Какой МК выбрать профессионалам

May 12, 2011 by admin Комментировать »

Инженеры, по долгу службы занимаюш.иеся разработкой аппаратуры для встраиваемых применений, могут позволить себе роскошь «ни в чём не отказывать» (конечно, в разумных пределах). Проблемы стоимости, технологии производства и доступности элементной базы отходят на второй план. Действительно, управляюш.ий МК в сложных комплексах является далеко не самым дорогим элементом, хотя именно от него во многом зависят эксплуатационные характеристики изделия и успешность продаж на рынке. Критериями отбора для профессионального разработчика служат следуюш.ие факторы: технические параметры, лицензионная чистота программного обеспечения, удобство в обслуживании.

Технические параметры выбираемого МК должны обеспечивать выполнение требований задания на разработку Например, если изделие предназначено для установки в автомобиль, то придётся искать МК с расширенным диапазоном температур -40…+ 125°С и, желательно, с наличием интерфейса CAN. Если требуется быстрая реакция на внешнее воздействие или прогнозируются сложные математические расчёты, то понадобится высокоскоростной МК с разрядностью 16 или 32 бита. Если проектируется миниатюрное изделие с батарейным питанием, то лучше применить микромош,ный МК в компактном SMD-корпусе, способный работать при пониженном напряжении и малой тактовой частоте.

В Табл. 1.1 приведены некоторые рекомендации по выбору МК. Понять их суть можно на примере микросхемы STR710FZ1T6 фирмы STMicroelectronics, которая рекомендуется для устройств с низким электромагнитным излучением (ЭМИ). В её даташите имеется специальный раздел «ЕМС characteristics», где приводятся уровни паразитного излучения МК по частотным диапазонам. Это даёт основание полагать, что на заводе-изготовителе серьёзно подходят к проблемам электромагнитной совместимости и периодически проверяют соответствие параметров,’те. гарантируют их. Не исключено, что продукция других фирм тоже имеет показатели ЭМИ не хуже, но ведь об этом в их даташитах ничего не написано, значит, в Табл. 1.1 таким МК путь «заказан».

Таблица 1,1, Реко1У1ендации по выбору МК

Главный параметр

Рекомендуемые МК разрядностью 8/16/32 бита

Быстродействие

Atmel ARM, NXP LP210x, Microchip PIC24/dsPIC, Ubicom SX

Помехозащищённость

NXP LP2xxx, Microchip PIC (модели после 2003 г.)

Экономичность

Texas Instruments MSP430, Microchip P1CI2/16/18

Миниатюрность

Microchip PIClO/12, Atmel ATtiny

Универсальность

Atmel ATmega, Microchip PIC 18, Silicon Laboratories C8051F

Кри птоустойч и вость

Texas Instruments TMS320F, Atmel AT91S0, Atmel ATXmcga

Электромагнитная совместимость

STMicroelectronics STR71xF

 

Лицензионная чистота программного обеспечения — это «больное место» многих разработок на малых и средних по численности предприятиях. Любая сколько- нибудь серьёзная проверка приводит к штрафам. Закон о нарушении авторских прав предусматривает весьма строгие наказания.

Если изделие простое и программист использует бесплатно поставляемый фирменный Ассемблер, то проблем нет. Здесь и исходный код можно продемонстрировать, и «вживую» откомпилировать проект в присутствии представителя контролируюш.ей организации. Хуже обстоит дело с языками высокого уровня, для которых через Интернет обычно доступны только демо-версии коммерческих компиляторов с весьма урезанными возможностями. Полные версии фирменных компиляторов стоят денег (и немалых), что делает их покупку экономически убыточным при малых партиях изготавливаемой продукции.

На помош.ь может прийти смена семейства МК и перевод исходных листингов в среду свободно распространяемых программных продуктов. В частности, для AVR-контроллеров используют бесплатный Си-компилятор AVR-GCC, входя- Ш.ИЙ в пакет WinAVR [1-8], а для Р1С-контроллеров в простых случаях годится демо-версия компилятора MikroC фирмы mikroElektronika [1-9], имеюш.ая лимит на длину кода, но без ограничения действия во времени.

Удобство в обслуживании является важной составляющей коммерческого успеха. Не секрет, что программисты, как и все обычные люди, допускают ошибки. Для их исправления, а также для удовлетворения эксклюзивных запросов и пожеланий капризных заказчиков, приходится «на ходу» изменять алгоритм работы устройства. Применительно к МК это означает, что надо перепрограммировать его внутреннее флэш-ПЗУ.

