IT201900007563A1 - Sistema di programmazione del tipo in-system programming - Google Patents
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Description
TITOLO: SISTEMA DI PROGRAMMAZIONE DEL TIPO IN-SYSTEM PROGRAMMING
DESCRIZIONE
Il presente trovato ha come oggetto un sistema di programmazione del tipo In-System Programming (in sigla ISP) particolarmente, seppur non esclusivamente, utile e pratico nell’ambito della produzione di schede elettroniche assemblate, chiamate Printed Circuit Board Assembly (in sigla PCBA), per la programmazione ISP di dispositivi microelettronici dotati di memoria e installati sulle schede elettroniche assemblate PCBA.
In-System Programming (ISP) è l’abilità di alcuni dispositivi logici programmabili, microcontrollori e altri sistemi embedded di poter essere programmati quando essi sono già installati in un sistema elettronico, come ad esempio una scheda elettronica assemblata PCBA, invece di dover essere obbligatoriamente programmati prima dell’ installazione nel sistema elettronico.
Il principale vantaggio di questa abilità consiste nel fatto che essa permette ai produttori di schede elettroniche assemblate PCBA di integrare la programmazione e il collaudo in una singola fase produttiva successiva alla fase di assemblaggio del sistema elettronico, invece di mantenere una fase di programmazione prima della fase di assemblaggio e una fase di collaudo dopo la fase di assemblaggio.
Attualmente, sono noti dispositivi programmatori ISP, o in breve programmatori ISP, configurati per leggere il contenuto di un file di origine (i.e. firmware), selezionato da un utente tramite un dispositivo di comando, chiamato dispositivo host 22, e per scrivere lo stesso contenuto all’ interno della memoria di un dispositivo o componente di destinazione, chiamato dispositivo target 24, come ad esempio un dispositivo logico programmabile o un microcontrollore.
In particolare, come detto, i programmatori ISP di tipologia nota eseguono questa operazione su dispositivi target 24 già installati su schede elettroniche assemblate PCBA. Tipicamente, questa operazione di programmazione avviene alla fine della fase di assemblaggio delle schede elettroniche assemblate PCBA, in concomitanza con il test di collaudo delle schede PCBA.
Con riferimento alla figura 1, un qualsiasi programmatore ISP 10 di tipologia nota è costituito da un unico dispositivo hardware che comprende tipicamente i seguenti componenti:
- una interfaccia host 12, o host interface 12, che comprende circuiteria per la comunicazione con il dispositivo host 22 di comando operato dall’utente, e che può essere di vario tipo tra cui ad esempio LAN, USB, UART, DIGITAL IO;
- un dispositivo di memoria 14, o memory device 14, per l’archiviazione del file di origine (i.e. firmware) che deve essere scritto all’interno della memoria del dispositivo target 24. Ciò consente di programmare il dispositivo target 24 anche in modalità stand-alone, cioè senza comunicare con il dispositivo host 22;
- una unità di programmazione 16, o programming unit 16, che rappresenta il centro di controllo del programmatore ISP 10; e
- una interfaccia ISP 18, o ISP interface 18, che comprende circuiteria per la comunicazione con il dispositivo target 24 da programmare, in particolare con la sua memoria, e che può essere multicanale per una programmazione parallela o sequenziale di una pluralità di dispositivi target 24.
Si noti che l’architettura dell’unità di programmazione 16 dei programmatori ISP 10 di tipologia nota ha subito un’evoluzione nel corso degli anni. Di seguito sono elencate le varie architetture note, in ordine crescente di complessità e innovazione:
- architettura a microcontrollore;
- architettura a microcontrollore e FPGA (dall’inglese Field Programmable Gate Array); e
- architettura a SoC (dall’inglese System-On-Chip), dove microcontrollore e FPGA sono riuniti in un unico dispositivo microelettronico.
