肉やファッションの埋め込みを追加するだけ

本質



LinuxまたはWinCEをインストールできる手頃な価格のARMおよびMIPSソリューションの出現により、アマチュアの埋め込みは質的に新しいレベルに達しました（一般に、長い間存在していましたが、今日のような大規模ではありません）。 非x86アーキテクチャを備えた非常に人気のあるAndroidなどの大規模なソフトウェア製品の出現により、高速ハードウェアの低価格という形で一般の人々に新たな機会が開かれ、以前はNDAの署名後に独占的に広められていた情報へのアクセスが提供されました。

そして、.nix個の鉄は誰にとっても良いようです：ルーター、Raspberry Pi、MK802などのさまざまなデバイス。 多くの場合、彼らは生産およびホームプロセス、ロボット、コーヒーメーカーを操作します。 しかし、外部の影響に対する反応速度が遅いため、埋め込みでのこのようなシステムの使用は多少制限されます。 そのようなデバイスに完全に存在しないそのような機能（ 1回または2回の特殊なソリューションではなく、消費財を意味します）には、緊急シャットダウンを備えたPWM、高速PIDコントローラー、直交エンコーダー処理などが含まれます。 これらはすべて、ある程度のリアルタイムを必要とします。



筋肉を追加するいくつかの方法の簡単な説明、少しの理論、個人的な考え、そしてもちろん、カットの下での私からの決定。

パート1 理論と反省

「スマート、しかし虚弱」の問題を解決する既存の鉄の方法を見てみましょう。 そのような鉄にはいくつかのオプションがあります：

1. 74xx、40xxおよびその他の多脚

ロジック。 まさにロジック。

論理機能を拡張するための実績のあるオプション。

単純なロジックを使用すると、複数の信号を1つに収集し、1つを複数に解析して、ゴミから消化可能な信号を形成できます。 そして、彼はそれをすべて非常に迅速に行います。

この方法の欠点は、回路の寸法が大きいことであり、複雑さが増すと信じられないほどのサイズに成長する傾向があります。



ポイント2は最初から続きますが、私はそれを区別します。

これもロジックですが、ロジックはプログラム可能です。

2. CPLDおよびFPGA

機能の鉄拡張のこの方法の欠点は事実上ありません。 それは実際に広まっていますが、かなり高いエントリしきい値、腺のかなり高い価格、およびいくつかの（そしてFPGAの場合は非常に具体的です）怪物は、あなたがフロップを数えて数十および数百の論理レベルを操縦する必要がない場合、このアプローチの使用を許可しません。



スマートハードウェアはRS-232またはSPIを介して正常に通信するようにトレーニングされており、GPIOを介してはあまり進んでいないため、快適な結論を下すことはできません。愚かな高速ロジックがスマートスローホストと通信するには、奇跡のデバイスが必要です。





生息地の驚異



奇跡のデバイスは、ホストが理解できるホストからコマンドを受信し、ロジックが理解できる形式でコマンドを発行し、ロジックに便利な形式でデータを受信し、ホストに便利な形式で送信できる必要があります。

この技術はやや混乱しますが、愚かな鉄をスマートに伝えるプロセスを完全に説明しています。

奇跡的なデバイスとしてマイクロコントローラーを使用するのが一般的です（FPGAの場合、多くの場合、それなしで実行できます）。

3.マイクロコントローラー

もちろん、マイクロコントローラーです！ このリソースは、ルーターを「最もスマート」に、マイクロコントローラーを外骨格として渡した先例を見てきました。 また、AndroidをArduinoまたはSTM32と交差させる傾向は、ここ数週間で非常に顕著になりました。 実際、この傾向は記事を書くよう促しました。



この回路にMKが登場したことで、労働力としてのロジックの適用が不明確になりましたが、ボタン、リレー、電力変換器、およびその他の制御および実行デバイスを備えたシステムで発生する電気プロセスを綿密に調べても、ロジックが完全に放棄されることはありません。

