Модулите за управление на многоточкови връзки стават безжични

05.11.2012   |   Начало»Статии

Редактор
Пепа Петрунова

Редактор
Пепа Петрунова

Ралф Хикъл, Rutronik Elektronische Bauelemente

Ако желаете да разширите даден уред с включване на безжична технология, обикновено става въпрос за свързване на приемо-предавател към микроконтролер. Звучи просто, но не е така. Необходимо е да се направи преоценка на разходите, качеството и риска, увеличените разходи за разработка и логистика, и често спадането на надеждността. Достатъчно основание да се говори за микроконтролер с вграден трансивър. Много производители на модули за управление на многоточкови връзки реагираха на тенденцията към безжична свързаност и увеличеното търсене на приемо-предаватели и предлагат свои чипове с различна безжична периферия.

Например архитектурата на много производители с процесорни ядра от ARM, свежда до минимум риска от прекъсване на доставките или прекъсване на работа на производител на електроника. В такъв случай, процесорите могат да бъдат сменени относително лесно чрез малки промени в софтуера и хардуера и по този начин да бъдат защитени инвестициите за развойни средства и за ноу-хау. Поради наличието на много лицензианти на ARM, клиентите имат голям избор.

STM32W се базира на 32-битовото ядро Cortex M3 на ARM и е много интересен поради голямата популярност на фамилията STM32. По правило тя осигурява дългосрочна наличност и стабилна подкрепа при технически проблеми. STM32W има вграден 2,4 GHz IEEE802.15.4 трансивър и е подходящ за ZigBee, RF4CE, 6LoWPAN и други мрежови протоколи, които се базират на стандарта IEEE802.15.4. Чувствителността на приемане е 100 dBm, а предавателната мощност може да бъде до 7 dBm. По такъв начин, микроконтролерът с възможност за безжична връзка предлага няколко предимства: Не е необходим външен безжичен модул, намалява се разходът за материали (BoM), а оттук също и логистичните разходи за придобиване, складиране и монтаж. Освен това, вграждането на приемо-предаватели в микроконтролерите влияе положително върху разчета на MTTF- и MTBF-стойността на крайния продукт.

Който иска да работи със ZigBee на 16-битов микроконтролер, разполага с по-малка алтернатива в Renesas M16C/6B, също с вграден IEEE802.15.4 трансивър. За работещи с батерии приложения, като напр. точките на безжична мрежа, е подходяща серията RL78 на Renesas поради нейните малка консумирана мощност и широк диапазон на напрежението. Освен това, микроконтролерите от тази серия имат малка консумация в работен режим (140 µA/MHz) при висока изчислителна мощност (40,6 DMIPS @ 32 MHz), малка консумация в “спящ“ режим, бързо „събуждане“ от „спящ“ режим, както и добра адаптивност по отношение на размера на корпуса и обема на паметта. Чрез вграждане на интерфейс DataFlash, дежурна схема във временен прозорец, часовник за реално време, температурен датчик, точен осцилатор и защитни функции за самодиагностика, серията RL78 осигурява възможност за създаване на конструкция с малък обем.

За още по-добър енергиен баланс има малки 8-битови микроконтролери, с които в повечето случаи върху платката остават само няколко АЦП и интерфейса. При тях липсва широколентовата DSSS-модулация на сигнала на стандарта IEEE802.15.4 като се използват модулациите ASK, FSK, GFSK и OOK, всяка от които се нуждае от малко енергия. В тази област Nordic Semiconductor пуска в съревнованието nRF24LE1, който използва приложимата по целия свят честотна лента 2,4 GHz. Технологията за пренос ShockBurst™ и свободният протокол „Gazell“ са предвидени за ниско потребление на енергия, така че захранването става безпроблемно чрез една миниатюрна батерия CR2032.

С фамилията PMA5110 Infineon предлага 8-битов микроконтролер с вграден предавател, който предава във всички ISM-честотни ленти в рамките на 1 GHz. По-големият радиус на действие и по-доброто преминаване през материалите в сравнение с честотната лента 2,4 GHz, са основните аргументи за използване в битовата техника и в приложенията за работа на открито. Изделията се отличават с тяхното автомобилно сертифициране, разширен температурен диапазон -40 до +125°C и вграден приемник на 125 kHz, напр.за функции „събуждане“, от тези на останалите доставчици на пазара.

Значително по-мощен е MD8710 на Infineon. ARM Cortex R4 предлага като вградена безжична периферия Bluetooth, както и Bluetooth LE. Широката гама интерфейси, преобразуватели на сигнали и контролер за дисплей правят елемента „система върху чип“ истински процесор за диагностика и комуникация.

Когато някой вече използва микроконтролер и желае да осъществи разширение за безжична комуникация, пред него се появява въпросът дали да постави външен приемо-предавател или да премине към контролер с вграден безжичен модул. Особено при комбинираното решение, производителите и дистрибуторите предлагат в повечето случаи примерен протокол, който осигурява добри резултати без много разходи.

Хардуерни и софтуерни инструменти
Segger се открои между производителите на развойни средства в ARM-Kosmos като един от водещите доставчици на технологии. Segger предлага инструменти за разработка както на хардуер, така и на софтуер. Към инструментите за хардуер се причислява познатият JTAG Debugger „J-LINK“ с неговите различни варианти, както и програматорът „Flasher ARM“. J-LINK се поддържа от известни производители на компилиращи програми, като напр. IAR и Keil. За софтуерното допълнение „GDB Server“ той работи съвместно с GNU Project Debugger (GDB). Освен стандартния J-LINK с USB-интерфейс, потребителите имат възможност за избор на различни варианти, които отговарят на различни нужди, някои с допълнителен Ethernet-интерфейс, с възможност за по-високи скорости на изтегляне или с разширени функции за проследяване, също специално за Cortex-M3.

Към софтуерните инструменти на Segger се причисляват библиотеки за RTOS (операционна система за работа в реално време), графики, файлова система и интерфейсен буфер за USB и Ethernet.

За разлика от Superloop, чрез RTOS могат да се подреждат индивидуално интервали на обхождане на различни задачи. Задачите, които могат да работят с ниска честота на обхождане, съответно ще бъдат стартирани по-рядко – изцяло на принципа: толкова често, колкото е необходимо, толкова рядко, колкото е възможно. По този начин времето на процесора ще се влага там, където е фактически необходимо. В сравнение с прост Superloop съществува възможност за намаляване на тактовата честота на процесора или той да се установява в „спящ“ режим и по този начин да се намалява потреблението на енергия. Затова повечето разработчици на безжични модули с батерийно захранване обмислят използването на RTOS.

Ключови думи: микроконтролери   ARM   ZigBEE   Rutronik  

Област: Статии