Tuttavia, questi programmatori ISP di tipologia nota non sono scevri da inconvenienti, tra i quali va annoverato il fatto che essi sono molto difficili da integrare lungo le linee di produzione delle schede elettroniche assemblate PCBA. Infatti, i programmatori ISP noti, avendo tutti i componenti inclusi in un unico dispositivo hardware, sono di dimensioni tali da non consentire un’agevole integrazione degli stessi negli attuali apparati presenti lungo le linee di produzione delle schede PCBA.
Un altro inconveniente dei programmatori ISP di tipologia nota consiste nel fatto che essi presentano una ridotta velocità di programmazione. È noto che il tempo necessario per la programmazione di un dispositivo target è fortemente legato alla lunghezza fisica del cablaggio di collegamento tra il programmatore ISP e la scheda PCBA su cui è installato lo stesso dispositivo target.
La suddetta difficoltà di integrazione si traduce, in pratica, in una lunghezza spesso eccessiva del cablaggio di collegamento tra il programmatore ISP e la scheda PCBA, e ciò comporta la necessità di diminuire la frequenza dei segnali, aumentando conseguentemente il tempo impiegato per la programmazione.
Un ulteriore inconveniente dei programmatori ISP di tipologia nota consiste nel fatto che essi presentano un’unica interfaccia ISP. E noto che la circuiteria di interfaccia è strettamente legata al tipo di memoria del dispositivo target da programmare.
Attualmente, le interfacce ISP puntano ad essere sostanzialmente universali per potersi adattare a qualsiasi dispositivo target 24, tuttavia questo carattere di universalità è diffìcilmente raggiungibile soprattutto con le nuove tipologie di memorie presenti sul mercato, come ad esempio NAND, eMMC e NOR Parallele, dove il numero di linee ISP è maggiore e i valori di tensione dei segnali sono diversi rispetto agli standard usati fino a qualche anno fa.
In pratica, dal punto di vista dei produttori di programmatori ISP noti, modificare l’interfaccia ISP per adattarsi al tipo di memoria del dispositivo target da programmare significa:
- progettare un nuovo programmatore ISP per ogni famiglia di dispositivi target da programmare;
- disorientare il cliente, ossia l’utente, che deve necessariamente riapprendere il funzionamento di un nuovo programmatore ISP per ogni famiglia di dispositivi target da programmare; e
- gestire internamente diversi modelli di programmatori ISP, aumentando conseguentemente i costi di gestione.
Inoltre, dal punto di vista dei produttori di schede elettroniche assemblate PCBA, quanto sopra si traduce nella sostituzione del programmatore ISP lungo le linee di produzione in base alla famiglia di dispositivi target da programmare.
Compito precipuo del presente trovato è quello di superare i limiti dell’arte nota sopra esposti, escogitando un sistema di programmazione del tipo In-System Programming (ISP) che consenta di ottenere effetti migliori rispetto a quelli ottenibili con le soluzioni note e/o effetti analoghi a minor costo e con prestazioni più elevate.
Nell’ambito di questo compito, uno scopo del presente trovato è quello di concepire un sistema di programmazione ISP che permetta di ridurre drasticamente le sue dimensioni per una più efficace integrazione dello stesso lungo le linee di produzione di sistemi elettronici, come ad esempio schede elettroniche assemblate PCBA.
Un altro scopo del presente trovato è quello di escogitare un sistema di programmazione ISP che consenta di aumentare la velocità e diminuire il tempo di programmazione dei dispositivi target, con un conseguente aumento dell’efficienza delle linee di produzione di sistemi elettronici, come ad esempio schede elettroniche assemblate PCBA, che si traduce in una conseguente riduzione dei costi della fase di assemblaggio.
Un ulteriore scopo del presente trovato è quello di concepire un sistema di programmazione ISP che permetta di adattare l’interfaccia ISP in base alla famiglia di dispositivi target da programmare, mantenendo la stessa piattaforma di programmazione.
Non ultimo scopo del presente trovato è quello di realizzare un sistema di programmazione ISP che sia di elevata affidabilità, di relativamente semplice realizzazione, ed economicamente competitivo se paragonato alla tecnica nota.
