Circuit Cellar嵌入式科技國際中文版 Issue 2

本期內容是以嵌入式程式設計與應用開發為主軸，包括「封面故事」《FlashForth嵌入式應用開發大躍進》一文，將深入探討當前從彗星探測到大學實驗室都積極採用的熱門FlashForth互動式開發程式語言，該程式之所以深受嵌入式應用開發人員青睞的主因，莫過於支援低資源環境下的硬體即時互動應用設計與開發。

再者，特報1《Comuptex 2016嵌入式科技大直擊》會為讀者蒐集報導今年度最熱門的嵌入式軟硬科技、IoT物聯網及各種智慧應用、服務、產品、技術與趨勢。

至於本期「嵌入式系統規劃師」專欄則會報導《評估你的嵌入式系統專案(1)》，具有長年嵌入式開發經驗的作者會現身說法，當讀者想要展開一個嵌入式系統開發專案時，所要注意的評估要點與注意事項有哪些。

面對未來科技的最近趨勢發展，本雜誌「科技大未來」專欄為讀者報導《嵌入式Linux的未來》，文中講述今後嵌入式Linux在開發模組、Bare Meatal、各種版本Linux系統發佈套件及系統整合的發展狀況與各種可運用的資源。最後，本期「編輯精選」主軸放在嵌入式程式設計上，並為讀者精選適用於FPGA/CPLD程式設計新手的Verilog程式語言、嵌入式物件導向程式設計、支援Verilog HDL的微處理器膠合連結邏輯，以及控制中心軟體的設計要訣等。

除此之外，本期雜誌另有延續上期《電子測試平台》的特別報導，上期說明如何開發一個能供所有開發測試儀器使用的基本單元，本期則進一步詳細解說附掛的掃頻產生器電路板。至於「完美工程師」專欄則繼上期EMC與電磁力定義的介紹，進一步探討差動模式和共同模式在訊號之間的差異。

《Circuit Cellar嵌入式科技國際中文版》主題涵蓋嵌入式軟硬體、電子工程及電腦應用等領域。《Circuit Cellar》英文版不但擁有多元化的國際性讀者群，包括長年從事嵌入式及微控制器(MCU)相關技術領域的專業人士、學者及電子專家，旗下作者群也來自世界各地，包括美、英、加、比利時等地。本雜誌的編輯宗旨在於協助讀者成為全方位跨領域的從業人員，進而能充滿自信地將創新與尖端前瞻的工程構想運用在各種相關任務、問題及技術上。
《Circuit Cellar嵌入式科技國際中文版》是當前台灣乃至亞太地區唯一一本藉由專案實作報導形式，兼顧理論與實際、趨勢與實作地從專案主題背後的市場趨勢、技術要點，到元件準備，更擴及設定調校、程式設計規劃等各個面向的注意重點與訣竅，企業可以從中了解各種新興嵌入式技術靈活搭配與整合的技巧，長此以往，並能培養出開發各種實用智慧應用的能耐與實力。
本書專案主題涵蓋領域包括：
1. 類比技術：涵蓋降低EMI/RF問題、高速訊號完整性、訊號調節、A/D或D/A轉換器、類比可程式邏輯，以及低功耗、單供電及混合電壓設計等熱門主題。
2. 通訊：涵蓋網路協定、乙太網路、USB、I2C（Inter-Integrated Circuit）協定、同步序列資料協定( Serial Peripheral Interface, SPI)及Firewire等熱門主題。
3. 資料擷取：周邊介面、感測器、感測器網路、訊號調節、A/D或D/A轉換器、資料分析及後置處理等熱門主題。
4. 嵌入式應用：車用、測試設備、模擬器（Simulator）、消費性電子、即時控制及低功耗技術等熱門主題。
5. 嵌入式開發：原型及模擬、仿真器（Emulator）、開發工具、程式語言、硬體描述語言（HDL）、即時作業系統、除錯工具及有用技巧與訣竅等熱門主題。
6. 嵌入式程式設計：程式語言、即時作業系統、嵌入式Linux、檔案系統、驅動程式、網路協定、演算法及最佳化等熱門主題。
7. 網際網路與連接：網路晶片、協定堆疊、裝置伺服器與實體層介面等熱門主題。
8. 測量與感測器：環境感測器、智慧感測器、單線感測器（1-wire sensor）、微機電系統（MEMS）感測器及感測器介面技術等熱門主題。
9. 可程式邏輯：直接進行設計（Design-in）的技巧與竅門；核心智財Core-IP(例如處理器、DSP、週邊等)；針對傳統設計挑戰的創新解決方案（例如初始化、動態可重組dynamic reconfiguration及安全等）；即時發揮作用之軟硬體工具等熱門主題。
10. 機器人：馬達驅動器、近接感測（Proximity Sensing）、電源控制、電池技術／管理、電子羅盤及加速計等熱門主題。
11. 訊號處理：DSP晶片及演算法、類比可程式邏輯、訊號調節、A/D或D/A轉換器、濾波器、訊號壓縮技術，以及RISC、DSP及VLIW之比較等。
無線通訊：無線數據機、Wi-Fi/IEEE 802.11x、藍牙、ZigBee/IEEE 802.15.4、蜂巢、紅外線/IrDA，以及安全應用。

