iCOP QEC-M-070T je EtherCAT master sa ugrađenim 7″ ekranom osetljivim na dodir i sopstvenim razvojnim okruženjem koga čine modifikovani ArduinoIDE, 86EVA EtherCAT konfigurator, sopstveni 86HMI editor i standardno rešenje za programiranje grafičkim elementima ArduBlock. Tajvanska kompanija iCOP je veoma iskusna u razvoju industrijskih rešenja baziranih na x86 arhitekturi. Svoju QEC seriju MasterCAT proizvoda, promovišu kao zaseban brend. Uz QEC-M-070T imaju i EtherCAT Mastere bez integrisanog ekrana, kao i veći broj EtherCAT Slave modela. Svi njihovi uređaji rade na Vortex86 procesorima, koji su nastavak Intel x86 arhitekture i razvijani su od strane takođe tajvanske kompanije DM&P za industrijsku i vojnu primenu (susreli smo se sa tvrdnjama da se ovi procesori nalaze u Kižal i Iskander-M raketama). Sajt kompanije DM&P je poslednji put ažuriran 2021. godine dok je najnoviji Vortex86EX2 procesor iz 2019. Na istom sajtu, kao poseban deo našli smo izdvojenu prezentaciju posvećenu 86duino IDE-u koja se opet ne ažurira redovno, ali je u junu 2024 godine IDE doživeo novu reviziju 500 kojom je podržao iCOP QEC seriju proizvoda. Ovo nam sve ukazuje da je došlo do realnog objedinjavanja svih ovih projekata u jedan novi brend QEC pod kapom kompanije iCOP. Na taj način uveden je red, koji je zaista bio neophodan i dat podsticaj da QEC EtherCAT proizvodi budu predstavljeni kao zaokružen QEC ekosistem. Mi smo uređaj dobili u prvom kvartalu ove godine i tada su na internetu dostupna dokumentacija, videi i pratećih uputstva bili daleko više raštrkani , te je bilo teško sagledati realnu sliku ovog proizvoda. Izlaskom 86dino 500 IDE-a, uz online fokus na QEC brend, dobili smo današnju mnogo jasniju perspektivu ove EtherCAT ponude.
Hardver iCOP QEC-M-070T EtherCAT Master HMI
DM&P Vortex86EX2 je dvojezgarni procesor heterogene arhitekture. Svako od jezgara, jedno Master i jedno Slave, radi nezavisno i može pokretati drugi i BIOS i OS tako da nema potreba za hipervizorima ili virtuelizacijom operativnog sistema. S obzirom na 32 bitnu x86 arhitekturu, od operativnih sistema na ovim jezgrima se mogu pokrenuti: Linux, DOS, QNX, FreeBSD, Windows Embedded 7 i Windows CE 6.0. Vortex86EX2 je razvijen iz prethodnih Vortex86 jednojezgarnih procesora, a Vortex86EX mu je direktni prethodnik. EX2 je izrađen naprednijim 65 nm umesto 90 nm procesom te je bilo moguće i podići takt jednog jezgra sa 400 na 600 i dodati još jedno jezgro na osnovnom taktu. Osnovna namena dizajna ovog procesora je potreba industrije za procesorom baziranim na x86 arhitekturi sa nezavisnim real-time procesorima koji koriste deljene resurse. Master jezgro radi na 600 MHz, u sebi ima i L1, ali i 128 MB L2 keša te je pogodno za kompleksnije programe te se koristi za korisnički interfejs. Procesor nema integrisani GPU, već u slučaju potrebe može koristiti VortexVGA GPU koprocesor. Slave jezgro je sporije i radi na 400 MHz, a osnovna namena mu je real-time kontrola I/O linija.
Oba jezgra hardverski dele i memoriju i I/O. Maksimalna adresabilna količina DDR3 memorije je 2 GB u dve banke kojima pristupa preko 16 bitne magistrale. Koristi memoriju sa 2-bitnim ECC-om što generalno usporava rad sa njom, ali drastično povećava sigurnost u kritičnim aplikacijama, za šta je ovaj procesor i namenjen, te to usporenje ne smatramo bitnim. Bez obzira na mogućnost procesora, QEC-M-070T se izrađuje u verzijama sa 1 GB ili 512 MB RAM-a.
