СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 2011-8

Встроенные системы на основе про граммируемых вычислительных плат форм превращаются в основу систем управления разнообразным оборудо ванием (промышленным, военным, медицинским, торговым и т.д.). Неко торые специалисты в последнее время выделяют среди встроенных систем так называемые deeply embedded sys tems (глубоко встраиваемые системы, ГВС), реализованные на микрокон троллерах (МК). В числе наиболее критичных параметров для «глубоко встраиваемых» приложений – энерго потребление, т.к. источниками пита ния в них часто выступают батарей ные системы. Если энергия для работы систем та кого класса поступает не от источ ников с ограниченными ресурсами, экономичность энергопотребления должна обеспечиваться на уровне, поз воляющем работать без активных сис тем охлаждения и существенного по вышения температуры оборудования, управляемого этой встроенной сис темой. Последнее требование опре ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 28 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2011 деляется не только соображениями надёжности и минимизации набора комплектующих, но и обеспечением комфортной работы с оборудованием, значительная часть которого продаёт ся на потребительском рынке. Первоначальные представления о возможных платформах для построе ния ГВС связывались с МК малой раз рядности (в первую очередь 8 разряд ными), однако сегодня в конкуренцию за этот рынок вступили и 32 разряд ные микроконтроллеры. Такие МК всё чаще становятся более дешёвыми и бо лее компактными конкурентами 8 и 16 разрядных приборов при более вы сокой производительности. В ОЗМОЖНОСТИ 32 РАЗРЯДНЫХ ПЛАТФОРМ Заговорить о 32 разрядных плат формах для ГВС позволило появление новых технологических процессов микроэлектроники и использование системных подходов к реализации ре жимов энергосбережения. Для нагляд ностиможно привести сравнение трёх МК, которые могут использоваться в системах на основе батарейного пи тания (см. таблицу 1). Если говорить о практических при мерах того, что позволяют технологии производства, то 32 разрядное ядро ARM Cortex M0, реализованное на ос нове технологическогопроцесса с про ектной нормой 0,18 мкм, демонстри рует энергопотребление 85 мкВт/МГц, тогда как использование технологии с проектнойнормой0,065мкмпозволяет довестиэтот показатель до12мкВт/МГц при сопоставимых условиях работы (по данным компании ARM). Что же касается режимов и техноло гий энергосбережения, то у каждого из лидеров микроконтроллерного рынка есть свои «изюминки» в этой области, которые иногда имеют броские мар кетинговые названия (вроде picoPower Technology компании Atmel или na noWatt/nanoWatt XLP компании Mic rochip Technology) или не имеют тако вых (пятиуровневая система энерго бережения микроконтроллеров EFM32 Gecko норвежской компании стар тапа Energy Micro AS), но позволяют добиваться конкурентоспособных по казателей 32 разрядных микрокон троллеров по сравнению с микрокон троллерамименьшей разрядности (см. таблицу 2). Данные, приведённые в таблице 2, мо гут не учитывать новинки соперников, например, микроконтроллер LPC1700 с энергопотреблением 190 мкВт/MГц (ИС произведены по технологии с про ектнойнормой140нм), которыйкомпа ния NXP сконструировала на базе ядра Cortex M3, или не рассматривать более полный набор типичных приложений. Но, тем не менее: ● у каждого из поставщиков 32 разряд ныхМКестьособенностивтехнологи ях энергоэффективности, базирую щиесякакнаобщихпринципахвроде раздельноготактированияподсистем микроконтроллеров (ядра, внутрен нихшиниотдельныхпериферийных подсистем), так и на патентованных решениях (технология Peripheral Re flex System, которая позволяет пери Таблица 1. Сравнение некоторых характеристик 16 и 32 разрядных МК, рекомендуемых для создания систем с батарейным питанием Таблица 2. Сравнение потребления тока различными МК (по данным компании Energy Micro AS) Масштабирование встроенных систем: платформы для приложений класса deeply embedded Пётр Павлов (Москва) Статья посвящена обзору аппаратных платформ и микроконтроллеров, разработанных для автономных систем. Характеристики MSP430F2617TPMR STM32F103CBT6 DF38099FP10V Разрядность, бит 16 32 16 Тактовая частота, МГц 16 72 10 Объём флэш памяти, Кб 92 128 128 Объём ОЗУ, Кб 8 20 4 Габариты, мм 10 × 10 7 × 7 14 × 14 Цена (DigiKey, 2011 г.) $8,047 $4,992 $11,97 Микроконтроллер Разрядность Архитектура Потребляемый ток, мкА, при напряжении питания 3 В и рабочей частоте 1 МГц EFM32G890F128 32 Cortex M3 195 MSP460F51x 16 MSP430 220 C8051F93x 8 8051 360 LPC1343 32 Cortex M3 330 LPC11xx 32 Cortex M0 250 STM32F101x8 32 Cortex M3 900 PIC24F16KA102 16 PIC18 370 ATmegaA1 8 AVR 790 © СТА-ПРЕСС