CC BY
94
ИННОВАЦИИ № 7 (153), 2011
Идентификация и продвижение инновационных электронных компонентов
В. Б. Бродин,
руководитель отдела разработок и производства компании «Терраэлектроника»
e-mail: [email protected]
Н. В. Варламов,
к. т. н., доцент, кафедра электротехники, НИЯУ МИФИ
e-mail: [email protected]
В статье предлагаются критерии идентификации инновационных электронных компонентов и перечень мероприятий для их продвижения на рынке. В качестве средства продвижения предлагается использовать многоцелевые микроконтроллерные модули. Описываются модули компании Терраэлектроника на основе инновационных электронных компонентов компаний «КБ «Навис», STMicroelectronics и Texas Instruments.
Ключевые слова: критерии идентификации инновационных электронных компонентов, многоцелевые микроконтроллерные модули.
В настоящее время номенклатура электронных компонентов (ЭК) на рынке стремительно растет, что является следствием доступности микроэлектронной технологии не только для крупных производителей, но и для средних, а также малых инновационных предприятий. В этих условиях весьма важно выявить действительно перспективные компоненты, которые проявят жизнеспособность и обеспечат качественное улучшение характеристик электронных систем. Далее необходимо выполнить комплекс мероприятий по продвижению перспективных компонентов, поскольку этот рынок характеризуется жесткой конкуренцией и высоким темпом обновления номенклатуры.
Для идентификации инновационных ЭК для отечественного рынка может быть использован следующий набор критериев:
1. Наличие технических характеристик, качественно улучшающих параметры микроэлектронных систем.
2. Доступность компонента на отечественном рынке.
3. Адекватная стоимость компонента при появлении и в течение жизненного цикла.
4. Доступность технической информации.
5. Доступность инструментальных средств, необходимых для применения сложнофункциональных компонентов.
6. Наличие соответствующей квалификации у разработчиков.
7. Наличие необходимого технологического оборудования у производителей аппаратуры.
После того, как новый компонент идентифицирован в качестве инновационного, необходимо обеспечить ему информационную и инструментальную поддержку:
1. Сформировать и предоставить разработчикам комплект технической документации и информационных материалов.
2. Создать референс-дизайн схемных решений и библиотеки программных решений, сделать их доступными для разработчиков.
3. Предоставить разработчикам средства для повышения квалификации и освоения новых технологий проектирования;
В качестве средства продвижения инновационных ЭК целесообразным представляется разработка многоцелевых микроконтроллерных (МК) модулей. Такие модули позволяют продвигать как собственно перспективные МК, так и микросхемы памяти, а также дисплеи, драйверы интерфейсов и микросхемы вторичного электропитания.
Компания «Терраэлектроника» в рамках программы продвижения инновационных ЭК разрабатывает многоцелевые МК модули, способные функциониро-
Рис. 1. Модуль TE-STM32F103
вать в разном качестве в составе различных конфигураций аппаратуры. Можно указать некоторые области использования многоцелевых МК модулей:
1. Учебно-демонстрационное средство для освоения перспективных ЭК.
2. Отладочное средство при макетировании встраиваемых систем. Как известно, микроконтроллер может служить генератором функциональных тестов для всего изделия. Модули Терраэлектро-ники имеют возможность загрузки тестирующих программ в микроконтроллер и отладки с использованием интерфейсов JTAG и SWIM.
3. В серийном изделии в качестве готового узла. Компактный бюджетный модуль с развитым набором интерфейсов позволяет ускорить запуск изделия в эксплуатацию
Одной из главных тенденций современного развития микроэлектронных систем является переход на 32-разрядные микроконтроллеры, широкое использование беспроводных технологий и внедрение навигационных средств GLONASS.
Инновационными свойствами обладают микроконтроллеры с ядрами Cortex и ARM9, объем продаж которых в мире бурно растет. Несколько отечественных производителей ЭК разрабатывают и поставляют на рынок изделия на основе лицензий компании ARM («Модуль», «Меландр» и др.). Из зарубежных компаний следует отметить особо инновационность компонентов компаний STMicroelectronics и Texas Instruments, которые при высоких технических характеристиках обладают приемлемыми ценами. Кроме того, эти компании значительно снизили цены на инструментальные средства — системы программирования, программаторы/эмуляторы и т. д.
