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Software/Tools/Kits

Software/Tools/Kits Neueste Entwicklungen bei intelligenten Displays Display Computing mit Java Schematischer Aufbau eines intelligenten Displays Autor: Wolfgang Aichberger, Marketing & Sales demmel products gmbh www.demmel.com Eine ansprechende und ergonomische grafische Benutzerführung über ein Touch-Display ist in zunehmendem Maß ein Erfolgskriterium für Geräte und Maschinen im industriellen, gewerblichen und medizinischen Bereich. Intelligente Displays sind die optimale Alternative für User Interfaces in diesen Einsatzgebieten. Mit ihren Funktionen und Schnittstellen vereinfachen sie die Integration im Vergleich zu herkömmlichen Displays wesentlich. Entwickler können damit den Fokus auf das anwendungsspezifische Design richten, anstatt sich der Integration der Displays auf der Elektronik- und Softwareebene widmen zu müssen. Nicht nur Kosten und Komplexität werden damit gesenkt, sondern auch die Produkteinführungszeiten. Intelligente Displays: Eine Definition Kurz gefasst Intelligente Displays sind bereits mit allen notwendigen Komponenten ausgestattet und vereinfachen die Integration. Weitere Vorteile beschreibt dieser Artikel. Intelligente Displays unterscheiden sich deutlich von herkömmlichen Displays. Sie sind bereits mit allen für die Ansteuerung eines Displays notwendigen Komponenten ausgestattet. State-of-the-Art sind unter anderem ein leistungsfähiger Controller, ein für alle Anwendungsfälle ausreichend großer Flash-Speicher, serielle Interface-Optionen und Touchpanel-Unterstützung. Die in Software realisierten Features sind wie die übrigen Displaymerkmale herstellerspezifisch sehr unterschiedlich. Intelligente Displays werden nicht mehr auf Pixelebene angesprochen, sondern über parametrierbare High- Level-Kommandos. Deren Ausführung ist in der Firmware des Controllers realisiert. Die volle Funktionalität steht unmittelbar nach dem Einschalten der Stromversorgung zur Verfügung, es wird keinerlei Bootzeit benötigt. Im on-board Speicher werden die Grafiken, Fonts, Textbausteine und Makros des User Interface abgelegt. Deren Anzahl ist lediglich durch die Speichergröße begrenzt, welche mit einer on-board MicroSD- Karte nochmals erweitert werden kann. Diese ist zudem hilfreich bei Updates der Nutzerapplikation im Feld und beim Abspeichern beliebiger Dateien wie beispielsweise applikationsspezifischer Log-Files. Die an die Geräteoberfläche herausführbare MicroSD-Karte unterstützt das FAT-Dateisystem. Die kommunikationstechnische Einbindung intelligenter Displays erfolgt über eines der seriellen Interfaces, typischerweise sind das RS-232, USB, I 2 C oder SPI. Optional ist auch TCP/IP möglich. Mit Hilfe diverser I/O-Funktionen lassen sich beispielsweise digitale Ein- und Ausgänge sowie Drehgeber, analoge Sensoren oder Leuchtdioden, Relais und Lautsprecher über das Panel anschließen und ansteuern. Eine Lösung zur Display-Integration besteht einerseits aus der Displayhardware und andererseits aus einer intuitiven Entwicklungsumgebung. Dabei handelt es sich um ein Windows-basiertes Projektentwicklungs-Tool, mit dem sich alle Panels der Produktlinie einrich- 90 PC & Industrie 8/2018

Software/Tools/Kits ten, konfigurieren, programmieren und testen lassen. Entwickler werden damit in die Lage versetzt, innerhalb kürzester Zeit Displayprototypen zu erstellen, die rasch in die Serie übergeleitet werden können. Funktionsweise Intelligenter Displays Ein Intelligentes Display fungiert als eigenständige Komponente, die über eine der seriellen Kommunikationsoptionen von der jeweiligen Applikation angesteuert wird. Diese Aufgabe kann eine Gerätebaugruppe, ein (embedded) Computer oder auch ein einzelner Low- Cost-Mikrocontroller übernehmen. Die konkrete Steuerung erfolgt mit Hilfe der High-Level-Befehle. Diese führen einzelne Aktionen aus oder greifen auf die Ressourcen zu, die mit dem Projekt am Display-Modul abgespeichert wurden. Ressourcen können beispielsweise Grafiken, Fonts oder Makros sein, die ihrerseits aus Kommandos bestehen. Auf diese Weise können mit wenigen Befehlen komplexe Aufgaben am Display erledigt werden. Die Ansteuerung erfolgt schmalbandig über eine der seriellen Interface-Optionen und ist über die gesamte Produktlinie gleich. Der Betrieb als „Master-Device“ und eine interne Verarbeitung von in Variablen gespeicherten Werten findet auf herkömmlichen intelligenten Displays nicht statt. Technologiesprung Java VM Dies ändert sich mit der neuesten Entwicklung auf dem Markt für intelligente Displays. Die on-board integrierte Java Virtual Machine ermöglicht es, kompilierten Java-Code direkt auf dem Panel auszuführen. Damit wird das intelligente Display zu einer aktiven, in einer objektorientierten Hochsprache programmierbaren Komponente, die nicht mehr in jedem Fall von einer externen Geräteapplikation angesteuert werden muss. Diese „Internalisierung“ zuvor externer Funktionalitäten führt zu einem deutlich vereinfachten Hardware-Design. Für die Programmierung stehen die üblichen Java-Packages java/ lang, java/io, java/util zur Verfügung. In einem spezifischen, auf die intelligenten Displays zugeschnittenen Package sind alle Funktionen, die bisher in den „klassischen“ High- PCB Board eines intelligenten Displays. Markiert sind die Interface-Optionen (orange), die Speicher (grün), der Controller (blau) und der Steckverbinder des Touchpanels (magenta) Level-Kommandos realisiert sind, auch in Java verfügbar. Java ist die am weitesten verbreitete Programmiersprache, viele Entwickler lernen sie bereits während der Ausbildung. Ein großes Plus ist die gute Verfügbarkeit von frei zugänglichen Algorithmen und Datenstrukturen, die in Entwicklungsprojekten wiederverwendet werden können. Ein Beispiel hierfür ist die Auswertung von Sensordaten. Die Java VM benötigt keine zusätzliche oder neue Hardware, sie lässt sich durch ein Firmware-Update auf vorhandenen Panels installieren. Bei bestehenden Projekten, die erweitert oder erneuert werden sollen, können neue Teile in Java realisiert werden. Die Java VM kann innerhalb von 20 ms von Script weg (d. h. aus einem „klassischen“ Makro heraus) gestartet werden. Klassische Kommandos und Java können gemischt werden. Eine vollständige Java-Entwicklungsumgebung ist im Projektierungstool integriert. Ein Editor mit dem üblichen Syntax-Highlighting ist ebenso enthalten wie ein Compiler. Für die Projektentwicklung von besonderer Bedeutung ist der Debugger, mit dem ein Remote- Debugging der erzeugten Java- Applikation über die vorhandene USB-Schnittstelle direkt auf dem angeschlossenen Display und virtuell im Simulator durchgeführt werden kann. Alle üblichen Features wie Breakpoints und Variablen-Inspektion sind enthalten. Beim Programmieren von Java-Applikationen für intelligente Displays können die typischen Eigenschaften der Sprache verwendet werden. Dazu zählen Multi-Threading und Floating-Point- Operationen, die hier ohne darunter liegendem Betriebssystem zur Verfügung stehen. Ein Event-Dispatcher für Touch-Felder und Keyboard (Observer Pattern) unterstützt das Event-Handling. Sensoren wie solche für Temperatur, Druck oder Distanz werden üblicherweise per I 2 C angebunden. Mit einer Java-Applikation können solche Sensoren auf einfache Art und Weise aktiv angesprochen werden. Das gleiche gilt für Aktoren, die oftmals über SPI oder wiederum I 2 C angesteuert werden. Das Aufsetzen der gesamten Entwicklungs- und Debug-Umgebung geschieht innerhalb weniger Minuten per Installation oder Update der frei verfügbaren Management-Software. Auch hier ist keine zusätzliche Soft- oder Hardware nötig. Management- und Entwicklungsumgebung ist Teil der Lösung Ein wesentlicher Bestandteil einer Lösung zur Integration von Display- Modulen ist die Unterstützung durch eine intuitive Entwicklungsumgebung. Die Software – im aktuellen Windows-Layout gestaltet – bildet zusammen mit den Panels einen ganzheitlichen Ansatz zur Entwicklung moderner Benutzerschnittstellen. Sie erfüllt unterschiedlichste Aufgaben in einem Entwicklungsprojekt: Projekt-Setup, Konfiguration, Management und Programmierung der Displays, Applikations-Entwicklung, Debugging, Simulation. Grundsätzlich werden in der Entwicklungsumgebung die Ressourcen definiert, die im Betrieb zur Verfügung stehen. Dazu zählen beispielsweise Fonts, formatierte Texte und Grafiken oder die Festlegung von Aktionen bei Betätigen eines Touchfeldes. Die Hardware- Einstellungen der Panels wie die IP- Konfiguration, Verwendung der I/Os und Display-Orientierung werden in den entsprechenden „Settings“ PC & Industrie 8/2018 91