Kao što dele memorijski prostor, oba jezgra dele i I/O linije, kojih kod ovog procesora ima 128. One su raspodeljene tako da imamo 16 GPIO portova, 10 serijskih portova, 16 dvanaestobitnih ADC, po dva CAN, SPI i I2C linija, periferijski WDT, kao i po dva 10/100 M LAN-a, 2.0 USB A i 2.0 PCI-e porta. Kako ovo nije razvojni sistem za Vortex86EX2 procesor, nećemo dalje ulaziti u njegove hardverske karakteristike, a ako vas interesuju detalji savetujemo da pogledate stranicu na sajtu proizvođača kao i uporednu tabelu svih Vortex86 procesora.
photo: iCOP
Ono što nas, kao korisnike i inženjere koji bi implementirali ovaj EtherCAT Master u svoj pogon interesuje je šta on nama zapravo pruža, kao i koliko je dobra softverska podrška u smislu implementacije uređaja u konkretno rešenje i integracije sa uređajima drugih proizvođača.
Hardverske mogućnosti
Već prvi kontakt sa ovim HMI EtherCAT Masterom pokazao nam je koliko pažnje i ljubavi su dizajneri uložili u njegov razvoj. Lajtmotivom „TO emBEdded OR NOT TO emBEdded“ i slike Vortex86EX2 i najbržeg Vortex86DX3 DM&P procesora govorili su nam da je ovo nešto posebno i sa sopstvenom pričom. Nismo nigde pronašli ikakav logo neke poznate softveraške/hardveraške firme. Nigde nije bilo pozivanja na druge natpisima „kompatibilan sa“ ili „sertifikovan od“. iCOP je i samim pakovanjem ponosno rekao da imaju sopstveno embedovano rešenje. I sada, posle dva meseca testiranja možemo potvrditi da je iCOP QEC ekosistem zaista zaokružen i samodovoljan sa EtherCAT protokolom koji podržava EtherCAT Master funkcije: PDO, CoE, DC, Cable-redundancy, uz minimalno trajanje ciklusa od svega 125 µs.
photo: magazin Mehatronika
Krenimo od lica, a to je u ovom slučaju rezistivni tač 7″ ekran. Izbor rezistivnog ekrana je uobičajeniji u industriji, posebno tamo gde bi se ekran dodirivao posredno preko rukavica, recimo. Rezistivni tač ekrani nisu „fensi“ kao moderni kapacitivni na mobilnim telefonima i gejmerskim konzolama, niti imaju onaj kontrasni odnos i dubinu crne boje koja je tamo neophodna zbog realističnih ili HD slika sa prenaglašenim tonovima. U realnom radu daleko je bitnija pouzdanost od šminke. A verujte na reči, do sada nismo videli ni radili na kvalitetnijem rezistivnom tač ekranu, bilo da je u pitanju stabilnost slike, bilo osećaj dodira pri radu. Ugao gledanja ekrana ne može parirati modernim LCD ekranima na koje smo navikli u korisničkim uređajima i iznosi 120° po vertikali i 140° po horizontalnoj osi. Svetlina je 400 nit-a sa kontrastom od 500:1, a odatno ga matira i smanjuje mu svetinu folija rezistivnog tač sloja. Ove karakteristike su adekvatne za zaklonjene prostore, ali na osunčanim mestima, ekran je slabije čitljiv uz primetnu refleksiju svetlih predmeta iz okoline. Maksimalna rezolucija ekrana je 800 x 480 piksela, što je za primereno nameni 7″ HMI ekrana.
photo: magazin Mehatronika
Ako okrenemo QEC-M-070T sa naličja srešćemo se sa mnoštvom portova, nekim veoma interesantnim. Krenimo redom od vrha ka dnu. Sa leve strane, sa oznakom J19 je konektor za trakasti kabal sa VGA signalima. Namenjen je povezivanju sa klasičnim VGA monitorom i izvedeno je svih šest linija: R, G, B, HSYNC, VSYNC i GND.
Do njega je J25 ležište za SIM karticu. QEC-M-070T nema integrisan celularni modem, ali odmah desno nalazi mini PCIe port koji može poslužiti upravo za tu namenu, ali i za postavljanje Wi-FI/Bluetooth modula ili nekog drugog bežičnog komunikacionog modula, recimo Zigbee & Z-Wave.