Circuit Cellar
Circuit Cellar Inc.是一家專門提供國際嵌入式設計社群相關產品與服務的媒體，為了扮演專業工程師與程式設計師所信賴的內容提供者，該公司除了發行Circuit Cellar雜誌外，亦推出許多工程/程式開發相關書籍、網站及新聞發佈。Circuit Cellar亦負責舉辦嵌入式設計與程式規劃/燒錄方面的國際性設計競賽。

Circuit Cellar長年進行嵌入式軟硬體與電腦應用方面必知訊息的蒐集、篩選與傳播，並融合實體印刷刊物與電子內容交付平台，來接觸更多元化的國際性讀者群，尤其是長期從事嵌入式及微控制器（MCU）相關技術領域的專業人士、學者及電子專家，進而共同為嵌入式領域相關的創新突破貢獻心力。

譯者簡介
林斯睿：嘗經歷IT雜誌編輯、主編與多家產業分析師之職，現為某IT公司內部產業分析師，並兼職各IT雜誌翻譯工作。
郭復誠：嘗經歷IT雜誌編輯、主編與產業PM等職務，現為產業分析師，並兼職各IT雜誌翻譯工作。
林泰宇：長久從事產業分析師工作，並兼職各IT雜誌翻譯工作。
李書安：萬能技術學院電機系畢業，現任某半導體公司Presale，並兼職各IT雜誌翻譯及企業英文白皮書製作等工作。
IRIS：現就讀成功大學資工系博士班，並從事各類外文書及雜誌專職翻譯工作。

編輯札記

People
社群人物：觸覺回饋技術的研究新趨與進展
專訪賓大機工與應力系副教授Katherine J. Kuchenbecker

CoverStory
打造FlashForth互動開發環境—有限資源下即時硬體操控的完美呈現
已問世約40載的Forth程式語言，特別適用於即時機器控制，以及某些必需在低資源環境下進行開發的實作案例。FlashForth是新一代16位元的Forth實作工具，只需耗費少量資源便可將「哈佛架構」(Harvard Architecture)的個別記憶體合併成為單一的64 KB記憶體模式。本文將詳述大學實驗室如何運用Forth來與硬體之間進行便利的即時互動作業。

Features
特報1：Comuptex 2016嵌入式科技大直擊
本文將為讀者直擊新年度Computex 2016盛會裡各類嵌入式軟硬系統、互動科技與智慧應用的實際商品化成果，並為讀者剖析這些技術應用與過去不同之處及重大突破點，並同時針對物聯網、車聯網、空拍機及虛擬/擴充實境的實際開發成效與未來走向進行深入的剖析。

特報2：電子測試平台(2)
本文所進行的專案，是以上一回本系列文章第一篇所談的基本、基礎單元為基礎，來發展一片附掛、外掛的電路板，以此構成一台直接數位合成掃頻器。

特報3：透過USB埠將串流媒體送至電視機
本文透過Lindsay的LCDTV伺服器專案，讓舊型配置USB埠的LCD電視機上，能夠透過區域網路傳送串流媒體。

特報4：SuperSpeed USB裝置快速原型開發
SuperSpeed USB是第三代USB標準(USB 3.0)，是為擴增資料傳輸量及降低耗電量而設計。本文將帶領讀者如何完成SuperSpeed USB裝置的端到端開發。

Columns
完美工程師：重要EMC規範完全攻略(2)—EMC成因與訊號類型
前一回作者George介紹了電磁兼容性和電磁力的定義。在這篇文章中，他將詳細描述電磁干擾的成因，並且說明差動模式和共同模式的訊號之間的差異。

電路設計實戰：起動暫態
透過同時涵蓋軟硬體的解決方案，作者Ed特別就其翻新改造之縫紉機控制器所導致的啟動問題，提供獨到的見解與剖析。

創客工作台1：固態照明(1)
電致發光是指藉由讓電能流經非熱能物質，進而轉換為光能的物理現象。Jeff 在本文中，說明了他是如何設計擁有8個頻道的EL控制器，可以用來同時控制多達8個EL面板的動態程式設計方法。

