`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Андрей Зубинский

«Горячие» продукты 2014 года по версии EDN – 2

+88
голосов

Цифровые технологии (которые всё равно в своей основе глубоко и сугубо аналоговые) существенно проще аналоговых на уровне компоновки нового из существующего. Так что той изящной, на уровне искусства, новизны в них нет и быть не может. Это суровый мир гиперрациональной инженерии. И всё же в нём есть место интересному. Более чем достаточно места.
Далее я позволю себе немного скорректировать мнение безусловно опытнейших экспертов EDN, причину этой коррекции детально поясню, но заранее извиняюсь перед всеми «потерпевшими» от такой наглости.

И, прежде чем перейти к сути – небольшое отступление «по теме». Помните, недавно успешно завершился уникальный проект посадки на комету? Посадочный модуль Philae, который безукоризненно справился с уникальной задачей, управлялся всего… двумя 8MHz 16-битовыми процессорами Harris RTX2010, радиационно-стойкими аппаратными стековыми машинами, ПО для которых пишется на языке FORTH (о нём уже мало кто слышал). Никаких супермощностей, ничего «особенного». Всего бортовую аппаратуру Philae обслуживали 10 таких процессоров и ещё пара восьмибитовых микроконтроллеров знаменитой архитектуры I8031 (тоже радиационно-стойких, конечно). Это я к тому, что всякому устройству при грамотном проектировании находится применение. Так что всё новое без добавки этого самого грамотного проектирования – пустое место.

А теперь – к делу.

В списке номинантов EDN в разделе, близком уму любого занятого в IT специалиста, «микропроцессоры и микроконтроллеры», перечислены прекрасные компании, имена которых более чем хорошо знакомы специалистам и почти не известны потребителям конечной продукции. В прошлом году ещё было не так. Вот и первое важное наблюдение – несмотря на hype, IoT (Internet of Things), сказывается на индустрии. Хоть бы и на номинациях в индустрии. Потому что тотальная миграция «невидимых» в «передовые» – это и есть подтверждение роста популярности ubiquitous computing и IoT.

Analog Devices даёт в распоряжение конструкторам 2015 года очередные цифровые сигнальные процессоры (DSP) семейства Blackfin. И в очередной раз вдребезги разбивает некогда модный тезис «DSP мертвы» (DSP – цифровой сигнальный процессор). Много говорить об этих специфических системах на кристалле не буду, упомяну только две впечатливших меня лично характеристики. Соотношение производительность/потребляемая мощность у ADSP-BF70x доходит до 800 MMACS при потреблении всего 0,1 ватта (MMACS - миллионы в секунду традиционных для DSP операций – умножения двух операндов и сложения результата с третьим, всё это считается одной операцией). Это очень много при очень маленьком потреблении, очень, почти в два раза выше лучших показателей. Ну и, конечно, невозможно не заметить целого мегабайта статической памяти, интегрированной на кристалле некоторых моделей в семействе ADSP-BF70x. Это тоже очень большая цифра, речь идёт не о динамическом ОЗУ, статическая память очень быстрая, сложная и может хранить содержимое без подачи тактовой частоты и без необходимой и обязательной процедуры регенерации содержимого ячеек. Первая потенциальная область востребованности ADSP-BF70x уже известна – автомобильные системы безопасности, в первую очередь, видеосенсоры, «высматривающие» препятствия и пешеходов на дороге, эти сенсоры и сопутствующие им подсистемы уже становятся нормой в автомобилях среднего класса. Ну, а до чего додумаются конструкторы и где мы обнаружим в конце следующего года эти DSP – даже гадать трудно, увидим.

Список из 11 «горячих новинок» не особо тщательно скрывает компанию ARM, которой непосредственно в нём нет. Потому что 5 из 11 «призёров» основаны на IP (лицензированной интеллектуальной собственности) ARM. В «ARM-мире» у каждого производителя – свои особенности и достоинства.

