gennady.gr@eltech.spb.ru

В публикации создатель рассматривает некие аспекты, на которые разработчикам руководствоваться адресовать уважение при разборе микроконтроллера для употреблений, отвечающих высочайшим распоряжениям надежности и защищенности.

По сорту свойской мастерской деятельности в дистрибьюторской компании ООО «Элтех» писателю доводится обсуждать загвоздки разработки приспособлений с многими нашими производителями электроники. В ритме данных рассмотрений выясняется, что русские разработчики используют для постановления кровных теорем микроконтроллеры целых производителей, представленных на электронном базаре. Для неизвестных производителей совершенно приближаются микроконтроллеры так называемого «коммерческого» исполнения. Но нахожусь производители, для которых одним из виднейших критериев ассортимента электронного деталь появляется его надежность. Сначала целого, настоящее профессионалы, действующие в территории создания врачебной техники, лифтового оборудования, автомобильной электроники.

Опыт

В 2006 возраст в свою фирму повернулся Михаил Черепанов — разработчик компании «Свиваю» («Кручу» — русский производитель индустриальной электроники). Вот текст его известия:

«История возникла со того, что от заказчиков пристроиться апелляции на то, что свои цифровые преобразователи (построенные на MSP430F148IPM) периодически «зависают» и не отвечают на запросы до тех эпох, временно не имеемся перезагружены путем снятия и повторной подачи напряжения пропитания.

Были мнения, что «зависание» происходит из-за существования импульсных помех (на электрических подстанциях данное рядовое событие). Чтобы воспроизвести картину, я изготовил генератор помех (рис. 1).

Тогда своя продукция удачно прошла испытания (для изделий, подлежащих внимательному декларированию созвучия) на ЭМС по:

*ГОСТ Р 51317.4.2.

*ГОСТ Р 51317.4.3.

*ГОСТ Р 51317.4.4.

*ГОСТ Р 51317.4.11.

Для себя я определил минимальные распоряжения для используемого микроконтроллера:

2) Если используется закрытый сторожевой таймер, то он должен делать сейчас спустя включения микроконтроллера и тактироваться своим генератором.

5) Если требуется USB, Ethernet, TCP, то должна дух должная годная библиотечка, а лучше RTOS со помощью оных».

Следовательно, свой заказчик канючить пособить подвернуть ему микроконтроллер, устойчивый к семижильным электромагнитным полям. Мы предложили строить NEC, зная, что настоящие микроконтроллеры считают раздольное употребление в автоэлектронике, где электромагнитная среда сильно запутанная.

Жрать представлено несколько оценочных составов. Пот заказчик изречь, что он вожделеть проверить их искровым генератором. Начистоту говоря, мы маленько взволноваться, как пройдут данные испытания, однако таковые соглашения совершенно отвечают очевидным автомобильным картинам, когда происходит пробой высоковольтного кабели. При сем электроника должна продолжать исправно трудиться.

Текущий способ проверки находился довольно бесстыдным, ведь оценочные составы не предназначены для таковых испытаний. Мы смыслить, что в данном опыте существо популярный риск, и, возможно, свои «оценочники» даже могут выйти из строя за сходственного испытания. Но, имея достаточный опыт деятельности со сими приспособлениями и учитывая опыт своих заказчиков, мы разрешили, что они выполнены должным стилем и духи действовать так, как соответствующее.

Мы предоставили два оценочных состава:

*Low Pin Count – Do it!, построенный на основе 8-разрядного UPD78F9222;

*EB-V850ES/HG2-EE, построенный на основе 32-разрядного UPD70F3707.

Искровой порядок производился в непринужденной близости со оценочными составами.

Оба оценочных состава действовали кроме сбоев, даже когда искорка близилась на расстояние регламента 5 см. Заказчик известить, что похожим стилем он проверил побольше 10 всевозможных оценочных составов. Мы попросили его предоставить последствия сих опытов. Затем они существуем приведены кроме комментариев, «как существую».

Спустя некое время заказчик провел снова один, можно произнести, побольше «варварский» опыт. Однако его счета также любопытны. Он конечностью дотрагиваться ответов действующего кварцевого генератора. В таковых соглашениях из целых перечисленных микроконтроллеров, тактируемых от обманчивого генератора, трудиться едва один — uPD70F3707 (NEC). Однако, честности для, руководствоваться подметить, что при прикосновении демонстрационная программа видно сдерживала стремительность свойского претворения. Причина такового «поведения» микроконтроллера uPD70F3707 будет объяснена пот.

Вручать попытаемся постигнуть, благодаря чему семейство V850ES/HG2 (к которому принадлежит микроконтроллер uPD70F3707) очутилось столько «живучим». Если сердечно рассмотреть неизвестные периферийные узелки, то целое полегоньку становится на специфичные пространства.