そのようなケースの1つは、一定数の並列入力を持つオートマトンです。 入力の望ましい状態が決定論的であり、「すべてゼロ」のように見えるだけでなく、何らかの複雑な形式を持っているとします。 この場合、マイクロコントローラには、作業サイクルでこの非常に多くの入力を監視する以外に選択肢がありません...他には何もしません。 また、この特定の場合でも、マイクロコントローラは同等のパフォーマンスを提供しません。これは、ポートの状態の個々の変化に応じて、ミクロン単位で個別にアプローチされるためです。 彼は最初に割り込みを処理し、ポート（または複数）の内容を読み取り、ステータスを探しているものと比較し、履歴書をポートに書き込む必要があります。 シングルサイクルデバイスでさえ、このプロセスに多くの時間を費やします。 単純な論理回路は、この問題を無差別に解決します。 彼女は常に迅速かつ明確に働きます。

パート2 またはどのように私はそのような人生に来たのか

本番環境で「生産妨害のソルバー」として働いている間、何かをはんだ付けし、プログラムし、フラッシュする必要性にしばしば対処しなければなりませんでした。 リザーブタンクに水を補充するためのバルブを制御する場合でも、所定のプログラムに従って加熱ポンプを自動で切り替える場合でも、これらはMK上に構築された自律型デバイスでした。 そして、それらの先史時代（5〜6年前）には、産業用PLCとMKの即興デバイス以外に利用できる自動化オプションはほとんどありませんでした。

同意します。ポンプを提供するプログラム（水位が低い場合はポンプ-高い場合はポンプしない）は、PLC全体で100ドル以上の価値がないためです。 精力的な回路設計者のコメントを期待して、私はMKもこのプログラムの冗長な候補であると宣言することを急いでいますが、アナログ回路よりも否定できない利点があります-人間がプログラム可能な時間としきい値（コンデンサと抵抗に数学の魔法を適用する代わりに）。

そして、明らかな節約に加えて、裸のMKが問題を解決するために選択されたので、はんだ付けの形で明らかなスマットも得ます。 コストと問題のバランスは、ソリューションの選択において決定的でした。 特に重要なプロセスと劣悪な電磁条件での作業は、PLCによって、自家製の作業に敬意を払うことなく信頼されました。



20ドルの悪名高いルーターの登場により、重要ではないプロセスの自動化が一新されました。 経験は2つありました。 一方で、ペニーのために、私はほとんど人間の言語で私に話すシステムを得ました。 一方、基本的には許容可能なレベルの速度でディスクリート信号を処理できないデバイス。 これにより、新しいテクノロジーの適用に制限が課されました。 STM32 Discoveryに類似したarduinoのようなマザーボードのさらなる普及により、8、16、または32ビットMK（およびロジック、オペアンプ、その他のベアメタルハードウェア）の形式の低レベルの外骨格を持つLinuxデバイスの束が事前に決定されました。



シンプルなデバイスは、新旧のスキームに従って作成されました。

1）Arduino Nanoを使用する

2）インフラストラクチャとのバインド

3）???

4）利益！



これまでと同様に、これはすべてオフィスでの使用と大量の空きスペースが存在する場合にのみ適していました。 また、ファームウェアを更新する必要のない単純なデバイスをベアMKで実行できる場合、ファームウェアがバグのあるデバイスにベアMKをインストールするのは愚かでした（しかし、昨日は必要でした）。 まず、ファームウェアをアップグレードするにはファームウェアが必要です。 第二に...しかし、最初のポイントで十分だった。 私は通常、どのような形のプログラマーも好きではありません。 私にとって、最高のプログラマーはUSBワイヤーです。

これらのニュアンスに対する絶え間ない不満は、統一、統一、統一するという燃えるような欲求を生み出しています...