  • Freescale отмечена за самые маленькие ARM-микроконтроллеры, с размером микросхемы всего 1,6×2,0 миллиметра (Kinetis KL03, ядро ARM Cortex M0).
  • NXP Semiconductor – за расширенный рабочий температурный диапазон основанных на том же Cortex M0 целом семействе микроконтроллеров LPC11E6x (работоспособны до 105 градусов Цельсия).
  • Известная всем «самодельщикам» мира Atmel – за более мощное, на ядре ARM Cortex M4 с сопроцессором плавающей точки семейство SAM G, в котором конструкторы Atmel умудрились добиться очень низкого для микроконтроллеров такого класса энергопотребления (100 микроампер на каждый мегагерц тактовой частоты) и малых размеров корпуса микросхемы (3×3 миллиметра).
  • И, наконец, STMicroelectronics, с семейством STM32 F0 (опять очень удачное ядро ARM Cortex M0) – за функциональную насыщенность микроконтроллеров и за упрощение жизни разработчиков конечных продуктов на них (например, за встроенный USB-контроллер, не требующий внешнего стабилизирующего частоту кварцевого резонатора).

«ARM-сектор» отражает принятую в индустрии систему оценок, и «горячесть» продуктов в нём вовсе не означает что-то очень уж революционное. Почти безупречная иллюстрация известного высказывания «все предприниматели делают одно и то же, но каждый делает это по-своему». Все перечисленные микросхемы, безусловно, будут очень востребованы и их можно будет отыскать в чём угодно, вовсе не «компьютерном» или особо «умном» (возможно, например, в обычных батарейных электроотвёртках, чуть позже поясню это «возможно»). Замечательно, что они есть, уровни цен на них просто прекрасные, но вот сказать, чтобы это было особо интересно – не скажешь. Просто если в задаче нужен 32-битовый микроконтроллер, выбирать есть из чего, и это чудесно.

И тут наступило время для большой неожиданности. Который год подряд ведутся разговоры, что встраиваемые машины (микроконтроллеры) какой-то разрядности «умирают». То «умирали» 8-битовые, то 16-битовые. И, вообще, всё, разрядность чего меньше 32 битов – оно унылое никому не нужное старьё, и в следующем году 32-битовым будет всё, что не 64-битовое уже в этом. С реальностью всё это имеет не очень много общего, и ни один инженер в здравом уме ни за что не использует 32-битовый микроконтроллер там, где и 8-битового много. Так что всё занимает свои ниши, и границы этих ниш который уже год не сильно меняются.

