המהנדסים בימינו נדרשים במקרים רבים לבצע תכנון מתוחכם יותר ויותר בפרקי זמן קצרים והולכים. הדרישה למוצרים עם תכונות נוספות כמו בטיחות פונקציונלית או יכולות תקשורת מורכבות מגבירה עוד יותר את המורכבות והאתגרים הכרוכים בתכנון. הפיזור הגיאוגרפי הרב של המהנדסים הזמינים לעבוד על מוצר ספציפי מוסיף על האתגרים הללו. לדוגמה, צוות תכנון של ממיר DC/DC לכלי רכב יכול לכלול מפתחי קושחה לאספקת חשמל מאתר אחד או מארץ אחת ומפתחי חומרת פרוטוקול תקשורת מאתר אחר או מארץ אחרת. שילוב של קודים המפותחים באתרים שונים במיקרו-בקר אחד עלול להגדיל את הסיכון של אי עמידה בלוח זמנים בשל האינטראקציה המורכבת בין הקושחה המתוכננת בנפרד.
הכניסה לשוק של משפחת ה-DSC הדו-ליבתיים
מפתחי מערכות המתכננים יישומי בקרה מוטמעים איכותיים עם מספר צוותי תוכנה יכולים כעת להשתמש במשפחה החדשה של בקרי אותות דיגיטליים (DSC) דו-ליבתיים על שבב יחיד, המאפשרים אינטגרציה קלה יותר של התוכנה. בקר dsPIC33CH של Microchip Technology מכיל ליבה אחת האמורה לתפקד כמאסטר וליבה אחרת המתפקדת כסלייב. בארכיטקטורת מאסטר סלייב זו, ליבת הסלייב יכולה לשמש לביצוע קוד בקרה ייעודי ורגיש לתזמון, בעוד ליבת המאסטר עוסקת בביצוע פונקציות ברמת המערכת, לרבות ממשק משתמש (UI), ניטור ותקשורת המותאמות ספציפית ליישום הקצה.
בקר dsPIC33CH מיועד לאפשר פיתוח קוד עצמאי עבור כל ליבה על ידי צוות תכנון נפרד, אך מאפשר אינטגרציה חלקה בהמשך, כאשר משלבים אותם בשבב יחיד. הליבות הדואליות העצמאיות מפשטות את פיתוח הקושחה ובכך מאפשרות גישה של פיתוח תוכנה רב-צוותי בה שתי זרימות עבודה מתבצעות בו-זמנית. ניתן להפריד לולאות בקרה הרגישות לתזמון מפונקציות שגרתיות כגון UI, ניטור ודיאגנוסטיקה, ותקשורת. אפשרות זו מאיצה את תהליך הפיתוח, מאפשרת למטב בנפרד וביתר אפקטיביות את הקוד של כל ליבה תוך מזעור האינטראקציה בין שתי הליבות, דבר המקל על תהליך ניפוי השגיאות (debug).
יישומים אידאליים
משפחת dsPIC33CH ממוטבת להמרת חשמל דיגיטלית עתירת ביצועים, לבקרת מנועים וליישומים מוטמעים הדורשים אלגוריתמים מתוחכמים. יישומים חשמליים טיפוסיים עבור בקר דו-ליבתי זה כוללים טעינה אלחוטית, אספקת חשמל לשרתים, ממירי DC/DC מטענים וממירי AC/DC. למשפחה זו יהיה ביקוש גם עבור יישומי בקרת מנועים במשאבות, מאווררים, מזלטים, רובוטיקה, כלי עבודה חשמליים ומוצרי חשמל ביתיים. בהיותם בקרי אותות דיגיטליים (DSC) עתירי ביצועים, התקנים אלה מצטיינים כאשר הם מיושמים בחיישנים אלקטרוניים לתעשיית הרכב, במיכון ובקרת ייצור ובציוד דיאגנוסטיקה רפואי. השימוש בשתי ליבות מיקרו-בקר מאפשר למשפחה זו לספק את הביצועים הדרושים עבור gateways ומעבדים מרכזיים של יישומי IoT.
לדוגמה, באספקת חשמל דיגיטלית, ליבת הסלייב מנהלת את האלגוריתמים עתירי הפעולות המתמטיות, הסוגרים את לולאת הבקרה בקושחה על ידי הרצת אלגוריתמים של קזזים הרגישים להשהיה, בעוד ליבת המאסטר מנהלת בנפרד את פרוטוקול ™PMBus ומספקת פונקציות של בקרת מערכת, דבר המשפר את הביצועים הכוללים ואת היענות המערכת.
במאווררים ובמשאבות לכלי רכב וביישומים אחרים של בקרת מנועים, ליבת הסלייב יכולה להיות ייעודית לביצוע בקרת מהירות ומומנט, בעוד ליבת המאסטר מריצה שיגרות בטיחות פונקציונליות ומנהלת את פרוטוקול [(Controller Area Network Flexible Data rate (CAN-FD] לחיזוק התקשורת, כמו גם פונקציות אחרות ברמת המערכת, לרבות ניטור ודיאגנוסטיקה.
וביישומים עתירי-ביצועים מוטמעים אחרים, כגון חיישנים אלקטרוניים למערכות IoT בכלי רכב, ליבת הסלייב מאיצה פונקציות עתירות מתמטיקה כגון סינון DSP של תשומות חיישן, בעוד ליבת המאסטר מספקת אמינות ועמידות בפני תקלות עבור יישומים שבהם הבטיחות קריטית.
ביצועים גבוהים
ליבת המאסטר כוללת זיכרון פלש לתכנה בגודל 64 או 128 קילובייט, עם ECC ו-16 ק”ב RAM, ואילו ליבת הסלייב כוללת RAM תוכנה בגודל 24 ק”ב עם ECC ו-4 ק”ב RAM. תדר הליבה של המאסטר הואMIPS 90 במהירות 180 מגה-הרץ ואילו הסלייב מספק MIPS 100 במהירות 200 מגה-הרץ. נוסף על כך, לכל אחת משתי תת-המערכות של המעבדים יש בקרי מפסקים, מחוללי שעונים, לוגיקות יציאה, I/O MUXes ו-PPS משלה. ההתקן הוא למעשה שווה ערך לשני DSC מסוג ®dsPIC על שבב יחיד.
שתי הליבות פועלות יחד באופן חלק ומשפרת את יעילותם והיענותם של אלגוריתמים מתקדמים. נוסף על כך, כל אחת מהליבות החדשות בהתקני dsPIC33CH תוכננה לספק ביצועים טובים יותר מאשר ליבות DSCPIC DSC הנוכחיות, וזאת באמצעות אוגרים נוספים שנבחרו לפי הקשר לשיפור היענות פסיקה, הוראות חדשות להאצת ביצועי DSP (מעבדי אותות דיגיטליים) וביצוע פקודות מזורז. בחישובים בהם הביצועים קריטיים, המשמשים ספקי כוח רבים, הבקר החדש משיג ביצועי ליבה במהירות כמעט כפולה מזו של הדור הקודם, עם השהיה של 280 ננו-שניות לעומת 543 ננו-שניות בעבר.
יתרון חשוב נוסף של חלוקת עומס העיבוד בין שתי ליבות DSC בהתקן אחד הוא היכולת להשיג צפיפות הספק גבוהה יותר באמצעות תדרי מיתוג גבוהים (יותר מ-2 מגה-הרץ בהשוואה ל-1 מגה-הרץ בקירוב בבקר חד-ליבתי), מה שעשוי להביא להקטנת ממדי הרכיבים.
עדכוני מערכת בזמן אמת מאפשרים לשדרג קושחה בלי זמן השבתה, תכונה חשובה במיוחד במערכות בעלות זמינות גבוהה, כגון ספקי כוח לשרתים. נוסף על כך, ארכיטקטורת dsPIC33CH מאפשרת לתכנת את שתי הליבות לנטר זו את זו למטרות בטיחות פונקציונלית, דבר המעצים את תכנון המערכת.
כדי להקטין את עלויות המערכת ואת ממדי הלוח, הציוד ההיקפי המתקדם הטיפוסי הזמין לכל ליבה כולל ממירי אנלוגי לדיגיטלי (ADCs), ממירי דיגיטלי לאנלוגי (DACs) עם מחולל אותות, משוונים דיגיטליים, קדם-מגברים אנלוגיים הניתנים לתכנות ואפנון רוחב פולס [(Pulse Width Modulation (PWM] עם רזולוציה של ps 250. עם עד 12 ערוצי PWM, הבקר מתאים מאוד לספקי כוח אל-פסק (UPS), לממירי DC/DC ולספקי כוח AC/DC.
ההתקנים במשפחת dsPIC33CH הם בקרי האותות הדיגיטליים הדו-ליבתיים בעלי 16 הסיביות הראשונים של Microchip, והם מספקים אינטגרציה חסרת תקדים בחבילות קטנות, מ-5×5 מ”מ. אלה הם ה-dsPIC33s הראשונים המסוגלים לנהל CAN-FD לתקשורת חזקה עם רוחב פס מוגדל. הם זמינים בשמונה סוגי חבילות ונתמכים על ידי המערכת האקולוגית לפיתוח ®MPLAB של Microlip, כולל MPLAB X Integrated (Development Environment (IDE ו-MPLAB Code Configurator עטורי הפרסים של Microchip הזמינים להורדה בחינם.
סיכום
בקר dsPIC33CH של Microchip ממוטב לביצועים גבוהים וליישומי בקרה מוטמעים מציאותיים ורגישים לתזמון. משפחת dsPIC33CH מאפשרת תכנון קוד נפרד ואינטגרציה חלקה תוך הפחתת מחיר המערכת וממדיה.