Questo compito, nonché questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da un sistema di programmazione In-System Programming, ISP, collegabile ad un dispositivo host di comando, operato da un utente, e collegabile ad un dispositivo target da programmare, dotato di almeno una memoria, caratterizzato dal fatto che comprende un dispositivo di controllo centrale e almeno un dispositivo di programmazione remoto che comunicano tra loro attraverso un collegamento dati per la ricetrasmissione di dati di programmazione ISP, detto dispositivo di controllo centrale comprendendo una prima porzione di un sistema di ricetrasmissione dati configurato per instaurare detto collegamento dati, e detto dispositivo di programmazione remoto comprendendo una seconda porzione di detto sistema di ricetrasmissione dati configurato per instaurare detto collegamento dati.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di realizzazione preferita, ma non esclusiva, del sistema di programmazione ISP secondo il trovato, illustrata a titolo indicativo e non limitativo con l’ausilio dei disegni allegati, in cui:
la figura 1 è uno schema a blocchi che illustra schematicamente un programmatore ISP di tipologia nota;
la figura 2 è uno schema a blocchi che illustra schematicamente una forma di realizzazione del sistema di programmazione ISP secondo il presente trovato;
la figura 3 è uno schema a blocchi che illustra in maggiore dettaglio il dispositivo di controllo centrale, o dispositivo master, della forma di realizzazione del sistema di programmazione ISP secondo il presente trovato illustrata in figura 2;
la figura 4 è uno schema a blocchi che illustra in maggiore dettaglio il dispositivo di programmazione remoto, o dispositivo IPH, della forma di realizzazione del sistema di programmazione ISP secondo il presente trovato illustrata in figura 2.
Con riferimento alle figure 2, 3 e 4, il sistema di programmazione del tipo In-System Programming (in sigla ISP) secondo il trovato, indicato globalmente con il numero di riferimento 30, comprende sostanzialmente una coppia di dispositivi, in particolare un dispositivo di controllo centrale 32, o in breve dispositivo master 32, e almeno un dispositivo di programmazione remoto 42, o in breve dispositivo IPH (dall’inglese Intelligent Programming Header) 42, che comunicano tra loro attraverso un collegamento dati 50, o data link 50, per la ricetrasmissione di dati di programmazione ISP. Opportunamente, il collegamento dati 50 è di tipo bidirezionale.
In una forma di realizzazione, il sistema di programmazione ISP 30 secondo il trovato comprende una pluralità di dispositivi di programmazione remoti 42 che comunicano con lo stesso dispositivo di controllo centrale 32 attraverso il collegamento dati 50, per una programmazione parallela o sequenziale di una pluralità di dispositivi target 24.
Il dispositivo di controllo centrale 32 è collegato o collegabile ad un dispositivo host 22 di comando, operato dall’utente. Il dispositivo di programmazione remoto 42 è collegato o collegabile ad un dispositivo target 24 da programmare, dotato di almeno una memoria.
Il dispositivo di controllo centrale 32, come detto chiamato anche dispositivo master 32, comprende una prima porzione 40A di un sistema per la ricetrasmissione di dati di programmazione ISP, in particolare dallo stesso dispositivo master 32 verso il dispositivo IPH 42 e viceversa, configurato per instaurare il collegamento dati 50. Questo sistema di ricetrasmissione è di tipo proprietario ed è specificatamente sviluppato per la programmazione ISP.
Secondo il modello ISO/OSI, un noto standard intemazionale per le telecomunicazioni, il collegamento dati 50 può essere definito come segue:
- Livello 1 fisico (Physical Layer): il mezzo trasmissivo può essere un cavo in metallo (ad esempio un cavo in rame) o un cavo in fibra ottica, a seconda che la ricetrasmissione o comunicazione dati avvenga tramite un collegamento elettrico o ottico;
- Livello 2 collegamento (Datalink Layer): la ricetrasmissione o comunicazione dati avviene tramite pacchetti (frames) di lunghezza variabile con controllo di errore.