Разве что наступление дешёвых 32-битовых «просто микроконтроллеров» (с совершенно «стандартным» набором периферийных узлов на кристалле) вызвало очень интересную реакцию производителей ставших классикой 8-битовых семейств. Реакцию абсолютно неожиданную и яркую. Эксперты EDN отметили «горячим продуктом» PIC16F170X производства Microchip, безусловно замечательные микроконтроллеры, но явно уже во время подготовки рейтинга EDN Microchip выпустила настоящую 8-битовую «бомбу», которой я с полной ответственностью заменяю прекрасные PIC16F170X. Итак, по моей персонально версии продукта года в сегменте 8-битовых микроконтроллеров, – PIC16F161X. Абсолютно невероятная «машинка» получилась у конструкторов Microchip. Когда-то я писал об алгоритмах всех времён и народов, и в списке был «самый-самый» алгоритм PID – пропорционально-интегрально-дифференциально регулятора. Сейчас расписывать что это не буду (кому интересно – посмотрит), о важности же скажу просто – мы сами являемся колоссальным набором автоматических систем, и мир созданных нами артефактов без автоматического регулирования – это мир примитивного ручного труда и «удобств на дворе» (вспомните, что промышленная революция по сути началась с регулятора Уатта). Так вот, алгоритм, реализующий PID-регулятор, назвать «страшным» трудно. Но любое программное овеществление алгоритма требует времени для исполнения. А так как регулятор – устройство, задействованное в контуре управления и работающее непрерывно, то временные задержки на исполнение программы PID-регулятора ограничивают возможности всего контура в целом. В Microchip решили проблему радикально и встроили в PIC16F161X аппаратный 16-битовый вычислитель с 35-битовым результатом, реализующий алгоритм PID-регулятора (время вычисления одного цикла PID при тактовой частоте 16 MHz – 1,75 микросекунд). Причём сделали его периферийным устройством, аналогичным прочим, которые могут работать независимо от процессора микроконтроллера (даже когда процессор введен в режим «сна»). А для замыкания контура регулирования с внешним миром буквально «напичкали» PIC16F161X такой же независимой периферией и механизмами связывания периферийных модулей. Для прецизионного измерения временных интервалов между событиями (или частот, периодов, чего угодно) – два независимых 24-битовых «таймера измерения сигналов» (SMT). Для определения момента времени, в который наблюдаемое на каком-то из входов напряжение станет нулевым – «детектор прохождения через ноль» (ZCD). Для мгновенного пересчёта данных от датчиков угла поворота (например, в электродвигателях или системах зажигания) – отдельный угловой таймер (AngTMR). Для формирования необходимых сигналов управления всевозможными мостовыми схемами – генератор комплементарных сигналов. Отдельными периферийными модулями реализованы развитые подсистемы обеспечения надёжности: аппаратного контроля целостности памяти программ и даже буферных областей памяти периферии (прозрачное сканирование и подсчёт контрольных сумм, это необходимо для создания продуктов, соответствующих требованиям стандартов безопасности Class B и UL), «оконный» сторожевой таймер и целых три таймера контроля периодических внешних событий (например, на пропадание периодичности). Естественно, всё обязательное для микроконтроллеров в PIC16F161X также есть – аналого-цифровой и цифро-аналоговый преобразователи, два встроенных операционных усилителя, два аппаратных канала формирования PWM-сигналов (широтно-импульсной модуляции), все традиционные виды последовательных каналов обмена данными (UART, I2C, SPI). Ну и для полноты картины – 2 вывода микроконтроллера обладают увеличенной нагрузочной способностью (100 миллиампер), назначение всех цифровых выводов можно изменять программно (это даёт дополнительную свободу разработчикам печатных плат), и «перед» внутренней логикой микроконтроллера можно «собирать» из маленькой встроенной логической программируемой матрицы что-то необходимое, чего готового в микроконтроллере нет. Энергопотребление у этих контроллеров остаётся недостижимым для 32-битовых конкурентов (29 микроампер на мегагерц тактовой частоты). Совершенно фантастический по оснащённости 8-битовый «звездолёт» получился у Microchip, весьма простой в освоении и дешёвый (стоимость младших моделей семейства начинается с 53 центов в партиях). Так что во всевозможных массовых изделиях, очень требовательных к цене, скорости разработки и простоте реализации, эти контроллеры серьёзно поспорят с универсальными 32-битовыми. Да и просто это очень красивые функционально насыщенные машины.

Если PIC16 от Microchip – это то, что называется white goods, а также автомобильные и промышленные применения, то второй 8-битовый номинант от Lapis Semiconductor нацелен на сегменты рынка, где от устройств требуется синтез речи (от говорящих игрушек до сигнализаций, систем управления умным домом etc). Ключевыми периферийными узлами микроконтроллера ML610Q304 являются синтезатор речи и усилитель звуковых частот (с выходной мощностью до 1 ватта). Тот самый, который обеспечивает «чтобы музыка играла». Он выполнен на одном кристалле с исключительно энергоэффективной цифровой частью (сверхнизкое потребление – «конёк» Lapis Semi) и сам является по сути цифровым. В общем, гибрид управляющей машины с интерфейсами для подключения датчиков, собственно процессор, для не таких уж и простых программ обработки данных от датчиков, свободно программируемый цифровой синтезатор речи с усилителем звука, и всё это с мизерным энергопотреблением, для устройств с батарейным питанием. Ожидаем с середины 2015 года волны простых «говорящих», точнее, «сообщающих о себе голосом», продуктов.

