Для систем і пристроїв, що проектуються

На системному і архітектурному рівнях проектування МКС і МКП завжди необхідно вирішувати задачу вибору ОМК. У цей час випускається велика кількість різних типів ОМК такими фірмами як Intel, Motorola, Zilog, Microchip та рядом інших. Однокристальні мікроконтролери стали сьогодні одним із самих найпоширеніших елементів програмованої логіки. Як же з "моря" пропозицій вибрати найбільш відповідний ОМК для реалізації систем і пристроїв, що проектуються?

Рис. 1.4. Порівняння продуктивності мікроконтролерів

Вибір ОМК для конкретного застосування є найменш вирішеною з численних проблем проектування мікроконтролерних систем і пристроїв. Це визначається постійним зростанням кількості ОМК, розширенням області їх застосування, а також відсутністю чіткої методики, що дозволяє зробити однозначний вибір ОМК.

ОМК є функціонально складним програмно керованим пристроєм, виконаним у вигляді ВІС, і характеризується великою кількістю параметрів. Тому задача вибору оптимального з технічної і економічної точок зору ОМК для конкретної області застосування є багатокритеріальною.

При виборі ОМК важливим є формування основних вимог, які пред'являються до пристроїв, що створюються. Пристрої з вбудованим ОМК, як правило, повинні задовольняти наступним вимогам:

– робота в реальному часі;

– підвищена надійність і завадозахищеність;

– простота обслуговування;

– наявність фіксованого набору задач, що багато разів вирішується про-

тягом всього терміну служби пристрою.

Вибір ОМК звичайно проводиться з чотирьох основних позицій:

1) з точки зору системного проектування треба аналізувати наступні характеристики ОМК: тип архітектури, швидкодія, можливість переривання, типи і кількість портів вводу/виводу, ємність вбудованих ОЗП і ПЗП (ППЗП), наявність системи автоматизованого проектування тощо;

2) з точки зору розробки апаратних засобів МКП необхідно враховувати: технологію виготовлення ВІС, електричну сумісність з іншими ІМС, число джерел живлення і енергоспоживання, габарити, тип корпусу та число виводів, діапазон робочих температур тощо;

3) з точки зору розробки математичного забезпечення потрібно аналізувати: розрядність даних і команд, набір команд і способи адресації, наявність і організацію стека, час відлагодження робочих програм тощо;

4) з економічної точки зору визначальним параметром є вартість ОМК і МКП загалом.

Однією з основних характеристик, що відображають функціональні можливості ОМК, може служити його розрядність (розрядність даних і команд). Діапазон необхідної розрядності даних в МКП досить широкий і залежить від їх функціонального призначення. Для переважної більшості застосувань використовуються 8-розрядні ОМК, однак, в ряді випадків необхідно використовувати 16-розрядні (прецизійні контрольно-вимірювальні системи, системи збору і обробки даних) або навіть 32-розрядні ОМК (цифрові фільтри і спектральні аналізатори). У останніх випадках спільно з ОМК можуть використовуватися однокристальні мікроЕОМ і мікропроцесори з відповідною розрядністю, на які й покладаються задачі з обробки даних. ОМК в цьому випадку виконують в основному задачі з керування і вводу-виводу.

Після визначення допустимого класу ОМК, що задовольняють поставленим вимогам, проводиться оцінка програмних можливостей ОМК. При цьому потрібно враховувати наявність засобів автоматизованого програмування і відлагодження програмного забезпечення (редактори і компілятори, симулятори/відлагоджувачі, внутрішньосхемні емулятори, інтегровані середовища, програматори).

Системи команд ОМК відрізняються не тільки їх кількістю і розрядністю (8, 16 і 32 біти), але й можливостями організації компактних ланцюжків команд при програмуванні різних алгоритмів задач, що вирішуються. Тому порівняння лише кількості команд або їх розрядності не дає достатньої підстави для правильного вибору ОМК.

Для оцінки МКП часто використовується еталонне (пробне) програмування. Воно виконується для заздалегідь певного набору еталонних задач, що відображають специфіку області застосування. Знання області застосування ОМК дозволяє виділити найбільш специфічні та принципові частини алгоритмів і скласти програми для всіх допустимих типів ОМК з метою отримання експлуатаційних характеристик МКП. Із них найбільш важливі такі, як загальний час виконання програми, необхідна ємність ПЗП(ППЗП) і ОЗП, час реакції МКП на зовнішні сигнали і т.д.

Внаслідок еталонного програмування (тобто тестування) одержуються реальні експлуатаційні характеристики застосування конкретного ОМК в конкретній системі. Разом з інформацією фірми-виготівника отримані дані, як правило, достатні для оцінки ОМК і МКП.

Найважливішим фактором, що впливає на вибір ОМК, є наявність програмного забезпечення і спеціальних технічних засобів для відлагодження та автоматизації розробки робочих програм а також бібліотек стандартних (типових) програм і прикладів застосувань. Це визначається тим, що без програмного забезпечення ОМК не може використовуватися, а вартість його розробки може істотно перевищувати вартість апаратних засобів МКП або системи. При оцінці програмного забезпечення як критерія вибору ОМК потрібно враховувати альтернативу апаратного рішення задачі. Відомо, що пристрої і системи, що використовують апаратні засоби рішення задач, є більш швидкодіючими в порівнянні із МКП з програмною реалізацією їх рішення, але останні більш гнучкі (тобто можуть бути перепрограмовані). Крім того, вони мають різні складові загальних затрат на створення МКП:

· апаратурні засоби рішення задач – низькі витрати на розробку і високі – на виробництво;

· при програмному рішенні задачі спостерігається протилежна картина.

При виборі ОМК важливо враховувати складність програмування і відлагодження (час відлагодження), які визначаються системою команд та архітектурою ОМК.

Мікроконтролери дуже складні пристрої, щоб їх можна було однозначно охарактеризувати переліком всіляких технічних характеристик, тим більше, що ряд характеристик не може бути оцінено кількісно (наприклад, складність програмування).

У багатьох випадках як критерії для порівняння і вибору класу (сімейства) ОМК досить використати наступні їх характеристики:

1) швидкодія;

2) час програмування і відлагодження;

3) енергоспоживання;

4) габарити;

5) вартість.