posizionamento
• BOM: distinta base
• SCH: fonte schematica (Cadence, OrCad)
• SPF: PDF schematico
Analogamente, il kit di sviluppo wireless a 8 bit MRF89XA di Microchip è una piattaforma di valutazione e sviluppo per progettisti di applicazioni sotto GHz. Il kit di sviluppo contiene il modulo ricetrasmettitore MRF89XAM9A e la famiglia di microcontroller PIC18 XLP di Microchip che consentono ai progettisti di creare rapidamente prototipi di applicazioni wireless. Il kit dimostrativo è già programmato con lo stack del protocollo MiWi™ di Microchip e viene fornito completo di file Gerber.
Per facilitare ulteriormente i progettisti, il modulo MRF24J40MA ha ricevuto le approvazioni normative per i dispositivi modulari negli Stati Uniti, in Canada e in Europa. Ciò consente agli utenti finali di posizionare il modulo MRF24J40MA all'interno di un prodotto finito senza l'obbligo dei test previsti dalla normativa per un irradiatore intenzionale (trasmettitore RF), a condizione che nessuna variazione o modifica sia stata apportata al circuito del modulo.
Non si tratta solo di hardware
Per decidere se utilizzare un kit di sviluppo completo o parte di esso per il progetto di produzione, occorre ricordare che i kit di sviluppo includono molto altro oltre all'hardware. Gli SDK (Software Development Kit, kit di sviluppo software) per i microcontroller integrati includono numerosi moduli software: RTOS (Real-Time Operating System, sistema operativo real-time), driver per dispositivi, stack TCP/IP e altri ancora, e tutti possono ridurre notevolmente i tempi di sviluppo.
Figura 2: SDK Sitara. (Fonte: LinuxGizmos)
Ad esempio, l'SDK di Texas Instruments per i processori della gamma Sitara, che sono basati sulla serie A di core ARM®, include:
• Kernel e Bootloader Linux
• Launcher di applicazioni basato su GUI
• File system
• Framework di applicazioni Qt/Webkit
• Supporto grafica 3-D
• Supporto WLAN e Bluetooth® integrato per le parti selezionate
• Benchmark ARM: Dhrystone, Linpack, Whetstone
• Browser Web Webkit
• Punto di accesso soft Wi-Fi
• Crittografia: AES, 3DES, MD5, SHA
L'SDK Sitara può essere scaricato gratuitamente, non richiede diritti d'autore di runtime e include BSP (Board Support Packages, pacchetti di supporto delle schede), strumenti, demo e documentazione.
Arrow offre numerosissimi kit e strumenti di sviluppo per entrambe le applicazioni analogiche e digitali.