Naredna tri porta su USB A 2.0. U pitanju su standardni USB izlazi prvenstveno namenjeni za povezivanje uređaja malih brzina prenosa, kao što su tastatura, miš i slično. Mogu se koristiti i za eksterne USB drajvove, ali sa brzinom prenosa ograničenom USB 2.0 standardom.
photo: magazin Mehatronika
Procesor sa memorijom se nalazi na izdvojenoj kartici koja se ubada u osnovnu ploču. Dopada nam se rešenje jer dopušta zamenu bez lemljenja. Potpuno je prekriven pasivnim hladnjakom u obliku ježića bez dodatnog ventilatora. U radu se on dobrano zagreje, preko temperature koja se može dirati.
A sada dolazimo do jednog interesantnog i verujemo industrijski orijentisanim korisnicima začuđujućeg dela, a to su Arduino hederi sa obe strane ploče koja nosi procesor. Zapravo njihovo postojanje onima koji prate trendove u industriji je očekivano. Dovoljno je pogledati Arduino sajt posvećen industrijskoj primeni, upoznati se sa recimo Finder Opta Lite proizvodima koje smo imali na recenziji ili sa bilo kojom razvojnim sistemom kompanije STM, a imali smo veći broj njih među našim prikazima. Lako je prepoznati da postoji želja da se Arduino pismenim inženjerima dopusti ulazak u industriju. S obzirom da se u STEM obrazovanju razvija kadar koji prepoznaje Arduino okruženje, logičan je pravac da se znanje te grupe iskoristi za kreativna rešenja ne samo u mejkerskom, već i u industrijskom okruženju.
Arduino kompatibilni hederi omogućavaju montažu i korišćenje velikog broja Arduino kompatibilnih ploča koje se mogu naći na tržištu. Da bi se sve to još više olakšalo, iCOP je za svoj IDE odredio 86Duino IDE upravo fork Arduino IDE-a, čime je obezbeđena softverska kompatibilnost. Isto što je uradio i Finder i STM, ali i sve veći broj manjih proizvođača industrijske opreme.
photo: magazin Mehatronika
Kako je kontinualni rad i očuvanje funkcionalnosti sistema veoma važno u industrijskom okruženju na ploči možemo videti i superkondenzator čija je uloga očuvanje sistemskih podatka, recimo sata relanog vremena i u slučajevima kada je napajanje kompromitovano.
Do njega je opcioni eMMC od 2 GB obeležen uočljivom žutom QC Pass nalepnicom, koji se dosta klimavo drži na hederima. Obratite pažnju prilikom manipulacije ekranom, jer je veoma lako prstima izvaliti ovaj disk.
photo: magazin Mehatronika
U desnom donjem uglu nalazi se CAN heder, dok je RS485 heder odmah do Arduino hedera pored procesora. Raspored hedera je detaljno prikazan u User manual-u koji se može preuzeti sa sajta. Generalno, dokumentacija je veoma dobra, sa svim detaljnim opisima svakog od pinova. Jedina zamerka koju smo imali je što nije precizno definisan način priključivanja napajanja na ploču, mada postoji online uputstvo sa slikama. Postoji šest ulaza, po dva zelena, crvena i crna i nigde nije pokazan način povezivanja na napajanje, mada u slušaju greške postoji zaštita ploče od oštećenja. Potrebno napajanje po specifikacijama mora biti u opsegu od 19 do 50 VDC, tipično 24 VDC. Sam uređaj povlači 10.4 W pri prikazivanju slike na ekran.
U desnom uglu je i buzzer, dovoljno glasan da signalizira i opomene u slučaju potrebe. Za kompleksnije zvučne signale izveden je četvoropinski stereo audio Line-out sa linijskim nivoom signala pogodnim za slušalice ili dalje pojačavanje.
photo: magazin Mehatronika
Najuočljivije smo ostavili za kraj. Dva crvena i jedan plavi RJ45 port. Plavi konektor je za povezivanje sa gigabitnim Ethernet-om, a u našem slučaju je to PoE konektor i moguće je stoga napajati ploču i na taj način, pazeći da je dozvoljeni maksimum 24 V/ 3 A. Ovo je veoma praktična mogućnost koja dopušta smanjenje potrebnog ožičenja, ali i eliminaciju neophodnog napojnog AC/DC pretvarača sa 220 VAC na 24 VDC mestu ugradnje.
