Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2000 №3

Воздействие средств подержки разработки на рынок микроконтроллеров

Зобнин Юрий  
Кобахидзе Шота  

Один из непростых вопросов, который регулярно беспокоит практически любого разработчика — какой микроконтроллер (МК) использовать в качестве ядра создаваемой системы? Вопрос выбора контроллера имеет принципиальное значение, поскольку его результат во многом предопределяет не только совокупность возможных технических характеристик будущей системы, но и весь спектр потенциальных проблем, связанных с процессом разработки, производства, реализации и возможных доработок в будущем. В этой статье мы попытались проанализировать отношение отечественных разработчиков встраиваемых систем к различным семействам микроконтроллеров, полагая, что знакомство со своеобразным рейтингом популярности для кого-то будет просто интересно, а кому-то, возможно, и поможет в практической работе.

Наиболее общей и объективной характеристикой, отражающей сравнительную популярность различных семейств МК, могло бы служить распределение разрабатываемых устройств, в которых применены соответствующие микроконтроллеры. К сожалению, в настоящее время в нашей стране не существует какого-либо исследовательского центра, который располагал бы достоверной и полной статистикой рынка встраиваемых систем. В западных информационных источниках можно найти данные, отражающие объемы продаж микроконтроллеров различных семейств. Однако подобная информация не позволяет судить о распределении популярности семейств среди разработчиков, поскольку не отражает тиражность различных изделий, да и характеризует она прежде всего тенденции западного рынка. Достоверных данных по объемам продаж микроконтроллеров на отечественном рынке, по понятным причинам, найти не удалось. В этих условиях мы решили воспользоваться собственной статистикой и опытом, накопленными за одиннадцать лет присутствия на отечественном рынке в качестве разработчика и производителя инструментальных средств.

В качестве оценки распределения в современных отечественных встраиваемых системах долей применения микроконтроллеров различных семейств мы решили использовать распределение соответствующих инструментальных средств, приобретаемых отечественными разработчиками. Можно ли судить о популярности того или иного семейства, исходя из сравнительных характеристик числа продаж соответствующих инструментальных средств и, более того, полученных по данным только одного участника рынка? На оба вопроса, как нам кажется, можно дать положительный ответ, исходя из следующих соображений:

  • Когда нет или не доступна статистика по интересующему вопросу, вполне допустим подход, когда соответствующая оценка строится по косвенным параметрам.
  • Само по себе количество проданных инструментальных средств не позволяет говорить о точном количестве производимых с его помощью изделий. Но, поскольку производительность труда владельцев различных инструментальных средств приблизительно одинакова, связь количества проданных инструментальных средств с числом разработок вполне очевидна.
  • Не все разработчики используют инструментальные средства, и не все владельцы инструментальных средств приобрели их в «Фитоне», следовательно, наши абсолютные числа не отражают общего количества разработчиков. Но учитывая то обстоятельство, что среди наших потребителей присутствуют представители всех регионов, всех форм собственности и практически всех уровней профессионального мастерства, можно обоснованно считать, что наша статистика отражает качественные тенденции.

Сразу оговоримся, рассказывая о популярности того или иного семейства, мы далеки от того, чтобы отождествлять эту популярность с превосходством технических характеристик. Далее, в сферу нашего рассмотрения не попали микроконтроллеры с 4- и 32-разрядными ядрами. В нашей статистике не представлены данные по ряду 8- и 16-разрядных семейств. Причин здесь несколько. Для некоторых из этих семейств мы не располагаем инструментальными средствами, соответственно, нет и данных. Мы не стали включать в наш рейтинг микроконтроллеры семейства AVR фирмы Atmel, поскольку доступными эти кристаллы стали относительно недавно. Тем не менее по ряду причин, включая их объективно привлекательные технические характеристики и субъективно растущий интерес к ним разработчиков, с уверенностью можно предположить, что уже в ближайшем будущем это семейство займет свое место в верхних строчках нашего рейтинга.

Рис. 1

Итак, статистика продаж инструментальных средств для различных семейств за период времени с января 1997 года по январь 2000 года, представлена на рис. 1. При построении диаграммы учитывались только продажи внутрисхемных эмуляторов, отладчиков и программных симуляторов для соответствующих семейств. Продажи оценочных плат (плат развития) в расчет не принимались.

Вряд ли кого-либо удивит, что несомненным лидером оказалось семейство 8051.