In una forma di realizzazione del sistema di programmazione ISP 30 secondo il trovato, dove il mezzo trasmissivo del collegamento dati 50 è un cavo in metallo, la distanza tra il dispositivo master 32 e il dispositivo IPH 42 può essere fino a 5 metri. In un’altra forma di realizzazione del sistema di programmazione ISP 30 secondo il trovato, dove il mezzo trasmissivo del collegamento dati 50 è un cavo in fibra ottica, la distanza tra il dispositivo master 32 e il dispositivo IPH 42 può essere fino a 100 metri.
Vantaggiosamente, il dispositivo di controllo centrale 32 del sistema di programmazione ISP 30 secondo il trovato comprende ulteriormente una interfaccia host 34, o host interface 34, che comprende circuiteria per la comunicazione con il dispositivo host 22 di comando operato dall’utente, e che può essere di vario tipo tra cui ad esempio LAN, USB, UART, DIGITAL IO.
Vantaggiosamente, il dispositivo di controllo centrale 32 del sistema di programmazione ISP 30 secondo il trovato comprende ulteriormente un dispositivo di memoria 36, o memory device 36, per l’archiviazione del file di origine (i.e. firmware) che deve essere scritto all’intemo della memoria del dispositivo target 24. Ciò consente di programmare il dispositivo target 24 anche in modalità stand- alone, cioè senza comunicare con il dispositivo host 22.
Vantaggiosamente, il dispositivo di controllo centrale 32 del sistema di programmazione ISP 30 secondo il trovato comprende ulteriormente una prima unità di programmazione ridotta 38, o first reduced programming unit 38, configurata per eseguire una prima porzione delle funzioni svolte dall’unità di programmazione 16 di un programmatore ISP 10 di tipologia nota.
In particolare, la prima unità di programmazione ridotta 38 esegue i comandi di controllo relativi al funzionamento del dispositivo di programmazione remoto 42 collegato al dispositivo di controllo centrale 32. Inoltre, la prima unità di programmazione ridotta 38 esegue tutti i comandi di gestione dell’ interfaccia host 34, del dispositivo di memoria 36, e dei dati trasmessi dal dispositivo master 32 verso il dispositivo IPH 42 e ricevuti dal dispositivo IPH 42 verso il dispositivo master 32, tramite la prima porzione 40A del sistema per la ricetrasmissione di dati di programmazione ISP.
In pratica, la prima unità di programmazione ridotta 38 è una unità di controllo configurata per la gestione della comunicazione tra il dispositivo di controllo centrale 32 e il dispositivo di programmazione remoto 42.
Il dispositivo di programmazione remoto 42, come detto chiamato anche dispositivo IPH (dall’inglese Intelligent Programming Header) 42, comprende una seconda porzione 40B del sistema per la ricetrasmissione di dati di programmazione ISP, in particolare dal dispositivo master 32 verso lo stesso dispositivo IPH 42 e viceversa, configurato per instaurare il collegamento dati 50. Come detto, questo sistema di ricetrasmissione è di tipo proprietario ed è specificatamente sviluppato per la programmazione ISP.
Come detto, secondo il modello ISO/OSI, il collegamento dati 50 può essere definito come segue:
- Livello 1 fisico (Physical Layer): il mezzo trasmissivo può essere un cavo in metallo (ad esempio rame) o un cavo in fibra ottica, a seconda che la ricetrasmissione o comunicazione dati avvenga tramite un collegamento elettrico o ottico;
- Livello 2 collegamento (Datalink Layer): la ricetrasmissione o comunicazione dati avviene tramite pacchetti (frames) di lunghezza variabile con controllo di errore.
Vantaggiosamente, il dispositivo di programmazione remoto 42 del sistema di programmazione ISP 30 secondo il trovato comprende ulteriormente una seconda unità di programmazione ridotta 44, second reduced programming unit 44, configurata per eseguire una seconda porzione delle funzioni svolte dall’unità di programmazione 16 di un programmatore ISP 10 di tipologia nota.