Dva crvena porta su 10/100 Mbps LAN portovi namenjeni za EtherCAT komunikaciju. Ovi portovi kod verzije bez PoE-a su crne boje.
photo: magazin Mehatronika
Softver
Već smo pomenuli da je iCOP razvio sopstveni 86Duino IDE. Zapravo je 86Duino razvijen od strane tajvanske kompanije DM&P Electronics INC koja je pre nekoliko godina ponudila razvojne sisteme kompatibilne sa Arduino razvojnim sistemima bazirane na DM&P Vortex procesorima. Kako se ovaj procesor nalazi i u iCOP proizvodima, pa i u ovom QEC-M-070T EtherCAT HMI-u, dogodilo se već pomenuto objedinjavanje hardverskih i softverskih tehnologija u jedan zaokružen QEC ekosistem.
U junu mesecu je izdata i najnovija verzija 86Duino 500 koja je besplatna i preuzima se sa sajta. Iako je prethodna verzija 318 imala podršku i za Linux i Mac OS, ova nova dolazi samo kao Windows paket. Ako ste korisnik nekog od sada nepodržanih OS-ova i dalje možete preuzeti stariju verziju 86Duino-a.
86Duino je zapravo arhiviran direktorijum sa izvršnom verzijom IDE-a i sve što je potrebno je da ga otpakujete na željeno mesto na disku. Radiće jedsnostavnim startovanjem 86duino.exe datoteke. Pri startu će jasno reći da je u pitanju modifikovana verzija Arduino IDE i odmah ćete uvideti gotovo identičan prikaz, ali sada u drugoj, plavoj kolor šemi.
screenshot: 86Duino
QEC-M-070T EtherCAT HMI je potrebno preko microUSB porta povezati USB kablom za PC računar na kome pokrećemo 86Duino. Biće prepoznat kao Profilic PL2303GS USB Serial COM port i potrebno je u 86Duino Board Manager-u odabrati odgovarajući uređaj. Sa donje slike vidimo da se pored ovog EtherCAT Mastera u istom IDE-u programira još nekoliko iCOP proizvoda, ali i tri 86Duino ploče. Svi ovi uređaji su zasnovani na Vortex86 procesorima.
screenshot: 86Duino IDE
U paketu dolazi i veći broj demo programa pisanih za sve ove uređaje, a najinteresantniji za početak su dva programa u direktorijumu LVGL86. Jedan kao primer HMI ekrana za CNC mašinu, a jedan koji smo mi prikazali na slikama kao primer mogućnosti rada LVGL biblioteke sa Widget-ima.
Od standardnih Arduino biblioteka podržane su: EEPROM, Ethernet, Firmata, LiquidCrystal, SD, Servo, SPI, SoftwareSerial, Stepper i Wire, dakle one koje podržavaju hardver ovog mastera. 86Duino dodaje svoje specifične biblioteke koje su okrenute industrijskoj primeni i to su: Motion86 za više-osne kontrolere kretanja, Modbus, CANBus, FirmataPlus86 za povezivanje 86Duino sa Scratch-om, Servo86 i AIServo86 za proširenje rada sa servoima posebno za robotske aplikacije, tu je i EtherCAT biblioteka koja pretvara QEC u EtherCAT sistem.
Ceo IDE je potpuno funkcionalno identičan Arduino IDE-u i smatramo da nema potrebe ovde da ga prezentujemo. Ono što treba istaći su razlike, a one su posebno uočljive kroz četiri bele vinjetice u desnom gornjem uglu, tamo gde se kod Arduino IDE-a nalazi samo lupa koja služi za pozivanje Serial Monitor-a. Prevučete li mišem preko njih, otkrićete da su prve tri : 86EVA Configurator, 86HMI editor i ArduBlock.