Несколько отечественных и зарубежных компаний выпускают или анонсировали скорый выпуск приемников навигационной системы GLONASS. Среди этих ЭК инновационными свойствами обладает микросхема NV08C компании «КБ «Навис», реализованная на основе новых микроэлектронных технологий и обладающая высокими эксплуатационными характеристиками.
Явно выраженными инновационными свойствами обладают МК с ядром Coretx-M3, которые сменяют ЭК с архитектурой ARM7.
Основные преимущества архитектуры Cortex-M3 на примере микроконтроллеров семейства STM32 компании STMicroelectronics выглядят следующим образом. Современная структура и технология производства позволили достичь показателя энергопотребления ядра Cortex-M3 в 0,19 мВт/МГц против 0,39 мВт/МГц у МК с ядром ARM7. При этом производительность по тесту Dhrystone составляет 1,25 DMIPS/M^ против 0,95 DMIPS/M^ для ARM7TDMI на наборе команд Thumb. Максимальная тактовая частота МК STM32 составляет 72 МГц у версии F1 и 120 МГц у версии F2. Таким образом, микроконтроллеры с ядром Cortex-M3 не только более экономичны, но одновременно и более производительны, чем традиционные ARM7.
В целом, архитектура Cortex-M3 устанавливает новый стандарт качества среди 32-разрядных микроконтроллеров, а невысокая цена позволяет рекомендовать эти микроконтроллеры разработчикам для перехода с 8- и 16-разрядных микросхем на 32-разрядные.
Многоцелевой модуль TE-STM32F103 компании Терраэлектроника реализован на микроконтроллере STM32F103 компании STMicroelectronics, который в корпуcе LQFP64 объединяет процессорное ядро с максимальной тактовой частотой 72 МГц, 512 Кбайт flash-памяти программ, 64 Кбайт ОЗУ и обширный набор периферийных устройств, среди которых 12-разрядные АЦП и ЦАП. TE-STM32F103 позиционируется как универсальный бюджетный модуль, который может, в том числе, служить учебно-демонстрационным средством для освоения 32-разрядных микроконтроллеров. Модуль пользуется устойчивым спросом на рынке, прошел несколько модернизаций, в настоящее время его функциональный состав и конструктивное исполнение вполне оформились. Вид модуля TE-STM32F103 приведен на рис. 1.
В последнее время достижения микроэлектронной технологии и структурные усовершенствования микроконтроллеров привели к качественному скачку и появился новый класс ЭК — 32-разрядные сигнальные микроконтроллеры. Эти приборы соединяют производительное ядро, быстро выполняющее операции типа умножение/аккумулирование, с развитым набором периферийных модулей, в числе которых быстродействующие АЦП, блоки формирования прецизионных ШИМ-сигналов, последовательные интерфейсы.
Компания Texas Instruments производит сигнальный микроконтроллер TMS320F28335 семейства Delfino™, который является замечательным инно-
Рис. 2. Модуль TE-TMS320F28335
ИННОВАЦИИ № 7 (153), 2011
ИННОВАЦИИ № 7 (153), 2011
вационным компонентом, позволяющим реализовать системы управления электроприводом с качественно лучшими характеристиками.
Компания «Терраэлектроника» разработала на основе этого микроконтроллера многоцелевой модуль TE-TNS320F28335 (рис. 2), который имеет свойства референс-дизайна и одновременно ориентирован на использование в промышленных системах управления.
