Архитектуры микроконтроллеров.
Рынок микроконтроллеров традиционно самый большой по объёмам, и традиционно имеет год от года самый большой прирост.
Микроконтроллерами называются специализированные микропроцессоры, оснащённые приборными интерфейсами, предназначенные для в промышленном оборудовании и бытовых приборах. Обычно микропроцессорная система выпускается в однокристальном исполнении - с установленным на кристалле перепрограммируемым ПЗУ, ОЗУ, вплоть до того, что для функционирования системы необходимо лишь подведения питания к соответствующим клеммам микросхемы.
Типичный современный микроконтроллер, как правило, имеет тактовую частоту от 8 до 75 Мгц, встроенную память типа флеш (хранящую программу, которая не теряется после отключения питания), объемом от 0.5 до 128 Кбайт, и встроенную оперативную память от 64 до 256Кбайт с возможностью расширения внешними модулями статического ОЗУ (что обычно никогда не делают, поэтому такой интерфейс скорее уходит в прошлое). Микроконтроллеры обычно имеют интерфейс для программирования памяти программ. Некоторые микроконтроллеры имеют наряду с памятью программ отдельную память для хранения некоторых внутренних данных, обычно небольшого объёма.
Однако функциональность микроконтроллера не ограничивается встраиваемой памятью. Микроконтроллер имеет ряд устройств, без которых его применение в приборах было бы затруднено:
Рынок
Средний американец сталкивается в день с сотней компьютеризированных устройств со встроенными контроллерами. Дешевизна встраиваемых решений позволяет иметь функциональность, наличие которой полностью оправдывает цену и качественно выводит на другой уровень управления техникой. Труднее назвать приборы (утюг, кипятильник, ...) в которых нет микроконтроллера - например, наличие часов в бытовой технике однозначно требует и наличия контроллера. Возможно не выделенного, а в составе заказной микросхемы, но он существует.
Соответственно низкая стоимость ($1-3-10) компенсируется миллиардными выпусками. Следующий рисунок наглядно показывает количество приборов с микроконтроллерами, находящими в пользовании на 2013-й год.
В настоящее время в связи с удешевлением контроллеров идёт переход на унификацию архитектур и переход на 16-битовую и 32-битовую разрядность. Архитектура ARM уверенно вытесняет 8-битовые контроллеры из традиционных ниш, так как унификация позволяет понизить стоимость разработки и выпуска товаров. Примерный расклад по продажам контроллеров представлен ниже.
С чего начинать
Поскольку достаточно тяжело самостоятельно начинать первые шаги в направлении программируемых устройств с нуля, в рамках инициативы Arduino предлагается платформа начального уровня на базе микроконтроллера Atmel, которая характеризуется следующими особенностями:
Более полная информация как всегда на Wiki.
Покупка плат возможна на известных сайтах китайских Интернет-магазинов, например DialExtreme.
Фирмы-производители
MicroChip
Выпускает чипы средней мощности известные под маркой PIC. Система команд у них проприетарная, тем не менее в производительных версиях идёт переход на MIPS систему команд. Интересно сравнение версии контроллеров на 2013-й год представлено ниже.
Отметим, что мощность такого контроллера значительно превышает мощность персонального компьютера DX486, на котором шла операционная система Windows for Workgroups 3.11 и офисный пакет в составе довольно продвинутого Word 6.0/Excel 6.0.
Atmel
Выпускает(выпускали) разнообразные микроконтроллеры:
Intel
Выпускал разнообразные семейства:
Сейчас практически все сняты с производства, за исключением реинкарнации - модели
, ныне предлагаемой в рамках платформы Arduino как проект Galileo.
Конкурент - AMD www.amd.com тоже не остаёт, выпуская встраиваемые чипы с архитектурой 80х86, выпускаются и более старые контроллеры типа ADuC812 (MSC-51). www.cygnal.com
Высокопроизводительное семейство C8051Fxxxx с разнообразной периферией вплоть до USB2.0. Производительность от 20MIPS до 100MIPS. Достаточный выбор периферии. Пример.
Motorola
Выпускает:
Ubicom
Ubicom выпускает высокоскоростные модели на базе архитектуры PIC, с тактовой частотой 50/100 Мгц, но относительно малым набором периферии.
Futjitsu
Выпуск высокопроизводительных 16-разрядных контроллеров, большой объём адресуемой памяти по внутреннй шине (до 16Мбт), 128-384кБт флеш-памяти программ, корпус от 64 до 100 ножек, в основном для индустриальных применений, производительность 16 MIPS. Умножение аппаратное, используется 32-разрядный аккумулятор. Интерфейсы в осоновном индустриальные - I2C, CAN, есть УАПП. Выпускаются 32-х разрядные микроконтроллеры Futjitsu серии FR30, с адресным пространством до 4 Гбайт, аппаратным умножением, RISC-архитектурой и 5-ступенчатым конвейером.
STM Electronics
8-разрядные контроллеры ST72xx с поддержкой USB.
Zilog
8-разрядные контроллеры на базе процессора Z80.
Texas Instruments
Фирма, несмотря на то, что выпускает широкий спектр контроллеров, наиболее известна своими интегрированными сериями MSP430. Это 16-разрядные высокопроизводительные экономичные контроллеры с RISC-архитектурой для устройств с батарейным питанием для операций с цифровыми и аналоговыми сигналами, в основном контроллеры выпускают под конкретные задачи.
Немалое количество чипов MSP430 оснащено встроенными радиоинтерфейсами, что делает их очень привлекательными для создания простых беспроводных приложений.
Хорошо также известны производительные процессоры OMAP, которые в cоставе SoC прекрасно используются как основные процессоры смартфонов и таблеток.
Заключение
Обозреть микроконтроллеры не представляется возможным, поскольку на рынке очень много игроков и для успешной разработки устройств на базе микроконтроллеров необходимо как минимум попробовать начать с Arduino. Если же необходима более мозщная платформа - взять Rapsberry Phi или BeagleBone Black.
Спасибо за внимание.