創客工作台2：梯形邏輯(1) —可程式邏輯控制器簡介
本文作者Jeff針對可程式邏輯控制器與其應用做了完整的介紹，除了PLC的基礎知識外，還說明了PLC的運作方式。跟讀者們分享，真正的PLC，不僅僅只能做為微控制器使用。

疑難終結者：來玩靜電放電吧！
靜電放電會對你的電子系統造成大問題，即便已有妥善隔離，你依然可能成為靜電放電的受害者。Robert將詳述幾種「靜電放電事件」並提供幾種技巧提示，以便保護你的專案。

嵌入式「薄片擷取」開發：嵌入式系統專案評估要訣(1) —軟體專案規劃上的常見挑戰
作者Bob將在本系列專欄文章裡專門探討設計與開發嵌入式系統專案上的成本評估要點與做法。本文將先從評估專案時所可能面臨的挑戰講起。

可程式邏輯實作：為FPGA專案加入SuperSpeed介面
USB 3.0 SuperSpeed標準讓資料串流達到超高速度。對標準的微控制器專案來說，這種高度可能派不上用場，但FPGA則能輕鬆用這些頻寬來傳送軟體定義的無線電波到邏輯分析儀等。本文將簡介使用此介面的現有選擇，並深入說明Cypress FX3晶片。

Future
嵌入式Linux的未來

Industry
新品直擊
編輯精選

打造FlashForth互動開發環境—有限資源下即時硬體操控的完美呈現
日前，羅賽塔(Rosseta)探測任務的菲萊號(Philae)成功登陸楚留莫夫．格拉希門克彗星(Comet 67P/Churyumov-Gerasimenko)表面，即為Forth程式開發系統展現控制低資源系統能耐的最佳範例。使用歲月超過40年的Forth語言，向以即時機器控制見長，尤其對想在低資源微控制器之單晶片架構上，提供全面性的互動開發環境而言特別方便。如同Mahon Kelly與Nicholas Spies在聯合撰寫的《FORTH：教材與參考》(FORTH: A Text and Reference)一書中所述，Forth語言同時能打造出只需耗費少量記憶體，就能開發出快速運行程式，並允許全面控制微控制器的彈性程式開發環境。

位於澳洲昆士蘭大學的超高音速動力學實驗室(Hypersonics Laboratory)裡，研究人員利用數個震波管(Shock Tube)和膨脹管(Expansion Tube)製造極高速氣流，用來測試超音速燃燒衝壓引擎(Scramjet Engine)和重返大氣層減速傘(Reentry Aeroshell)。測試氣流流速最高可達每秒15公里，不過只能維持極短的時間，從最低數百微秒(μs)到最高數毫秒(ms)不等。為了支援這些實驗，我們量身訂製了一些用於監測、訊號發送和訊號調節的裝置，這些裝置是以微控制器為核心元件，並以FlashForth作為開發環境。經過驗證，這樣的結合可說是建構小型裝置的便利基石。透過命令列存取序列埠連接的週邊裝置，程式設計人員便能輕鬆坐著操控暫存器位元(Register Bit)，以在新硬體上進行實驗，同時在熟悉周邊裝置之後，相同的指令能被擷取成為新字詞的定義，以便打造最終應用程式。

起動暫態
為了讓Arduino韌體能透過來自縫紉機的回饋訊號，來決定馬達轉速與停針位置(Needle Position)，所以我採用以TCRT5000紅外線感測器為基礎，並在eBay上以不到2美元買到的光學近接開關（Proximity Switch，又稱近接感測器）。儘管你會看到具備不同感測器定位的模組，但它們全都內建調整偵測靈敏度/範圍、數位輸出資料位元與類比電壓輸出等功能。圖1所顯示的馬達轉速感測器紅外線影像，突顯出右側的紅外線LED，具備位在其左側屏障後的光電晶體(Phototransistor)。

我透過Brownell旗下Oxpho-Blue金屬發藍液(Gun Bluing Solution)來塗黑馬達皮帶輪，儘管名稱叫做發藍液，但卻能在鋼材表面形成一個濃黑色的亮面，這無異是個完美絕佳的「黑暗面」。以塑料桿抛光的不鏽鋼暖通空調專用膠帶可以提升反射率並增加另一半的反差。由於靈敏度調整電位器(Sensitivity Trimpot)能提供足夠的調整範圍，來關閉膠帶上的輸出並開啟藍化鋼材(Blued Steel)上的輸出，所以我透過中間值的設定，來尋求最佳的平均抗雜訊能力(noise immunity)。