In particolare, la seconda unità di programmazione ridotta 44 esegue i comandi strettamente legati alla programmazione ISP del dispositivo target 24, così come questi sono stati specificati dal produttore dello stesso dispositivo target 24. Inoltre, la seconda unità di programmazione ridotta 44 esegue tutti i comandi di gestione dell’interfaccia ISP 46, e dei dati ricevuti dal dispositivo master 32 verso il dispositivo IPH 42 e trasmessi dal dispositivo IPH 42 verso il dispositivo master 32, tramite la seconda porzione 40B del sistema per la ricetrasmissione di dati di programmazione ISP.
In pratica, la seconda unità di programmazione ridotta 44 è una unità di controllo configurata per la gestione della programmazione ISP del dispositivo target 24.
Vantaggiosamente, il dispositivo di programmazione remoto 42 del sistema di programmazione ISP 30 secondo il trovato comprende ulteriormente una interfaccia ISP 46, o ISP interface 46, che comprende circuiteria per la comunicazione con il dispositivo target 24 da programmare, in particolare con la sua memoria.
L’interfaccia ISP 46 del dispositivo di programmazione remoto 42 può essere di varia tipologia, a seconda del tipo di memoria del dispositivo target 24 da programmare. Ciò consente un adattamento sostanzialmente universale ai dispositivi target 24 noti e futuri, sostituendo unicamente il dispositivo di programmazione remoto 42 e mantenendo invariato il dispositivo di controllo centrale 32 con cui l’utente deve interfacciarsi.
Ogni dispositivo di programmazione remoto 42 può essere associato ad un rispettivo letto ad aghi, chiamato anche fixture, atto al collaudo di una particolare scheda PCBA. Pertanto, ad ogni fixture può essere associato un rispettivo dispositivo di programmazione remoto 42, mantenendo il dispositivo di controllo centrale 32 fisso sulla linea di produzione di schede elettroniche assemblate PCBA.
La separazione tra il dispositivo di controllo centrale 32, o dispositivo master 32, e il dispositivo di programmazione remoto 42, o dispositivo IPH 42, del sistema di programmazione ISP 30 secondo il trovato rappresenta un’importante innovazione rispetto ai programmatori ISP di tipologia nota, in particolare per i seguenti motivi.
Innanzitutto, poiché il dispositivo IPH 42 contiene solo l’elettronica dedicata alla programmazione ISP, esso può avere dimensioni molto ridotte, consentendo l’integrazione dello stesso dispositivo IPH 42 lungo le linee di produzione di schede elettroniche assemblate PCBA, in particolare nei macchinari dedicati all’assemblaggio e al collaudo delle schede PCBA.
Inoltre, le dimensioni ridotte del dispositivo IPH 42 consentono di posizionare quest’ultimo ad una distanza ravvicinata (in pratica, pochi centimetri) dai dispositivi target 24 da programmare, consentendo una programmazione ISP ad una frequenza più elevata con conseguente aumento della velocità e diminuzione del tempo di programmazione dei dispositivi target 24.
Ancora, il dispositivo master 32 può essere posizionato all’esterno delle linee di produzione di schede elettroniche assemblate PCBA, in particolare all’ esterno dei macchinari dedicati all’assemblaggio e al collaudo delle schede PCBA, pertanto senza la necessità di integrare lo stesso dispositivo master 32 al loro interno.
Si è in pratica constatato come il trovato assolva pienamente il compito e gli scopi prefissati. In particolare, si è visto come il sistema di programmazione del tipo In-System Programming (in sigla ISP) così concepito permette di superare i limiti qualitativi dell’arte nota, in quanto consente di ottenere effetti migliori rispetto a quelli ottenibili con le soluzioni note e/o effetti analoghi a minor costo e con prestazioni più elevate.
Un vantaggio del sistema di programmazione ISP secondo il presente trovato consiste nel fatto che esso permette di ridurre drasticamente le sue dimensioni per una più efficace integrazione dello stesso lungo le linee di produzione di sistemi elettronici, come ad esempio schede elettroniche assemblate PCBA.