На наш взгляд, объяснением этому есть ряд причин:

  • Появившись одним из первых, обладая удачной архитектурой и удобной системой команд, семейство 8051 стало своеобразной классикой. Большинству разработчиков со стажем оно хорошо известно по отечественному клону микроконтроллера 8051.
  • Благодаря разумной и дальновидной политике фирмы Intel, разрешившей клонирование своих кристаллов, последующий ее уход с рынка 8-разрядных микроконтроллеров не привел к каким-либо потерям для потребителя (исключения, разве что, 8xC51GB и 80C152Jx; эти кристаллы не имеют своих точных аналогов среди изделий других фирм). Большое количество производителей (Atmel, Analog Devices, Dallas, Infineon, он же Siemens, Intel, ISSI, Oki, Philips, SST, Temic, Triscend, MHS, LG, Winbond, Silicon Systems и ряд других) не только продолжили начатое, но и наполнили рынок большим количеством микроконтроллеров с функциональными характеристиками и набором периферийных устройств на любой вкус.
  • Популярность семейства во всем мире привела к появлению большого количества фирм-производителей соответствующих кросс-средств и инструментальных средств, в том числе и отечественных.
  • Большое количество конкурирующих производителей неизбежно приводит к снижению цен на кристаллы, в результате чего по показателю «функциональные характеристики/цена» микроконтроллеры семейства 8051 никому явно не уступают.
  • Большое количество производителей и наличие их представителей и дистрибьюторов в России делают микроконтроллеры 51-го семейства легко и широко доступными.

В различной отечественной периодической литературе описанию этих МК было посвящено много строк. Однако наиболее интересные, на наш взгляд, изделия освещены крайне плохо. К тому же многие разработчики плохо представляют, сколь широк и интересен спектр предложений по 51-м контроллерам у Philips, Infineon, Triscend, SST и некоторых других фирм. Приводимая в этой статье информация должна восполнить этот пробел.

Хотелось бы заострить внимание наших читателей на том, что представленные ниже характеристики некоторых кристаллов семейства 8051 не следует воспринимать как свидетельство определенной его исключительности или безнадежного отставания микроконтроллеров других семейств. По крайней мере мы так не считаем. Практически в любом семействе есть множество микроконтроллеров, обладающих не менее привлекательными характеристиками. Более подробно остановиться на характеристиках МК этого семейства мы решили в основном по двум причинам:

  • чтобы частично восполнить информационный вакуум;
  • и, по возможности, развеять или опровергнуть те слухи о «закате» и «умирании» семейства, которые иногда циркулируют в среде разработчиков.

По-видимому, лежит бесспорный факт ухода Intel с рынка 8-разрядных микроконтроллеров. И этот же факт, похоже, рикошетом трансформируется в слухи об «умирании» MCS-196, хотя никаких официальных заявлений о прекращении выпуска большинства кристаллов MCS-196 пока нет. Тем не менее отсутствие развития и подобные слухи делают рейтинг этого семейства среди отечественных разработчиков относительно невысоким. Хотя, судя по данным ряда зарубежных производителей инструментальных средств, доля продаж инструментария для MCS-196 не свидетельствует о их «умирании».

Говоря о популярности различных семейств микроконтроллеров, нелишне будет сравнить значимость различных факторов, влияющих на популярность среди отечественных и зарубежных разработчиков. Так, по данным исследовательского центра Harbor Research, Inc., полученным в результатах анкетирования и опубликованным в 2000 году, значимость факторов, влияющих на выбор семейства микроконтроллеров для новой разработки, представлена следующим образом (рис. 2).

Рис. 2

Что в первую очередь бросается в глаза (и отличает систему приоритетов отечественного разработчика), — это отсутствие фактора «доступность» и сравнительно низкая зависимость от имеющихся инструментальных средств. В наших условиях фактор «доступность» пока еще продолжает играть очень заметную роль. Да и фактор «имеющиеся инструментальные средства» имеет гораздо большее значение, особенно если в это понятие включать и кросс-средства. Не секрет, что большинство отечественных разработок пока не могут похвастать большими тиражами, и поэтому доля стоимости инструментальных и кросс-средств в удельной себестоимости единицы изделия в подобных малотиражных изделиях оказывается большей, что и служит определенным тормозом в освоении новых семейств, с одной стороны, и повышает популярность тех семейств, для которых кросс-средства и/или инструментальные средства более доступны по цене. Отсюда и тот успех, которого смогла добиться фирма Microchip, в частности, и на нашем рынке.

