11.4 Советы



==782

Как следует действовать? Ниже даются некоторые рекомендации и разные pro et contra для широкого спектра вариантов чисто цифровых и смешанных проектов ²⁹ . Советы делятся на две группы: обсуждение используемых технологий и обсуждение типов проектов.

11.4.1 Обзор используемых технологий

Стандартная логика

Pro
Рабочий вариант, если надо быстро собрать простую схему и нужные компоненты уже имеются. В такой форме удобно использовать шинные формирователи, буферы, «обвязку» в виде одновентильной логики. Такие ИМС доступны в корпусах DIP, поэтому схемы удобно собирать на универсальных платах. Не требуют для разработки программного обеспечения.

Contra
Большие схемы в таком формате совершенно неподъёмны, требуется широкая складская номенклатура, негибкое решение [* недаром её зовут «жёсткая логика» ] .

Программируемая логика ( cPLD, FPGA )

Pro
Хорошая замена стандартной логике для цифровых проектов любой сложности. Уменьшают число корпусов, позволяют легко изменить прошивку, универсальны, недороги, не перегружают склад широкой номенклатурой. cPLD имеют более предсказуемые временные параметры и удобнее для размещения небольших проектов. FPGA лучше подходят для больших задач ( хотя небольшие FPGA тоже существуют ). Самый лучший вариант для быстрой параллельной логики и машин состояний. Хорошо подходят для критичных по времени задач ( коммуникационные протоколы ), битовых операций ( CRC, Viterbi ) и проектов с большим числом линий ввода-вывода. Проекты легко переносятся между разными семействами программируемой логики и переводятся в формат заказных микросхем.



==783



==784

Contra
Требуется большое время, чтобы освоиться с программными инструментами ( часто закрытыми ) и их стоимостью. ИМС выпускаются только в корпусах для поверхностного монтажа [* и всё чаще в безвыводных BGA и им подобных ] , т.е. для работы потребуется печатная плата, требуют переходников, адаптеров и т.п. дополнительного оборудования, которое стоит денег. Короткий жизненный цикл ( проблемы с поставками ).

Программируемая логика - методы разработки

Схемный ввод

Pro
Лёгкость изучения, понимания и объяснения коллегам ( особенно специалистам в схемотехнике ). Самодокументируемы, параллельные схемы рисуются параллельно, аналогичны графическим программным языкам ( GPL ) LabVIEW, MATLAB® и Simulink®.

Contra
Закрытые узкоспециализированные средства разработки, цена.

Языки описания аппаратуры ( Verilog, VHDL )

Pro
Естественная миграция для программистов, способных прейти на параллельное построение логики работы. Лаконичны и стандартизованы. Имеются бесплатные средства моделирования и компиляции, удобная итеративная модификация проекта. Подходят для переноса проекта на другое семейство программируемой логики или заказные кристаллы. Хороший инструмент для сложных проектов. Доступны сторонние программные блоки ( IP ).



==785

Contra
Время изучения, отсутствие схемной документации.

Микроконтроллеры ( см. Часть 15 )

Pro
Универсальные встраиваемые компьютеры. Идеальны для сложных машин состояний со множественными условиями переходов. Быстрое интерактивное создание и отладка ( в т.ч. внутрисхемная ) кода, набор внутренней периферии ( коммуникации ³⁰ , интерфейсы ³¹ , и прочее ³² ). Знакомые языки программирования ( C, C++ ), отлично подходят под задачи управления, включая интерфейс пользователя ( индикаторы, кнопки и т.п. ).

Contra
Медленнее, чем cPLD/FPGA, не так удобны на уровне отдельных битов, последовательный поток управления.

Программные инструменты для микроконтроллеров

Язык ассемблера

Pro
Позволяет оптимизировать код вручную, например, в обработчике прерывания.

Contra
Трудоёмкий, отсутствует контроль над ошибками, сложен для исправлений, непригоден для переноса на иное семейство процессоров.

Языки Си, C++

Pro
Стандартизованы и переносимы ( хотя требуют внесения исправлений, зависящих от архитектуры ), большое количество квалифицированных специалистов, структурные языки упрощают внесение изменений и модификацию, библиотеки общеупотребительных функций, хорошо подходят для сложных задач.

Contra
Компилированный код не всегда оптимален по объёму и скорости ( но можно делать ассемблерные вставки в критичных местах ), позволяют писать трудно понимаемый код, требуют набора программных инструментов ( некоторые дорогие, некоторые бесплатные ).

Прочее ( Basic, программные средства Arduino, Java, Python )

Pro
Простота понимания, низкий порог вхождения в тему.

Contra
Ограниченное число поддерживаемых контроллеров, невозможность переноса между разными семействами процессоров, несовместимость с большими проектами.

11.4.2 Оценки по типам проектов

Для начала, в любом профессиональном сообществе есть достаточное количество специалистов, работающих с микроконтроллерами . Причины очевидны: низкая цена, простота программирования и универсальность использования. Кроме микроконтроллеров среди профессионалов популярны следующие технологии.

Сектор высоких объёмов производства ³³

Здесь критична стоимость компонентов и скорость вывода результата на рынок. При больших объёмах можно сэкономить, используя заказные микросхемы специального применения ( ASIC ) и стандартные микросхемы специального назначения ( ASSP ). Время выхода на рынок можно сократить, используя вместо заказных ИМС FPGA. Высокие объёмы выпуска диктуют необходимость использования корпусов для поверхностного монтажа высокой плотности ( BGA и им подобные ), многослойные печатные платы и продвинутые технологии сборки.

Сектор сложных прототипов и небольших объёмов ³⁴

Здесь трудно использовать преимущества ASIC и корпусов высокой плотности, поэтому основными технологиями становятся cPLD и FPGA, микроконтроллеры, внешняя аппаратная периферия. По-прежнему используются технологии поверхностного монтажа и многослойные печатные платы ³⁵ .

Сектор лабораторного и уникального оборудования (“1-Off”) ³⁶

Здесь важно получить работающий прибор относительно быстро и иметь возможность быстро поправлять и дополнять схему. Удобнее всего макетные платы под монтаж в отверстия. Для них нужны соответствующие корпуса компонентов или переходники под SMT варианты ³⁷ . Такие платы ограничивают выбор стандартной логикой, скромным набором микроконтроллеров и совсем простыми PLD, плюс простыми аналоговыми компонентами ( ОУ и т.п. ). Задействовать FPGA в такой конфигурации можно, взяв какую-нибудь из отладочных плат таких компаний, как Digilent, DLP Design или Opal Kelly. Они выпускают как компактные варианты ( FPGA + ROM + USB + JTAG ), так и достаточно сложные модели с индикаторами, интерфейсом Ethernet и т.п. ³⁸ . Точно такие же отладочные комплекты выпускаются и под микроконтроллеры. Туда часто ставят PLD и добавляют участок обычной макетной платы под пять-десять дополнительных микросхем.



==786

Любительская деятельность ³⁹

Эти ребята стараются развлечься занедорого, используя отдельные микроконтроллеры или уже готовые отладочные платы ⁴⁰ . Бывают проекты под макетный монтаж и даже с расчётом на самостоятельное изготовление печатных плат ⁴¹ . В этой области удобнее всего использовать компоненты под монтаж в отверстия, а программируемую логику и микроконтроллер часто объединяют в отдельный узел [* а сейчас они всё чаще идут в виде единой микросхемы, которую, впрочем, всё равно полезно выделять в самостоятельный мезонинный модуль ] .



==786