Сторожевой таймер и тактовые генераторы

Трудности, со которыми встретился свой заказчик, были вызваны тем, что при действии могучих электромагнитных помех достижим срыв генерации кварцевого генератора, а так как в микроконтроллере MSP430F148 сторожевой таймер тактируется от того же подлинного опорного генератора, то при остановленном опорном генераторе сторожевой таймер уже не может «расшевелить» микроконтроллер [1]. Для того чтобы предотвратить эту картину, в целых микроконтроллерах NEC сторожевой таймер тактируется от специального закрытого кольцевого генератора. Кольцевой генератор воображает собой нечетное количество инверторов, соединенных в кольцо так, что выезд одного инвертора ходит на ход шагающего. Срыв генерации кольцевого генератора фактически неосуществим. Вытекает обозначить, что в целых микроконтроллерах семейства V850 от NEC запуск процессорного ядра происходит от добавочного встроенного кольцевого генератора, и едва убедившись в том, что кварцевый генератор забросить, вы можете переключить тактирование на «кварц».

Монитор тактовой частоты (Clock Monitor)

Монитор тактовой частоты выслеживает за существованием генерации тактового генератора, использующего обманчивый кварцевый резонатор. В факте если генерация спускается, генерируется сокровенный донос сброса RESCLM и устанавливается вымпел RESF.CLMRF [2]. За выезда из порядка сброса микроконтроллер анализирует данный стяг и «разбирается», что появились загвоздки со обманчивым тактовым генератором, спустя чего ядро запускается от одного из затаенных тактовых генераторов. В кабалы от семейства может существо 1 или 2 генератора, однако их частота, как требование, ввек меньше, чем частота генератора, использующего наружный резонатор.

Именно оттого спустя прикосновения пальцем микроконтроллер uPD70F3707 продолжал действовать, но уже заметно «медленнее», что и констатировал Михаил Черепанов из компании «Кручу».

Занятно, что в той или другой стадии сие строить реализовано и в непохожих микроконтроллерах. Однако, если используемый тактовый генератор задается при программировании FLASH и не может соль изменен программно, то сценарий запуска от альтернативного потаенного генератора, описанный выше, реализовать уже недопустимо.

Вне семейства V850ES/Hx2, настоящий узелок имеют также семейства, намеренно разработанные для приложений хозяйствования электродвигателями (V850E/IA3, IA4, IF3, IG3; V850ES/IK1, IE2), для автомобильных приборных панелей (V850E/Dx3), для бортовой электроники со CAN-интерфейсом (V850ES/Sx2, Sx2-H, Sx3, Fx2, Fx3, Fx3-L), а также V850ES/Kx1+, Jx2, Jx3, Jx3-L, Hx2 и Hx3.

Вытекает обозначить, что в неизвестных непохожих микроконтроллерах (как требование, в 8- и 16-разрядных) инженеры NEC вместо монитора тактовой частоты используют оконный сторожевой таймер. Он имеет превосходно другой принцип деятельности, однако сие периферийное строить можно использовать со той же миссией, что и монитор тактовой частоты, то соль он может отслеживать случай исчезновения тактовых импульсов «иностранного» опорного генератора и разрешает микроконтроллеру переключиться на потаенный генератор.

Разделение шин пропитания

Целое 32-разрядные микроконтроллеры NEC, упоминавшиеся раньше, и многие 8-разрядные имеют раздельные шины продовольствия для потаенных периферийных приспособлений, процессорного ядра и черед портов ввода/ответа. На рис. 3, 4 схематично показано таковое разделение.

При законной развязке шины кормления ядра и портов ввода/итога помехи, наведенные на портах ввода/ответа, не попадают в совокупности кормления периферийных приспособлений и ядра и повышают электромагнитную устойчивость (EMS).

Так, например, в оба реестра (табл. 1, 2) угодили микроконтроллеры со ядром АРМ.

Таблица 1. Оценочные составы при проверке трудиться помимо сбоев

Кроме сбоев действовали микроконтроллеры ADUC7026BSTZ62, в то время как в «страшный регистр» оказались микроконтроллеры со ядром АРМ от NXP (LPC2148). Если исследовать цепочки кормления ядра, периферийных приспособлений и портов ввода/ответа, можно заметить, что микроконтроллер от Analog Devices, также «достойный» против искорки [3], имеет макроструктуру кормления, аналогичную V850ES/Hx2 от NEC. A именно развязанные шины продовольствия ядра и портов ввода/итога (рис. 5, 6).

Даже в микроконтроллерах, анонсированных как предназначенные для автомобильного употребления, таковых как AT90CAN32/64/128; ATmega164P/324P/644P и ATmega32M1/64M1/32C1/64C1, разделение шин пропитания портов ввода/итога и шин кормления ядра не предусмотрено. В продукте возрастает допустимость отказа из-за помех, наведенных по совокупностям ввода/ответа в ответственных использованиях.

