| (812) 466-54-20 / |
Применение контроллеровПоявление новых серий микропроцессоров и микроконтроллеров позволяет существенно уменьшить габариты, вес, потребляемую мощность, стоимость современных электронных устройств. Так, например, электроника современного промышленного компьютера на базе процессора Cortex-A8 (ARM) 600-1000МГц содержит в своем составе быстродействующие видео контроллеры, звуковые устройства, ОЗУ от 600Мбайт, флеш память от 1Гбайт, и т.д., при размере платы 90х96 мм. Современный промышленный контроллер при габарите платы 90х96 мм имеет от 10 до 24 каналов АЦП, 7-10 таймеров, от одного до трех блоков обработки и формирования импульсных сигналов, сетевой CAN-интерфейс или 2 последовательных канала 232/485, от 40 до 80 дискретных линий ввода-вывода, RISC-процессор с временем выполнения команды 20-150 нс. Однако использование современных компонентов и обеспечение необходимого качества готовой продукции возможно только при использовании новых технологий сборки и тестирования. Например, современный корпус микросхемы типа PBGA на 515 выводов (14x14мм) имеет диаметр вывода 0,3 мм и расстояние 0,5 мм между выводами. Распаять качественно вручную подобные изделия без применения специального оборудования практически невозможно. Применение готовых модулей, изготовленных в соответствующих стандартах (в этом случае поддержка осуществляется сразу несколькими производителями), позволяет разработчикам существенно сократить срок разработки электронных систем, обеспечивает их быстрый ремонт и модернизацию. ООО "КАСКОД-ЭЛЕКТРО" предлагает широкий выбор компьютерных модулей, которые можно представить в виде трех основных групп:
Промышленные ARM компьютеры-контроллеры в стандарте PC/104 имеют малые габариты, возможность непосредственного запуска программ из ПЗУ, низкое потребление энергии, отсутствие принудительного охлаждения. Эта особенность позволяет использовать их в качестве универсальных программируемых контроллеров работающих в жестких условиях эксплуатации. Промышленные PC компьютеры в стандарте PC/104 обладают возможностью запуска программ в ОЗУ, с помощью их перезагрузки из ПЗУ, что также позволяет использовать PC компьютеры в качестве универсальных программируемых контроллеров. Основным достоинством при использовании подобных устройств является использование хорошо известного программного обеспечения, т.е. фактически во время разработки пользователь может использовать типовую операционную систему обычного PC-компьютера, а также языки высокого уровня (СИ++, СИ,Форт, Паскаль, Бейсик и т.д.). После завершения процесса разработки и отладки готовая программа прожигается во флеш ПЗУ, которое установлено на плате компьютера, с помощью средств, находящихся на этой же плате. После прожига программы в ПЗУ, во время включения питания, стартовый загрузчик процессора перекачивает ядро операционной системы и разработанную программу из ПЗУ в ОЗУ и передает на нее управление. Процесс разработки и отладки системы при использовании готовых модулей ввода-вывода и языков высокого уровня может составить всего несколько часов. Наибольший выигрыш от применения компьютерных модулей разработчик получает в системах, использующих накопители большой емкости (винчестеры, карты PCMCIA, CD-ROM накопители и т.д.) и мониторы высокого разрешения (SVGA). В этом случае в распоряжении пользователя - высокоуровневая поддержка операционной системы и большое количество готовых драйверов для работы с накопителями различного типа и видеоконтроллерами. Относительно дорогая электроника встраиваемого компьютера используется в этом случае максимально эффективно. 
Основным недостатком РС-компьютеров, при использовании их во встраиваемых системах, является медленный старт, поскольку при включении питания происходит тестирование периферии процессорного модуля, инициализация и перекачка ядра операционной системы, пользовательской программы из ПЗУ в ОЗУ, и только затем система передает управление пользовательской программе. Типовое время старта системы - от десятков секунд до нескольких минут в зависимости от типа процессорного модуля и типа операционной системы. То же время необходимо в случае перезапуска компьютера с помощью сторожевого таймера (Watchdog timer) , т.е. система зависает в ожидании рестарта. Отключение блока инициализации операционной системы приводит к потере основного преимущества - возможности использования операционной системы и, как следствие этого, возможности использования готового программного обеспечения. Другими серьезными недостатками использования PC-компьютеров в системах управления являются:
Микропроцессорные контроллеры,предназначенные для эффективной работы в системах управления, позволяют избавиться от перечисленных выше недостатков. Микропроцессорные контроллеры на базе DSP процессоров (Digital Signal Processors) обладают производительностью до 10 млрд. плавающих операций в секунду. Мощная архитектура таких контроллеров ориентирована на цифровую обработку сигналов и на решение сложных математических задач. Такие контроллеры способны работать не только в качестве "сопроцессоров" в составе PC-компьютеров, но и автономно при решении сложных вычислительных задач или цифровой обработки сигналов. Трудности, связанные с разработкой и отладкой программ для контроллеров, обладающих только "голым железом", в значительной степени уменьшаются с появлением в новых типах микроконтроллеров стартовых загрузчиков (Boot loaders), которые при включении питания позволяют загружать программы в ОЗУ контроллеров (80C166/167/164/161, ARM7, ARM9, TMS320C33/674х/645х, ADSP-TS20х и т.д.) через последовательные или шинные интерфейсы. Например, такой контроллер может работать только с ОЗУ, если он подключен через RS232/485 к обычному PC-компьютеру. При запуске специально подготовленного EXE- или COM-модуля на компьютере контроллер автоматически загружает в ОЗУ программу и передает на нее управление. При желании готовую программу можно "прожечь" в ПЗУ с помощью аппаратных средств самого контроллера. Разработка и отладка программ с использованием нового поколения отладочных средств ведется в интерактивном режиме при использовании реальных аппаратных средств, что в значительной степени позволяет сократить время разработки и отладки программ, повысить их надежность. |
Основной особенностью ARM компьютеров является очень низкое потребление энергии (единицы Ватт) при достаточно высокой производительности и возможность непосредственного исполнения программ, находящихся в ПЗУ. Непосредственное исполнение програмы, находящейся в ПЗУ обеспечивает быстрый старт и перезагрузку системы, поскольку не требуется загрузка в ОЗУ исполняемой программы, находящейся в ПЗУ. ARM компьютеры могут поставляться с операционной системой или с интегрированной интерактивной системой разработки и отладки программного обеспечения. Новое поколение высокопроизводительных ARM процессоров Cortex-A8 содержит в своем составе высокопроизводительный математический векторный сопроцессор с плавающей точкой позволяющий существенно ускорить выполнение сложных математических задач.
Такие контроллеры построены на современных микропроцессорах, обладающих мощной системой команд, позволяющей эффективно обрабатывать прерывания, и имеющих в своем составе таймеры, блоки обработки и формирования импульсных сигналов, последовательные и параллельные порты ввода-вывода, аналого-цифровые преобразователи, сетевые интерфейсы и т.д. Контроллер подобного типа может заменить до 4-х плат обычного PC-компьютера с подключенными модулями ввода-вывода (например, контроллеры на базе