СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 2010-5

программное управление контрастом, обеспечиваяавтоматическоеизменение режима работы дисплея в зависимости отосвещённостиилитемпературыокру жающей среды. Новые поколения 8 разрядных мик роконтроллеров превосходят своих предшественников по компактности упаковки периферии. Так, микросхемы PIC18F46J11 (МК общего назначения с объёмом флэш памяти до 64 Кб) при поставкахвкорпусахс28или44вывода мипредоставляютразработчикамтакие же возможностипериферии, которыми обычнорасполагаютМК, размещённые в 64 или 80 выводных корпусах. 32 РАЗРЯДНЫЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ Доопределённогомоменталидерство на рынке 32 разрядных МК сохраняли проприетарные архитектуры тройки лидеров–Renesas (SuperH), NEC (V850x) и Freescale (68K). Ситуацию изменило ядроARM7TDMI на основе архитектуры ARMv4T, которая «объединила» вокруг себя около трёх десятков производите лей, предлагающих рынку номенклату ру из двух сотен микроконтроллеров. Таким образом, появился стандарт «де факто». Унифицированная архитектура процессорного ядра позволяет если не снизить, то хотя бы замедлить рост рас ходов на приобретение инструмента рия разработчика, стандартных библи отек и драйверов и создание прог раммного обеспечения. По разным оценкам, на долю работ по созданию программного обеспечения в проектах встроенных системприходитсяот 50до 80% всех расходов. Однако ядро ARM7 было создано для расчётов, но никак не для управления в режиме реального времени. Ядро Cor tex M3 на основе архитектуры ARMv7, обеспечивающее детерминированную обработку прерываний, было создано в 2005 г. В числе пионеров его освоения следует назвать компании NXP и STMi croelectronics. В 2007 г. компания STMicroelectronics представила семейство микроконтрол леров STM32 на основе ядра ARM Cor tex M3, сочетающих высокуюпроизво дительность (1,25 MIPS/МГц), низкое энергопотреблениеиневысокуюдля та киххарактеристик стоимость. ЯдроCor tex M3 использует технологию преры ваний на основе контроллера вложен ных векторных прерываний (nested vector interrupt controller, NVIC), обес печивающуювозможность уменьшения времени задержки до шести тактовых циклов. Ядроот ARMподдерживает так же возможность «атомарных» операций с битами (модификация содержимого одного бита за одну операцию записи), предсказание ветвлений, умножение за один цикл и аппаратное деление. Всё это в сочетании с поддержкой един ственного набора инструкций Thumb 2 и обеспечило микроконтроллерам STMicroelectronics на основе ядра Cor tex M3 уникальное сочетание высокой производительности, высокойплотнос ти кода, низкого энергопотребления и возможности реализации технологии реального времени. Диапазон допустимых напряжений питания для новых микроконтролле ров составил 2,0…3,6 В, что позволяет создавать на их основе системы с бата рейным питанием, для работы с кото рымбыли также оптимизированычасы реального времени и генератор такто вых сигналов. Появившиеся микроко нтроллеры STM32 имели несколько ре жимов экономичного потребления. Ес ли говорить о производительности, то микросхемыSTM32 былина 30%произ водительнее своих аналогов на основе ядра ARM7TDMI, а при равной произ водительности былина 75%экономич нее. Набор инструкций Thumb 2 позво лял на 45% уменьшить объём кода при ложения. Всемействе STM32былипредложены: линейка Performance (Производитель ные) микроконтроллеров STM32F103 с рабочей тактовой частотой до 72 МГц, которая обеспечивала наивысшую про изводительность, и линейка Access (До ступные) микросхем STM32F101, кото рые, имея рабочую тактовую частоту до 36МГц, предлагалисьпоцене16 разряд ных приборов. При этом STM32F101 вдвое превосходили по производитель ностилучшие образцыпоследних. Мик роконтроллерылинейкиPerformanceна тактовой частоте 72 МГц при работе с флэш памятью демонстрировали по требление тока 36мАили 0,5мА/МГц. Микроконтроллеры из обеих линеек имели флэш память объёмом от 32K до 128K, но отличались максимальным объёмомSRAMинаборомпериферийных подсистем. В максимальной конфигура ции объём ОЗУ новых микроконтролле ровсоставлялдо20Кб,перифериявключа ладо2АЦП(12бит/1МГц),дотрёхпортов USART,подваинтерфейсаSPI(18МГц,mas ter/slave)иI 2 C,дотрёх16 разрядныхтайме ров. Высокие характеристики и разнооб разные возможностипримененияновых МК в таких разнородных приложениях, как системыпромышленнойавтоматики и медицинские диагностические прибо ры, включая портативные, определяются шестьюканаламипрямогодоступакпамя тииналичиемшестиканальноготаймера ШИМ для реализации векторных техно логийуправлениямоторами. Компания NXP после этапа сбора в своей номенклатуре линейки микро контроллеров на основе популярных ядерARM7иARM9 (в томчислеи за счёт приобретения у компанииSharpлиней кимикроконтроллеровBlueStreak) кна чалу 2009 г. подготовила семействомик роконтроллеров LPC1700 на базе ядра Cortex M3. Эти микросхемы с рабочей тактовой частотой до 100 МГц по быст родействиюна 28…64%опережалипри борыконкурентовна основе тогоже яд ра. В феврале 2010 г. компания NXP Semiconductors объявилаовыпускемик роконтроллеров LPC1769иLPC1759, ра ботающих на частоте 120МГц, которые на 54% опережали по производитель ностиизделияближайшихконкурентов и могли конкурировать с недорогим цифровым сигнальным процессорам. Что касается успехов компании NXP в части снижения энергопотребления микроконтроллеров на базе ядра Cor tex M3, тоеё семействоLPC1300, постро енное на основе ядра Cortex M3 второй версии, потребляет около 200мкA/МГц. По прогнозам фирмы Semicast Re searchs, архитектура ARM готова опе редить по популярности архитектуры Power и x86 на рынке 32 разрядных микроконтроллеров. Произойти это может к 2011 г. (см. рис. 4) в приложе ниях для автомобильной электроники и промышленных встраиваемых сис темах (включая медицинское прибо ростроение). Именно в этих рыночных сегментах микроконтроллеры/мик ропроцессоры на основе архитектуры ARMприменяются в больших объёмах, которые позволяют прогнозировать среднегодовой рост доходов от их про даж в 21% за период 2007 – 2013 гг. РЫНОК 10 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2010 Источник: Semicast Research (Апрель 2009) 2007 0 1 2 3 2008 2009 2010 2011 2012 2013 ARM MIPS Power x86 SH Доходы (млрд. долларов) Рис. 4. Прогноз роста доходов от продаж микроконтроллеров/процессоров для встроенных системоллера PIC18F87J90 © СТА-ПРЕСС