’Proiectare separată, integrare fără probleme’: dezvoltare rapidă cu controlere de semnal digital cu nucleu dual pentru echipele de ingineri proiectanți

11 APRILIE 2021

Inginerii de astăzi sunt adesea supuși unor provocări de a dezvolta proiecte din ce în ce mai complexe, dar încadrându-se în termene mai reduse. Cerințele pentru produse care includ caracteristici de siguranță funcțională sau capabilități de comunicație sofisticate aduc în proiect un plus de complexitate și noi provocări. Uneori, aceste provocări sunt complicate și de dispersarea geografică a inginerilor disponibili pentru a lucra la un proiect particular.

De exemplu, o echipă de proiect pentru realizarea unui convertor actual pentru industria auto, ar putea fi compusă din dezvoltatori de firmware pentru surse de tensiune dintr-un anume loc sau țară și dezvoltatori de firmware pentru pachete de comunicații dintr-un alt loc sau dintr-o altă țară. Integrarea programului dezvoltat în multiple locații în același microcontroler poate crește riscul asupra depășirii timpului alocat datorită interacțiunii complexe dintre programele firmware proiectate separat.

Lansarea familiei DSC cu nucleu dual

Dezvoltatorii de sisteme care proiectează aplicații finale de control embedded cu multiple echipe software pot beneficia acum de noua familie de controlere de semnal digital (DSC) cu nucleu dual într-un singur cip, ce permite integrarea mai simplă de software. dsPIC33CH de la Microchip Technology are un nucleu proiectat pentru a funcționa ca Master, în vreme ce al doilea nucleu funcționează ca Slave. În această arhitectură master-slave, nucleul slave poate fi utilizat pentru a executa programe de control dedicate, critice din punct de vedere temporal, în vreme ce nucleul master este ocupat cu rularea de funcții la nivel de sistem, incluzând interfețe cu utilizatorul (UIuser interface), monitorizare și comunicații, particularizate pentru aplicațiile finale.

dsPIC33CH este proiectat pentru a facilita dezvoltarea independentă de programe pentru fiecare nucleu de către echipe de dezvoltare separate – dar, mai târziu, să permită integrarea fără probleme, atunci când sunt aduse împreună pe un același cip. Cele două nuclee independente ale sale simplifică dezvoltarea de firmware, permițând o abordare de dezvoltare software multi-echipe, cu două fluxuri de lucru operând în paralel. Buclele de control critice temporal pot fi separate de funcții precum UI, monitorizare și diagnosticare și comunicații. Acest lucru conduce la creșterea vitezei procesului de dezvoltare, permițând optimizarea individuală și eficientă a fiecărui program pe nucleul său, cu o interacțiune minimă între cele două nuclee, simplificând procesul de depanare.

Aplicații ideale

Familia dsPIC33CH este optimizată pentru aplicații de putere digitală de înaltă performanță, control motoare și aplicații embedded, care necesită algoritmi sofisticați. Aplicațiile tipice de putere pentru acest controler cu nucleu dublu includ încărcare wireless, surse de tensiune pentru servere, convertoare DC-DC, încărcătoare și invertoare. Familia este, de asemenea, cunoscută pentru controlul motoarelor pentru pompe, ventilatoare, drone, robotică, unelte de putere și electrocasnice. Fiind controlere de semnal digital de înaltă performanță, aceste dispozitive excelează atunci când sunt utilizate în cazul senzorilor în industria auto, în automatizare și control industrial, precum și în cazul echipamentelor de diagnostic medical. Bucurându-se de avantajul a două nuclee de microcontroler pe aceeași pastilă de siliciu, familia poate oferi performanțele solicitate de gateway-uri și procesoare centrale pentru aplicații IoT.

De exemplu, într-o sursă de tensiune digitală, nucleul slave gestionează algoritmii matematici puternici, închizând bucla de control în firmware prin rularea unor algoritmi compensatori cu latență critică, în vreme ce nucleul master gestionează independent pachetul de protocol PMBus™ și oferă funcții de monitorizare de sistem, crescând performanțele globale ale sistemului, precum și reacția sa.

Într-o aplicație auto de ventilație, pompă sau alt tip de control al motoarelor, nucleul slave poate fi dedicat să execute controlul de viteză și cuplu, critice din punct de vedere al timpului, în vreme ce nucleul master rulează rutine de siguranță funcțională și gestionează pachetul CAN-FD (Controller Area Network Flexible Data-Rate) pentru comunicații robuste, precum și alte funcții la nivel de sistem, inclusiv monitorizare și diagnosticare.

Și în alte aplicații integrate de înaltă performanță, precum senzori electronici utilizați în sisteme auto sau IoT, nucleul slave accelerează funcțiile de matematică intensivă, precum filtrarea DSP a intrărilor senzoriale, în vreme ce nucleul master facilitează siguranța în funcționare și toleranța la erori în aplicații critice din punct de vedere al siguranței pentru utilizatori.