В модуле линии портов микроконтроллера имеют защиту от статики (используются специализированные микросхемы). Несколько линии портов, а также мост USB-UART, интерфейсы RS-485 и CAN имеют гальваническую развязку
Безусловным инновационным потенциалом обладают ЭК системы GLONASS. TE-SL6087-NV08C (рис. 3) — отладочный модуль производства компании Терраэлектроника, построенный на базе навигационного GLONASS/GPS-приемника NV08C-CSM компании «КБ НАВИС» и GSM-модема SL6087 компании Sierra Wireless. Модуль TE-SL6087-NV08C может быть использован для освоения технологий GSM/GPRS/ EDGE/GLONASS/GPS, отработки приемов управления GSM-модулем с помощью AT-команд и разработки законченных навигационно-связных систем слежения за подвижными объектами. Отладочный модуль TE-SL6087-NV08C позволяет определить текущие координаты, вектор скорости и текущее время по сигналам глобальных навигационных систем GLONASS, GPS, GALILEO, COMPASS, SBAS и передать эти данные через GSM-сеть с помощью технологий GSM (CSD), GPRS/EDGE, SMS.
Программируемый GSM-модем SL6087 в данной конфигурации является центральным интеллектуальным блоком, который управляет работой GLONASS/ GPS-модуля NV08C-CSM с помощью специального приложения «Расширение АТ команд» (загружаемый программный модуль OPEN AT, доступен в исходных кодах). В случае необходимости, навигационный приемник NV08C-CSM может использоваться как независимое устройство — для этого на плате предусмотрен отдельный разъем для подключения персонального компьютера к навигационному модулю NV08C-CSM с помощью интерфейса RS-232.
Кроме GSM-модема SL6087 и приемника NV08C-CSM, на плате установлены: держатель SIM-карты, разъем телефонной трубки, динамик для подачи сигнала вызова, конфигурационные переключатели, системные разъемы, средства индикации и управления. Плата предусматривает раздельное подключение антенны GSM и совмещенной антенны GPS/GLONASS. Для работы с сигналом 1PPS установлен отдельный высокочастотный разъем.
Доступное бесплатное программное обеспечение разработано компанией «3D Телеметрия» и включает в себя набор дополнительных AT-команд SL6087 для управления приемником NV08C-CSM, а также программу для демонстрации возможностей отладочного модуля TE-SL6087-NV08C как навигационно-связного решения, включенного в реальную систему мониторинга подвижных объектов. «Расширение АТ команд» доступно в открытых исходных кодах, что позволяет расширять и адаптировать его под свои конкретные нужды, ис-
Рис. 3. Отладочный модуль TE-SL6087-NV08C
пользовать в качестве отправной точки для разработки собственного навигационного приложения.
Комплексное (с учетом перечисленных в начале статьи критериев) решение вопроса продвижения инновационных ЭК путем разработки многоцелевых микроконтроллерных (МК) модулей бюджетного класса, готовых для интеграции в широкий спектр устройств и терминалов, обладает существенным инновационным потенциалом, сокращает сроки и стоимость разработки электронной техники, расширяет взаимодействие субъектов инновационной деятельности (включая потребителя) на горизонтальном сетевом уровне, оптимизирует баланс собственных и привлеченных технологий.
Список использованных источников
1. В. Бродин. Модуль TE-STM32F103 — встраиваемое решение на основе микроконтроллеров с ядром Cortex-M3//Электронные компоненты, № 6, 2009.
2. В. Бродин, И. Булатов, М. Галкин. Модули компании «Терраэлектроника» на микроконтроллерах Piccolo и Delfino компании Texas Instruments//Электронные компоненты, № 9, 2009.
3. В. Бродин, С. Чернов. Программирование микроконтроллеров STM32 в среде Eclipse/GCC//Электронные компоненты, № 1, 2011.
The identification and the development of innovative electronic components V. B. Brodin, Chief of development and manufacturing department, Terraelectronica Ltd.
N. V. Varlamov, Cand. Tech. Sci., The senior lecturer, faculty of automatics and electronics, department of electrotechnics, NRNU MEPhl.
The article describes identification criteria of innovative electronic components and the market development measures. The multifunctional microcontroller’s modules are offered as the development tool. Terraelectronica’s modules based on innovative electronic components of NAVIS Inc., STMicroelectronics и Texas Instruments are described.
Keywords: identification criteria of innovative electronic components, multifunctional microcontroller’s modules.