Чтобы не отправлять постоянно «гонцов» в командировки с программатором в кейсе, практикуют удалённую смену прошивок через Интернет. Однако для этого следует еш.ё на начальном этапе разработки выбрать такой тип МК, который имеет функцию самопрограммирования («BootLoader»). В любительских конструкциях столь ш.епетильный подход не обязателен, хотя и всячески приветствуется.

Завершает тему выбора МК график распределения индексов популярности, приведенный на Рис. 1.11. Это постоянно обновляемая интернет-статистика, составленная по оценкам электронш.иков Рунета за последние несколько лет. Было бы большим заблуждением устанавливать на основании указанных процентов какие-либо ограничительные перечни по применению тех или иных моделей М К. Но общее направление подмечено верно.

Рис. 1.11. Индексы популярности моделей МК согласно опросу на сайте [1-7]

 

Системный уровень – структура МК

Сам по себе «крошка МК» большой практической ценности не представляет. Это не электрическая лампочка, которая даёт яркий свет, и не резистор, через который протекает ток. МК предназначен для коллективной работы в «команде», по-научному — в цифровой системе обработки информации, управления и контроля.

На Рис. 2.1, а…и приведены типовые схемы включения МК в классической связке «Оператор — Исполнительное устройство — Объект управления». Как видно, ареал распространения МК охватывает практически все виды человеческой деятельности. Если где он пока и не применяется, то только из-за нехватки фантазии или из-за технологических (экономических) ограничений.

Рис. 2.1. Варианты применения МК:

а)  система автоматического контроля и управления с обратной связью;

б)  автономная измерительная система; в) интеллектуальный индикатор; г) система ручного управления; д) система автоматического контроля;

е)  интерактивная система управления без обратной связи с объектом;

ж)  интерактивная измерительная система без обратной связи с объектом;

з) программатор/отладчик МК; и) автономный робот.

 

На Рис. 2.2 показано внутреннее строение МК на системном уровне. Базовым блоком служит ЦПУ, которое включает в себя:

•     центральный процессор (он же «вычислитель»);

•     внутренние шины адреса, данных, управления;

•    формирователь сетки тактовых частот;

•    модуль памяти и блок регистров общего назначения;

•    блок конфигурации режимов работы, прерываний, рестарта.

Рис. 2.2. Строение МК на системном уровне.

 

Процессорное ядро служит основным отличительным признаком архитектуры. По его характеристикам (и названию) судят о потенциальных возможностях определённого семейства МК. Ядро обслуживается несколькими периферийными модулями или, по-другому, подсистемами. Именно к ним пользователь имеет доступ извне. Оттого, как правильно будут подключаться к подсистемам внешние цепи, зависят точностные и эксплуатационные параметры всего устройства.

Каждая входящая в МК подсистема важна по-своему. Например, чтобы МК стартовал, надо выполнить следующие действия:

•    запрограммировать ячейки памяти ПЗУ (подсистема программирования);

•    подать питающее напряжение (подсистема питания);

•    запустить тактовый генератор (подсистема синхронизации);

•    осуществить начальный сброс (подсистема сброса);

•    активизировать интерфейсные цепи (подсистема портов ввода/вывода).

Для уяснения свойств МК предлагается рассматривать его в виде «чёрного ящика». Если вспомнить историю, то в Древней Греции существовала легенда, согласно которой красавица Пандора как-то раз из любопытства открыла амфору, в которую громовержец Зевс спрятал все человеческие пороки. Оказавшись на воле, они мгновенно разлетелись по свету, до сих пор причиняя людям страдания и боль. Мораль истории простая — не ищи ради любопытства приключений на свою голову

Выражение «амфора Пандоры» или «сосуд Пандоры», как символ вещи с неизвестным внутренним содержанием, стало нарицательным. Со временем оно трансформировалось в «сундук Пандоры», «ящик Пандоры» и, наконец, в «чёрный ящик» (англ. «black box»). В технике широко используется данный термин для обозначения прибора, в котором исследователю доступны для наблюдения только входные и выходные сигналы.

Применительно к МК, каждую подсистему можно приравнять к отдельному «чёрному ящику» и рассматривать упрощённые эквивалентные схемы со стороны доступных выводов. Функциональная структура подсистем детально расшифровываться не будет. За кадром останутся подробности аппаратной начинки, а также конкретные названия регистров общего назначения.

 

После того, как будут проанализированы все подсистемы, можно синтезировать некую идеализированную модель МК. Она будет простой для понимания и достаточно точной по параметрам. Это позволит отсечь, как «бритвой Оккама», несущественные детали, не упуская из виду главного.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты