Проектируемых систем и устройств

На системном и архитектурном уровнях проектирования МКС и МКУ всегда необходимо решать задачу выбора ОМК. В настоящее время выпускается большое количество различных типов ОМК такими фирмами как Intel, Motorola, Zilog, Microchip и рядом других. Однокристальные микроконтроллеры стали сегодня одним из самых распространенных элементов " программируемой логики". Как же из "моря" предложений выбрать наиболее подходящий ОМК для реализации проектируемых систем и устройств?

Выбор ОМК для конкретного применения является наименее решенной из многочисленных проблем проектирования микроконтроллер-ных систем и устройств. Это определяется постоянным ростом количества ОМК, расширением области их применения, а также отсутствием четкой методики, позволяющей сделать однозначный выбор ОМК.

ОМК является функционально сложным программно управляемым устройством, выполненном в виде БИС, и характеризуется большим количеством параметров. Поэтому задача выбора оптимального с тех-нической и экономической точек зрения ОМК для конкретной области применения является многокритериальной.

При выборе ОМК важным является формирование основных требо-ваний, предъявляемых к создаваемым устройствам. Устройства со встроенным ОМК, как правило, должны удовлетворять следующим тре-бованиям:

- работа в реальном времени;

- повышенная надежность и помехозащищенность;

- простота обслуживания;

- наличие фиксированного набора задач, многократно решаемого

- на протяжении всего срока службы устройства.

Рис. 1.4. Сравнение производительности микроконтроллеров

Выбор ОМК обычно производится с четырёх основных позиций:

1) с точки зрения системного проектирования нужно анализиро-вать следующие характеристики ОМК: тип архитектуры, быстродействие, возможность прерывания, типы и количество портов ввода/вывода, объемы встроенных ОЗУ и ПЗУ (ППЗУ), наличие системы автоматизированного проектирования и др.;

2) с точки зрения разработки аппаратных средств МКУ необхо-димо учитывать: технологию изготовления БИС, электрическую совместимость с другими ИМС, число источников питания и энергопотребление, габариты, тип корпуса и число выводов, диапазон рабочих температур и др.;

3) с точки зрения разработки математического обеспечения следует анализировать: разрядность данных и команд, набор команд и способы адресации, наличие и организацию стека, время отладки рабочих программ и др.;

4) с экономической точки зрения определяющим параметром яв-ляется стоимость ОМК и МКУ в целом.

Одной из основных характеристик, отражающих функциональные возможности ОМК, может служить его разрядность (разрядность данных и команд). Диапазон требуемой разрядности данных в МКУ довольно широк и зависит от их функционального назначения. Для подавляющего большинства применений используются 8-ми разрядные ОМК, однако, в ряде случаев необходимо использовать 16-ти разрядные (прецизионные контрольно-измерительные системы, системы сбора и обработки данных) или даже 32-х разрядные ОМК (цифровые фильтры и спектральные анализаторы). В последних случаях совместно с ОМК могут использоваться однокристальные микроЭВМ и микропроцессоры с соответствующей разрядностью, на которые и возлагаются задачи по обработке данных. ОМК в этом случае выполняют в основном задачи по управлению и вводу-выводу.

После определения допустимого класса ОМК, удовлетворяющих поставленным требованиям, производится оценка имеющихся программ-ных возможностей ОМК. При этом следует учитывать наличие средств автоматизированного программирования и отладки программного обес-печения (редактирующие и компилирующие программы, симуляторы/от-ладчики, внутрисхемные эмуляторы, интегрированные среды, програм-маторы).

Системы команд ОМК различаются не только их количеством и разрядностью (8-16 и 32 бит) а и возможностями организации компактных цепочек команд при программировании различных алгоритмов решаемых задач. Поэтому сравнение лишь числа команд или их разрядности не даёт достаточного основания для правильного выбора ОМК.

Для оценки проектируемых МКУ зачастую используется эталонное (пробное) программирование. Оно выполняется для заранее опреде-ленного набора эталонных задач, отражающих специфику области при-менения. Знание области применения ОМК позволяет выделить наиболее специфичные и принципиальные части алгоритмов и составить программы для всех допустимых типов ОМК с целью получения эксплуатационных характеристик МКУ. Из них наиболее важны такие, как общее время выполнения программы, требуемая ёмкость ПЗУ(ППЗУ) и ОЗУ, время реакции МКУ на внешние сигналы и т.д.

В результате эталонного программирования (т.е. тестирования) получаются реальные эксплуатационные характеристики примененияконкретного ОМК в конкретной системе. Вместе с информацией фирмы-изготовителя полученные данные, как правило, достаточны для оценки ОМК и МКУ.

Важнейшим фактором, влияющим на выбор ОМК, является наличие программного обеспечения и специальных технических средств для отладки и автоматизации разработки рабочих программ а также биб-лиотек стандартных (типовых) программ и примеров применений. Это определяется тем, что без программного обеспечения ОМК не может использоваться, а стоимость его разработки может существенно пре-вышать стоимость аппаратных средств МКУ или системы. При оценке программного обеспечения как критерия выбора ОМК следует учитывать альтернативу аппаратурного решения задачи. Известно, что устройства и системы, использующие аппаратные средства решения задач, являются более быстродействующими против МКУ с программной реализацией их решения, но последние более гибкие (т.е. могут быть перепрограммированы). Кроме того, они имеют различные составляющие общих затрат на создание МКУ:

- аппаратурные средства решения задач - низкие затраты на раз-работку и высокие - на производство;

- при программном решении задачи наблюдается противоположная картина.

При выборе ОМК важно учитывать сложность программирования и отладки (время отладки), которые определяются системой команд и архитектурой ОМК.

Микроконтроллеры слишком сложные устройства, чтобы их можно было однозначно охарактеризовать перечислением всевозможных технических характеристик, тем более, что ряд характеристик не может быть оценено количественно (например, сложность программирования).