パート3。 3週間前

3週間前、私は別のプロジェクト（私の主な活動は電子機器の大量生産）を生産し、次のプロジェクトは約2週間後に現れました。 インターネットを2週間ブラウジングしますか？ うーん...魅力的...しかし、何かが私の頭を打ち、「統一」という言葉が私の記憶に浮かびました。 そして、彼と共に、包囲者の人生に対する古い不満。 そのような気のめいるようなメモで、私は自分自身に課題を設定しました。少なくとも2週間で、新しいプロジェクトの前で前向きになる何かを作成し、FWMを満たし、地球人の生活の質を改善することです。



そのような野心的な計画を実施するために、それほど野心的な鉄は必要ありませんでした。 そして、Microchip社の狭いサークルで広く知られている製品の中で発見されました。 これは比較的新しいMK PIC16F1509です。 ここで、私は理論的な余談をして、現代人が32ビット以外のMKを使用する不可抗力の性質について話さなければなりません。



だから、周辺。

標準の周辺機器（USART | SPI | I2C、4xPWM、10ビットADC、5ビットDAC、3タイマー、水晶温度センサー、そしてもちろんGPIO）に加えて、エントリーレベルMCには興味深い革新がありました。 これらのイノベーションは、ファッショナブルな32ビットSTMからファッショナブルでない8ビットMicrochipまでスケールを明確に傾けました。

CLC（構成可能な論理セル）

MKチップ上のプログラム可能なロジック。



4つのモジュールのそれぞれの形式は次のとおりです。





左側には、MKの物理的結論、タイマー、コンパレータ、PWM、ジェネレーターからの割り込み、および一般的にMKの内部と外部の多くを接続できる4つの入力があります。 1つのモジュールのソースのセットには16の信号が含まれていますが、4つのモジュールのそれぞれのセットには違いがあります。 特に、MKのさまざまな物理的結論。 次の図はスイッチです。 信号は、直接または反転して接続できます。 スイッチの後に続くORエレメントの出力も制御されます（直接/逆）。 右端にはモジュール出力があり、これを反転したり、MKの物理出力に出力したり、CLCの入力に巻き付けることができます。 出力は、エッジまたは立ち下がり（設定どおり）で割り込みを生成します。



赤い長方形は変更可能な論理関数を示し、既に提示されているAND-ORに加えて、さらに7つのオプションがあります。











残念ながら、この記事の目的はデジタル回路に関する教育プログラムではないため、ここでコメントすることはありません。イラストはそれ自体を物語っています。 このすべてのエコノミーは、タイマーやGPIOなどの最も一般的な周辺機器としてレジスタに値を平凡に割り当てることにより、コード内で直接構成されていることにのみ注意してください。 この非常に単純ではないfigovinaの構成を容易にするために、GUIがあります。







GUIを使用すると、すべてが非常に簡単になります。 右上隅にレジスタの値が表示されますが、既製のアセンブラーまたはCコードを生成できます。 私はこの好奇心の強い周辺に戻り、次回使用例を約束します。 興味のある方は、 このページをご覧になることをお勧めします 。

NCO （数値制御発振器）

実際、最大500 kHz（内部16 MHzジェネレーターからクロックされる場合）までの周波数シンセサイザーで、0.03 Hz（31 kHz内部ジェネレーターからクロックされる場合）から15 Hz（16 MHzクロック）までのチューニングステップがあります。

蛇行とPWMを生成できます。



NCOとCLCの1つのアプリケーション（ Appnote ）は、500kHzのPWM周波数で0％〜100％のデューティサイクル範囲で16ビットPWMを提供します。

CWG （相補波形ジェネレーター）

プログラム可能なハーフブリッジドライバー。

いくつかの信号ソースから選択（CLC1、NCO、PWM、コンパレーター）。

これは非常に便利なことであり、多くの場合、開発者を火、煙、および損失の苦味から救うことができます。 これらのトラブルの防止により、デッドタイムの​​ハードウェア制御が戦うために呼び出されます。





ペアの各トランジスタは、2番目のトランジスタがすでに閉じられている可能性がある場合に厳密に開きます。 これは、貫通電流をなくすために行われます。これにより、美しいが、時には高価な特殊効果が発生します。 前のトランジスタが閉じる時間（デッドタイム）は、立ち上がりエッジと立ち下がりエッジで別々に調整されます。 また、特別な出力GPIO、CLC2、および両方のコンパレータの4つの特殊効果を処理するために、強制停止信号が呼び出されます。 CLC2の入力に「他の何か」を提供できることを考えると、カーネルに関与することなくドライバーの高速緊急停止のオプションのかなり広範なリストを取得します。 タイムアウトからアナログおよび論理レベルまで。



このノートでは、おそらく理論と結びついて直接実践する時が来たのでしょう。

パート4 開発と生産

MKを決定したら、残りの構成要素について考え始めます。 床面積をできるだけ小さくしたかった。 頭の中でいくつかの選択肢を失ったため、DIP 20（！）パッケージのマイクロ回路の領域を占める解決策に決めました。 さらに、すでに全体的な要件から始めて、要素ベースを選択しました。 USB-TTLコンバーターとして、よく知られたCP2102チップが使用され（QFNケースとクォーツは不要）、USBコネクターは垂直に選択され、マイクロコントローラーはQFNケースに選択されました。 これらはすべてモーゼルですぐに購入されました。



取締役会でも、式典には立ちませんでした。 彼女は、極端な単純さを考慮して、約1時間で離婚しました。 電源リードは、74xxロジックチップ上の同じ場所に鋭く配置されています。 次に、私は工場でいくつかの部品の製造を注文し、待ち始めました。 待っている間、モジュールの作業はもっぱら精神的なものでした...夢のようです。



すべての鉄が手元に届くまでに、最初の2週間はほぼ終わりました。 私は自分の言葉を圧倒し、30歳の男性の体に非常に有害なうつ病の大部分を獲得する危険を冒しました。

緊急の問題として、ブートローダーとして、これなしではマイクロコントローラーデバイスが実行できないものとして、解決されたオプション-ds30 Loaderが選択されました。 無料版では、コンパイルされた16進数をUART経由でMKにダウンロードするだけで、同時に便利なGUIがあります（もちろん、目利きのためのコンソールユーティリティもあります）。



写真の結果：



DIP20（ATtiny2313）の横のプロファイル





トップビュー





視点...



MKは、16 MHzの組み込みジェネレーターで動作します。 Timer1に実装されているソフトウェアRTC用の、写真に表示されているクォーツ。 MKの20ピンのうち18ピンは、RS-232 TTLの直接接続用のRXおよびTXを含むコネクタに直接接続されています（2つはクォーツで占められています）。 これと同じRS-232 TTLのみを使用する場合、ボードは縮退した形を取り、 半分のコストを失います 。



それは悪い洗濯板のように見えます

結論の代わりに

結果は非常にかわいい小物でしたが、それでもなお、Linuxを搭載したデバイスの残酷な外の世界とのコミュニケーションを非常に促進することができます。 このフォームファクターでのarduinoとの競争は非常に大きいため、寸法と独自の周辺機器に焦点を当てました。

現時点では、ファームウェアには、RS-232コマンドを使用した複数の周辺モジュールのパラメーターの組み込みと調整が含まれています。 これらは、PWM、DAC、GPIO、および部分的にCLCです。 また、何時かを調べてADC（外部入力と水晶温度センサーの両方）を読み取ることもできます。 つまり、低速OS向けの高速外骨格の一部の機能にすでに対応しています。



しかし、絶対にすべての周辺機器がRS-232のチューニングに対応していても（これには特別な理由はありません）、これは制限ではありません。 現在、この機能がMKのメモリ内のすべての場所から大きく離れていることはすでに明らかであり、残りの数キロバイトを利用する最も適切な方法は、SFCグラフィカル言語の限定的なインタープリターであり、30-50ステップ以内の最も単純な自動化、およびソフトウェアモジュール、 PIDなど、 I2Cエキスパンダーを介した入出力数の拡張 。これにより、ディスプレイとキーボードの統合接続が可能になります。



インスピレーションの主な情報源はhabrahabr、50ドルのアンドロイドドルを含む中国のサイト、およびwww.microchip.comサイトでした。



すべての人に平和を。