Микроконтроллер MSP430F148, который существовал использован в разработке, описанной Михаилом, также не имеет разделения шин продовольствия ядра и портов ввода/ответа.

Можно также припомнить снова одного сильно доступного производителя микросхем — компанию Microchip. Обследования со микроконтроллерами доставленного производителя не проводились, однако, если взглянуть на них со точки зрения разделения шин продовольствия, то в определенном концепте идея развязки портов ввода/ответа и периферийных приспособлений реализована в семействе PIC24FJ64GA/128GA/256GA. На рис. 8 видно, что череды кормления ядра VDDCORE и портов ввода/ответа VDD разделены. Однако единый кабель VSS остался гальванически не развязанным для сих двух черед кормления. По предварительным оценкам, помехозащищенность данных микроконтроллеров будет ниже, чем у ADUC7026 от ADI или V850 от NEC.

Тактовый генератор со расширенным спектром (SSCG)

Руководствоваться превратить уважение и на допустимость применения тактового генератора со расширенным спектром. Таковой генератор имеет частотно-модулированные сомнения. «Пик» АЧХ, свойственный для генератора согласных сомнений, под действием частотной модуляции «размазывается» и превращается в «полочку». Пропасть и срок частотной модуляции знака генератора SSCG можно изменять. Таковым генератором наделены микроконтроллеры семейств V850E/ME2, Dx3, V850ES/Hx3, Fx3, V850E2/ME3 от NEC. Его использование разрешает уменьшить побольше чем на 10 дБ электромагнитную эмиссию (EME), излучаемую генератором, и, итак, уменьшить чувствительность к кажущимся электромагнитным помехам (EMS) на частотах работки тактового генератора (рис. 9).

Использование череды ФАПЧ

Вновь одним методом снижения EMS представляет использование синтезатора частоты на основе петли ФАПЧ (PLL). На рис. 10 видно, что паразитные высокочастотные звонки, наведенные на итогах кварцевого резонатора, фильтруются при прохождении спустя ФНЧ петли ФАПЧ. На рис. 11 приведены данные, позволяющие оценить, как улучшается EMS микроконтроллера при применении ФАПЧ.

Напряжение кормления

Можно указать, что чем выше напряжение пропитания, тем выше помехоустойчивость микропроцессорной модели. Возможно и то, что чем меньше напряжение пропитания, тем меньше микроконтроллер будет «шуметь». Так, LPC2129 [5] от NXP и AT91SAM7S128 [6] от Atmel, попавшие в «чернокожий индекс», имеют обязательную развязку шины пропитания ядра и шин кормления портов ввода/ответа. Однако чрезвычайно небольшое напряжение пропитания ядра (1,8 В) отрицательно сказывается на помехоустойчивости сего микроконтроллера.

Пора случается необходимо «связать» 3- и 5-вольтовую логику. При данном сильно кстати может очутиться толерантность портов ввода/ответа к разным ярусам логических звонков, то существо допустимость опоры микроконтроллером разных напряжений портов ввода/итога при неизменном напряжении кормления ядра микроконтроллера и периферийных приспособлений [7] (рис. 12).

Опора фирмы, изготовителя микросхем, может содержать таковые источники, как рекомендации по трассировке печатной зарплаты, самоанализ производителем микросхем сегмента печатной зарплаты, повязанной со трассировкой микроконтроллера, и специальных компонентов со словами по улучшению электромагнитной совместимости (EMC) (рис. 13), материалы по электромагнитному излучению (EME) микроконтроллеров [8] (предоставляются за запроса у дистрибьютора). На рис. 14 представлена лаборатория NEC по осуществлению изучений на EMC [8]. Ее особенность в том, что она должна быть возвышенно в горках, далекий от источников электромагнитного излучения.

Опора дистрибьютора содержит предоставление прототипов и оценочных составов для тестирования, инженерную опору и отличный сервис. В неких фактах, как существовало показано выше, дистрибьютор ходит на риск, чтобы план оснований эволюционировать. Сильнее «заполненная» работка со дистрибьютором, как требование, навсегда случается выгодна окончательному разработчику и производителю.

В таблице 3 приведены данные неизвестных семейств микроконтроллеров NEC, рекомендованных для употребления в приложениях со увеличенными распоряжениями к надежности, и некие характеристики, позволяющие оценить, как безопасным может получиться строить, построенное на настоящих микроконтроллерах.

Таблица 3. Параметры, влияющие на надежность неизвестных семейств микроконтроллеров NEC Electronics

Решение

Рассмотрены главные аспекты, скованные со разбором микроконтроллеров для ответственных использований. Испытания, проведенные по изрядно «гневной» приеме, приведенной в публикации, разрешают чтцу постановить цель со подбором микроконтроллера для нечужого употребления, со учетом распоряжений к надежности разрабатываемого строить, а также сервиса, получаемого как при разработке, так и на целых следующих ступеньках создания.