Продукция Texas Instruments отмечена сразу двумя позициями в списке, представители семейств микроконтроллеров C2000 Piccolo и MSP430. Многословия тут вообще не надо – продукция TI это продукция TI, и этим всё сказано. Есть смысл разве что сказать о другом – TI в 2014 году продемонстрировала невероятные результаты «устойчивости» своего бизнеса и умения развивать его в любых условиях, в том числе и плохо предсказуемого, с неожиданными изменениями спроса, рынка. Ещё в августе большинство производителей полупроводников столкнулись с проблемами (трудно говорить об их причинах, но, возможно, сказывается нестабильность китайского рынка), и каждый справляется с ними по-своему, это целая детективно-образовательная история, в которой поведение TI можно считать эталонным. Удивительная компания, древняя по меркам индустрии (с неё фактически начиналось всё полупроводниковое), и с каждым годом только набирающая силы.

И, наконец, самый экзотический номинант EDN - xCORE-XA компании XMOS. Тут нужна даже некоторая преамбула. В мире встраиваемых систем «новичков» не очень жалуют. Не из-за какой-то «закорузлости», вовсе не поэтому. Каждая новая процессорная архитектура – новые неизвестные ошибки в реализациях, инструментальных средствах, новых библиотеках. А область применения требует очень высокой надёжности, в том числе и регламентированной международными стандартами. «Игра в новое» – всегда повышенные риски (agile процессы в этой области не работают, отказавшие тормоза в вашем автомобиле очень трудно объяснить страницей 404 с весёлым котиком и рассылкой email «не волнуйтесь, мы сейчас всё исправим») плюс увеличенное время разработки (надо же это новое освоить до соответствующего уровня) плюс сильно возросшие расходы на проектирование (это же материальные продукты, для них требуются очень дорогие аппаратные эмуляторы, специализированные средства отладки, разработанные «под задачу» специфические временные инструментальные средства). Поэтому наблюдать за судьбой пробивающихся «новичков» всегда интересно. XMOS – одна из таких компаний, ещё и специализирующаяся на «многоядерных» встраиваемых машинах. Их xCORE-XA – гибрид одного уже хорошо известного в embedded ARM-ядра (Cortex M3) и восьми собственных 32-битовых ядер xCORE. Очень интересная машина на кристалле с серьёзной инструментальной поддержкой, опасный враг традиционных DSP и мощных встраиваемых процессоров, позволяющий аппаратно и полноценно распараллелить выполнение до девяти задач, при этом оптимизировать энергопотребление.

Общая картина, надеюсь, понятна. ARM за счёт компактности реализации очень удачного процессора Cortex M0 покоряет сердца разработчиков. Но производители завершённых микросхем с этим ядром не очень спешат «напичкивать» свои продукты сверхбогатым набором периферии, потому что ещё длится период адаптации индустрии к новому (да, он ещё длится, так всё медленно). 32-битовые «просто микроконтроллеры» ARM медленно, но уверенно «расползаются» по устройствам за счёт низкой цены, малой площади микросхемы, хорошей инструментальной поддержки и богатого спектра предложений. Производители фактически ставших классикой 8-битовых архитектур, напротив, идут по пути развития периферии, максимально соответствующей классу задач. DSP не умерли, они просто используются там, где они реально нужны (разве что область применения сужается за счёт роста производительности классических процессоров и аппаратных акселераторов «под задачу»). Многоядерные архитектуры пробивают себе дорогу во встраиваемые приложения, но этот процесс далеко не такой быстрый и простой, как может показаться, это надолго. И смешно, и странно, но в общей картине рассмотреть что-то новое невозможно, то же самое можно было написать и 5 лет назад. Это индустрия, она такая, в ней быстро только маркетинговые материалы делаются (и то, если хорошие – быстро тоже не получается). И это очень даже неплохо.

Откланиваюсь

+88
голосов

Напечатать Отправить другу

Читайте также

Нет картинок :(

Хотелось бы увидеть продолжение "Микроконтроллеры и embedded вообще".

будет и продолжение, будет, но в формате статей, в блог оно "не лезет", очень трудно дробить на кусочки

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT