Современное состояние дел в области разработки встроенных систем требует быстрого выхода на рынок

Современное состояние дел в области разработки встроенных систем требует быстрого выхода на рынок. Потерянное время выливается в недополученную прибыль, или прямые убытки от конкурентов, которые занимают нишу и снимают сливки. Одним из оптимальных решений является анализ системы с разбивкой на программно-аппаратные модули и последующий их синтез и интеграция в единое целое.

Еще лет 10 назад классическим подходом при разработке устройств и встраиваемых систем было использование микроконтроллера и специализированных интегральных микросхем. В последнее время на рынке появились так называемые системы на кристалле (SoC), в которых «все в одном», что является одновременно их преимуществом и недостатком. Основные недостатки применения SoC - малая масштабируемость, гибкость и потребность в специфической среде разработки.

Под процессором здесь понимается микроконтроллер, микропроцессор, сигнальный процессор (DSP), а во сконфигурирован логике - CPLD или FPGA. Их комбинация определяется требованиями к скорости реакции системы, функциональному назначению и т.д..

Такая система позволяет создавать различные как внутренние так и внешние интерфейсы, расширять входы / выходы, эффективно распределять ресурсы системы. Часть задач может решаться как на аппаратном так и программном уровне поэтому встает задача анализа и разбиения системы на отдельные модули распределение функций между программной и аппаратной частью.

Такое деление ведет к тому, что система становится более похожей на многопроцессорную. Это позволяет изолировать программирования и описание аппаратуры, уменьшить размер кода для каждой части и ускорить разработку и улучшить качество.

При этом код становится менее зависим от аппаратуры, так как на сконфигурирован логике можно задавать стандартные интерфейсы для микроконтроллера, а специфика управления физическим устройством переносится из программы в модуль описания аппаратуры.

Процессоры и микросхемы сконфигурирован логики, как правило, принадлежат к определенным семействам и характеризуются взаимозаменяемостью на уровне монтажных элементов, но имеют разные внутренние функциональные блоки, размер памяти и т.п.. Так что при разработке системы, ее модернизации, развитии и совершенствовании отпадает необходимость в изменении всей аппаратной части. Например, при добавлении новых функций может возникнуть ситуация, что мало памяти, решается простой заменой процессора полностью совместимым.

Требуется понимание архитектором программных, аппаратных возможностей системы, их ограничений, знание прикладной части, основных алгоритмов, языков программирования и описания аппаратуры. Это накладывает определенные требования к такому человеку. Кроме того, если сделан анализ, то разработка отдельных узлов является достаточно тривиальной задачей, так как они изолированы и слабосвязанных.

На входной микроконтроллер приходит поток данных, например G-команды. Он делает расчеты и подает на CPLD такие сигналы - направление движения, инкремент. Формирование циклограмм происходит аппаратно, а процессор анализирует входящие данные и делает необходимые вычисления относительно вектора перемещения.

Данное устройство имеет дисплей для отображения информации, кнопки управления и слот для подключения модуля радиочастотного (RF) или проводной связи. Слот расширения может быть сконфигурирован для различной периферии с последовательной / параллельной шиной данных. Кроме того, CPLD позволяет увеличить количество входов / выходов и делает преобразование из последовательного интерфейса в параллельный для вывода на дисплей (жидкокристаллический, светодиодный сегментный или матричный).

В настоящее время довольно модно направление программно определенного радио, в частности, прямое преобразование как при приеме, так и при передаче (сигнал формируется непосредственно на радиочастоте). Вариант построения SDR изображено выше. Верхний диапазон частот зависит от параметров аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразователей. При относительно недорогих элементах можно перекрыть весь диапазон частот в пределах 0 .. 30 МГц. Модемная часть позволяет формировать сигнал как для аналогового, цифрового и гибридного радиосвязи; на фиксированных и разнесенных частотах, обеспечивает быстрый переход из одной частоты на другую, работу в режиме прыгающих частот (frequency hopping), что является основой таких технологий беспроводной связи как ZigBee, Bluetooth и подобных.

При постоянном усложнении устройств линейный рост размера кода ведет к тому, что при разработке увеличивается по экспоненциальному закону. В то же время современное развитие микроэлектроники, когда стоимость кремниевых чипов много порядков дешевле программное обеспечение, позволяет разбивать систему на слабо связанные между собой блоки и модули и создавать многопроцессорные системы, в которых код разделен на изолированные части. Такой дизайн и архитектура распределения кода, функций и бизнес логики между аппаратной и программной частью позволяет параллельно работать над алгоритмами, программным обеспечением и кодом, который описывает аппаратуру и электрическими схемами и электронными платами. В таком случае системный дизайн с звеном процессор-сконфигурирована логика является весьма эффективным решением при разработке как простых так и сложных встраиваемых систем.

Если взять мой собственный опыт, то 556РТ1 (PLA, а не PROM) это 25 лет назад (а раньше я и не проектировал ничего «такого») .15 лет назад - это EP220, EP610, EP910 (PLDshell / PLDASM), 13 лет - EPF8282 (MAX + II v7.0, AHDL). «Процессором» при них были i87C51FA, но это не очень важно.Причем я далеко не первый, кто в Киеве начал использовать как PLD, так и FPGA, я за них взялся, когда в «КМ-техно» их по составу можно было пару штук взять.

Коллеги, давайте отделом мух от котлет (прошу прощения за случайный каламбур).Разработка программного обеспечения всего Лишь часть усилий в разработке конечного продукта. Есть спектр задач, Которые лучше (проще, дешевле, быстрее) решать FPGA / CPLD / ASIC, и есть задачи, Которые лучше решить программно. Решение определяется кучею внешних и внутренних по отношения к проекту факторов. Вроде бы уже все согласились что это так. О чем разговор? Просто хочется поговорить о том, что лучше выносом в железо? Андрей, напишите Еще одну статью - о задачах, Которые удобно решать на FPGA и о методах демаркациы по функциональ:) Превратим Developers у украинскую версию Electronix!

Само поэтому необходимо подходить к разработке ПО для милкосерийногодиночного виробництва, как к массового продукта (технология разработки ПО - это тоже продукт, например ПО типу Builder-а для FPGA или ПЛМ). Эта песня об уникальности разработок уже давно надоела. На самом деле вся уникальность сводится на 90% до управления приводами: разогнать, зупинниты, вернуть на заданной градус и т.д. Или цифровые фильтре, энкодеры, частотомеры, контура регулирования, где с 20 типовых задач. Так, если Ви сделаете программу уникально, ну на 30% программа будет делать дольше, например не 100 мкс, а130 мкс. Вряд для несерийных разработок, кроме научных или вийскових это имеет значение.

весьма сомнителен, нужно делать оценку по BOM, development effort + team composition, support, production, marketing и т.д.Вцелом, Андрею + за то, что пытается продвинуть HW идеи на developers, пусть и несколько неуклюже;)

Почему не взять CPU Который умеет работать с дисплеями? Видимо вы здесь повесил FPGA на шину процессора, таким образом сымитировав недостающую периферию.ИМХО, применение программируемой логики весьма ограничено и широкого распространения оно не может получить уже лет 10. Хотя есть задачи где без нее совсем никак.