Un altro vantaggio del sistema di programmazione ISP secondo il presente trovato consiste nel fatto che esso consente di aumentare la velocità e diminuire il tempo di programmazione dei dispositivi target, con un conseguente aumento dell’ efficienza delle linee di produzione di sistemi elettronici, come ad esempio schede elettroniche assemblate PCBA, che si traduce in una conseguente riduzione dei costi della fase di assemblaggio.
Un ulteriore vantaggio del sistema di programmazione ISP secondo il presente trovato consiste nel fatto che esso permette di adattare l’interfaccia ISP in base alla famiglia di dispositivi target da programmare, mantenendo la stessa piattaforma di programmazione.
Il trovato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo. Inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.
In pratica, i materiali impiegati, purché compatibili con l’uso specifico, nonché le dimensioni e le forme contingenti potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze e dello stato della tecnica.
In conclusione, l’ambito di protezione delle rivendicazioni non deve essere limitato dalle illustrazioni o dalle forme di realizzazione preferite illustrate nella descrizione sotto forma di esempi, ma piuttosto le rivendicazioni devono comprendere tutte le caratteristiche di novità brevettabile che risiedono nella presente invenzione, incluse tutte le caratteristiche che sarebbero trattate come equivalenti dal tecnico del ramo.
Claims (8)
- RIVENDICAZIONI 1. Sistema di programmazione In-System Programming, ISP, (30) collegabile ad un dispositivo host (22) di comando, operato da un utente, e collegabile ad un dispositivo target (24) da programmare, dotato di almeno una memoria, caratterizzato dal fatto che comprende un dispositivo di controllo centrale (32) e almeno un dispositivo di programmazione remoto (42) che comunicano tra loro attraverso un collegamento dati (50) per la ricetrasmissione di dati di programmazione ISP, detto dispositivo di controllo centrale (32) comprendendo una prima porzione (40A) di un sistema di ricetrasmissione dati configurato per instaurare detto collegamento dati (50), e detto dispositivo di programmazione remoto (42) comprendendo una seconda porzione (40B) di detto sistema di ricetrasmissione dati configurato per instaurare detto collegamento dati (50).
- 2. Sistema di programmazione In-System Programming, ISP, (30) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di controllo centrale (32) comprende ulteriormente una interfaccia host (34) per la comunicazione con detto dispositivo host (22).
- 3. Sistema di programmazione In-System Programming, ISP, (30) secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di controllo centrale (32) comprende ulteriormente un dispositivo di memoria (36) per l’archiviazione di un file di origine da scrivere all’interno di detta memoria di detto dispositivo target
- 4. Sistema di programmazione In-System Programming, ISP, (30) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di controllo centrale (32) comprende ulteriormente una prima unità di programmazione ridotta (38) configurata per la gestione della comunicazione tra detto dispositivo di controllo centrale (32) e detto dispositivo di programmazione remoto (42).
- 5. Sistema di programmazione In-System Programming, ISP, (30) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di programmazione remoto (42) comprende ulteriormente una seconda unità di programmazione ridotta (44) configurata per la gestione della programmazione ISP di detto dispositivo target (24).
- 6. Sistema di programmazione In-System Programming, ISP, (30) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di programmazione remoto (42) comprende ulteriormente una interfaccia ISP (46) per la comunicazione con detta memoria di detto dispositivo target (24).
- 7. Sistema di programmazione In-System Programming, ISP, (30) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende una pluralità di dispositivi di programmazione remoti (42) che comunicano con detto dispositivo di controllo centrale (32) attraverso detto collegamento dati (50), per una programmazione parallela o sequenziale di una pluralità di dispositivi target (24).
- 8. Sistema di programmazione In-System Programming, ISP, (30) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di programmazione remoto (42) è associato ad un rispettivo letto ad aghi di collaudo.
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2019
- 2019-05-30 IT IT102019000007563A patent/IT201900007563A1/it unknown
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