Performanțe ridicate

Nucleul master are de la 64 la 128 Kilobaiți de memorie program flash, cu ECC și 16KB RAM, în vreme ce nucleul slave dispune de 24KB de memorie program RAM, cu ECC și 4KB de memorie de date RAM. Viteza nucleului pentru master este de 90 MIPS la 180MHz, iar cea a nucleului slave este de 100 MIPS la 200MHz. Suplimentar, ambele subsisteme de procesoare au propriile lor controlere de întrerupere, generatoare de ceas, porți logice, multiplexoare de intrare/ieșire și PPS. Dispozitivul este efectiv echivalentul a două DSC-uri complete pe o singură pastilă de siliciu!

Cele două nuclee lucrează împreună fără probleme, activând algoritmi avansați pentru îmbunătățirea eficienței și reacției. Suplimentar, fiecare dintre noile nuclee din dispozitivele dsPIC33CH au fost proiectate pentru a livra mai multă performanță decât nucleele curente ale DCS-urilor dsPIC, prin mai mulți regiștri selectați în funcție de context pentru a îmbunătăți reacția la întreruperi, noi instrucțiuni pentru a accelera performanțele DSP (procesor de semnal digital) și o mai rapidă executare a instrucțiunilor. Într-un calcul al performanțelor critice utilizat în numeroase surse de alimentare, noul controler obține performanțe de nucleu de aproape două ori mai rapide față de generația anterioară – cu latențe de 280ns, comparativ cu 543ns.

Un alt avantaj cheie al distribuirii sarcinii de procesare pe două nuclee DSC într-un singur dispozitiv este abilitatea de a obține o mai mare densitate de putere prin frecvențe de comutație mai ridicate (mai mult de 2MHz, prin comparație cu, aproximativ, 1MHz pentru un controler cu un sigur nucleu), ceea ce poate conduce la componente mai mici.

Actualizarea în timp real a sistemelor permite firmware-ului să fie upgradat cu zero timpi de oprire, ceea ce este în special important în sistemele de mare disponibilitate, precum sursele de tensiune pentru servere. Suplimentar, arhitectura dsPIC33CH permite celor două nuclee să fie programate pentru a se monitoriza unul pe celălalt din motive de siguranță funcțională, facilitând proiectarea unor sisteme robuste.

Pentru a reduce costurile sistemelor și dimensiunea de placă necesară, perifericele tipice avansate disponibile pe fiecare nucleu includ convertoare analog-digitale de viteză ridicată (ADC), convertoare digital-analogice (DAC) cu generare de forme de undă, comparatoare analogice, amplificatoare analogice cu câștig programabil și semnale PWM (modulare în lățimea pulsului) de înaltă rezoluție cu o rezoluție de 250 ps. Beneficiind de până la 12 canale PWM, controlerul este foarte potrivit pentru surse de tensiune neîntreruptibile (UPS), convertoare DC/DC și surse de tensiune AC/DC.

Dispozitivele din familia dsPIC33CH sunt primele controlere de semnal digital de la Microchip cu nucleu dual pe 16-biți și oferă o integrare fără precedent în capsule mici, de până la 5 mm × 5 mm. Aceste DSC-uri sunt primele dsPIC33-uri capabile de gestiona CAN-FD pentru comunicație robustă, cu o lățime de bandă crescută. Dispozitivele sunt disponibile în opt variante de încapsulare și suportă ecosistemul de dezvoltare MPLAB® de la Microchip, inclusiv mediul de dezvoltare integrat MPLAB X (IDE) gratuit, descărcabil și premiat, precum și configuratorul de cod MPLAB.

Concluzie

dsPIC33CH de la Microchip este optimizat pentru aplicații de control embedded în timp real de înaltă performanță și critice din punct de vedere al timpului. Familia dsPIC33CH permite proiectarea separată a programelor și integrarea fără probleme, reducând în același timp costul și dimensiunile sistemului.


Autor: Tom Spohrer
Microchip Technology   |    https://www.microchip.com

Sigla-Microchip

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

  • Folosim datele dumneavoastră cu caracter personal NUMAI pentru a răspunde comentariilor/solicitărilor dumneavoastră.
  • Pentru a primi raspunsuri adecvate solicitărilor dumneavoastră, este posibil să transferăm adresa de email și numele dumneavoastră către autorul articolului.
  • Pentru mai multe informații privind politica noastră de confidențialitate și de prelucrare a datelor cu caracter personal, accesați link-ul Politica de prelucrare a datelor (GDPR) si Cookie-uri.
  • Dacă aveți întrebări sau nelămuriri cu privire la modul în care noi prelucrăm datele dumneavoastră cu caracter personal, puteți contacta responsabilul nostru cu protecția datelor la adresa de email: gdpr@esp2000.ro
  • Abonați-vă la newsletter-ul revistei noastre