86EVA Configurator će nakon pokretanja prepoznati vaš EtherCAT Master na mreži, a nakon toga iskenirati kompletnu mrežu u potrazi sa povezanim EtherCAT Slave uređajima ovog ili bilo kog drugog proizvođača. Njegova namena je podešavanje EtherCAT mreže i uređaja na njoj, i nakon toga generisanje fajla neophodnog za pisanje upravljačkog programa u 86Duino IDE-u. U isto vreme, konfigurator očitava vrednosti sa senzora temperature na procesoru i na slici ispod vidimo da je, u slučaju da se ne implementira aktivno hlađenje, ugrađeni pasivni ježić nedovoljan, budući da temperatura odlazi preko 100 °C i nastavlja da raste. Uz elementarni kuler temperatura stoji stabilno na 91 °C.
screenshot: 86EVA Configurator
86HMI Editor je drugi program koji se može pozvati iz 86Duino IDE-a i služi za generisanje izgleda ekrana baziranog na LVGL biblioteci. LVGL je jedna od najvećih besplatnih grafičkih biblioteka sa widget-ima koji se koriste za prilagođena rešenja na diplejima koje pokreću embedovani procesori i mikrokontroleri. Biblioteka ima desetine gotovih rešenja i mnoštvo stilova, a sve vreme se taj broj povećava. Uz gotova rešenja lako se kreiraju i rešenja u skladu sa potrebama korisnika.
86HMI Editor je vizelni editor u kome se widget-i postavljaju na jedan ili više ekrana i definiše njihovo ponašanje. Na kraju 86HMI Editor može generisati kod koji se uvozi u 86Duino sa potpunim grafičkim definicijama izgleda prikaza na HMI displeju.
86HMI Configurator
Najzad, poslednji softverski paket je ArduBlock, poznato rešenje za vizuelno programiranje blokovima sa mogućnošću prenošenja koda u Arduino IDE. Neodoljivo podseća na Microsoft Code::Blocks koji je obično prvi korak ka otkrivanju programerskog sveta mnogim početnicima i obavezan deo STEM obrazovanja.
screenshot: ArduBlock
Zaključak
iCOP QEC-M-070T EtherCAT Master sa HMI displejom je deo zaokruženog iCOP ekosistema koji nudi pored nekoliko EtherCAT Mastera i liniju EtherCAT Slave jedinica, ali i sav potreban softver. Kostur čini 86Duino IDE baziran na Arduino IDE koji je stoga poznat velikom broju potencijalnih korisnika. Iz njega se pozivaju tri bitna dodatna paketa. Prvi služi za laku konfiguraciju uređaja na EtherCAT mreži, namena drugog je grafički dizajn HMI prikaza i najzad treći olakšava programiranje bez pisanja koda upotrebom predefinisanih blokova. Nakon završetka rada u svakom od ovih programa moguće je generisati kod koji se uvozi u 86Duino i u njemu se finalizuje programiranje konkretne aplikacije.
Sa cenom od $650 za model sa 7″ ekranom ovaj industrijski HMI EtherCAT Master jeste privlačan, posebno zbog svoje otvorenosti prema nadogradnji. Pre svega mislimo na kompletan Arduino heder sa GPIO, PWM, SPI, I2C, RS485, CAN pinovima i koji omogućava povezivanje velikog broja različitih HAT dostupnih na tržištu. Upotreba Arduino HAT dodataka je postala standard, te hedere za njih implementiraju i drugi aktuelni proizvođači industrijske opreme. Tri USB 2.0 porta za povezivanje periferija, mini PCIe u koji se može postaviti GSM ili Wi-Fi/Bluetooth modul i time ostvariti bežična komunikacija, kao i PoE gigabitni Ethernet, ovaj uređaj sa rezistivnim tač ekranom pretvaraju u moćan EtherCAT HMI master. Od starta je zamišljen da radi na specifičnom Vortex86 32-bitnom X86 procesoru sa dva funkcionalno nezavisna jezgra kako bi se obezbedio simultani rad korisničkog interfejsa i kritičnih procesnih operacija u realnom vremenu. Za razliku od mnogih drugih solucija, ovo je rešenje čiji je razvoj započeo od sopstvenog namenski dizajniranog procesora i koje je nakon godina razvoja zaokružilo sopstveni ekosistem, ostavljajući ga otvorenim i za uređaje drugih proizvođača.
Više informacija na iCOP/QEC sajtu.
Sa pozadinom u električnom inženjeringu i dugom istorijom rada u stručnim časopisima, on se fokusira na ključnom sadržaju magazina Mehatronika i stoji iza brojnih inicijativa.