А вот как по данным того же исследования влияют различные факторы на выбор конкретного микроконтроллера (рис. 3).

Рис. 3

Столь низкое значение фактора «инструментальные средства» легко объяснимо с учетом данных того же исследования, показывающих степень оснащенности инструментальными средствами обследованных разработчиков (напомним — западных). На диаграмме приведены данные по испытываемой в процессе новой разработки потребности обследованных разработчиков в различных инструментальных средствах (рис. 4).

Рис. 4

По нашим данным, отечественные разработчики пока еще существенно отстают по степени оснащенности от своих западных коллег, но очевидно, что по мере развития рынка в нашей стране неизбежно будет происходить сближение основных тенденций. И, наконец, последняя тенденция, отмеченная в уже цитированном исследовании, — быстрый рост популярности инструментальных средств, объединяемых так называемыми интегрированными средами разработки (Integrated Development Environment (IDE)). Интересно, что аналогичная тенденция наблюдается и среди наших разработчиков. Что отнюдь не удивительно, учитывая те удобства и преимущества, которые предоставляют современные инструментальные средства разработчику. Для наглядности проиллюстрируем это на примере одного из типовых пакетов нашей разработки Project-51 (см. врезку).

Строго говоря, затронутая в данном номере «КиТ» тема настолько широка и многогранна, что уложиться в привычные рамки журнальной статьи нам представляется весьма затруднительным. Надеюсь, что мы продолжим начатый разговор в последующих выпусках издания. Мы будем очень признательны тем читателям, которые найдут возможность дать свои комментарии к опубликованной статье и внесут своими замечаниями и предложениями вклад в дальнейшее развитие микроконтроллерной темы.

Врезка

Пакет Project-51 — профессиональное средство для разработки и отладки программных и программно-аппаратных комплексов на базе микроконтроллеров семейства 8051.

Пакет работает в среде Windows. В полной конфигурации Project-51 включает в себя:

  • кросс-ассемблер MCA-51;
  • отладчик-симулятор PDS-51;
  • внутрисхемный эмулятор PICE-51.

Программный интерфейс пакета представляет собой интегрированную среду разработки, поддерживающую все этапы разработки программного обеспечения, от написания исходного текста программы, до ее компиляции и отладки. Пакет ориентирован на отладку программ на языке высокого уровня по исходному тексту.

Встроенный многооконный редактор предназначен для написания исходных текстов программ. Редактор поддерживает операции с блоками текста, поиск/замену, цветовое выделение синтаксических конструкций языка Си и ассемблера.

Встроенный менеджер проектов поддерживает автоматическую компиляцию программ, написанных для компилятора Си и ассемблеров фирм IAR Systems, Keil Software и MCA-51 фирмы «Фитон». Все опции компиляторов задаются в форме диалогов.

Переход от редактирования исходного текста к отладке и обратно происходит «прозрачно», то есть менеджер проектов автоматически запускает компиляцию изменившихся исходных текстов, активизирует отладчик, осуществляет загрузку программ.

Основные функциональные компоненты пакета Project-51:

PICE-51 — внутрисхемный эмулятор. Использование в аппаратуре эмулятора программируемых матриц большой емкости позволило принципиально сократить размеры, минимизировать отклонения электрических и частотных характеристик эмулятора от характеристик эмулируемого процессора и тем самым добиться максимальной точности эмуляции на частотах до 33 МГц при напряжениях питания от 3,3 до 5 В.

Перезагружаемая аппаратная структура эмулятора обеспечивает эмуляцию практически всех микроконтроллеров семейства 8051 как отечественного производства, так и фирм Atmel, Dallas, Intel, ISSI, Philips, Siemens, SST, Temic, OKI, AMD, MHS...

  • Точная эмуляция — отсутствие каких-либо ограничений на использование программой пользователя ресурсов микроконтроллера.
  • До 256 кбайт эмулируемой памяти программ и данных. Поддержка банкированной модели памяти. Распределение памяти между эмулятором и устройством пользователя с точностью до 1-го байта.
  • До 512 кбайт аппаратных точек останова по доступу к памяти программ и данных.
  • Аппаратная поддержка для отладки программ на языках высокого уровня.
  • 4 выхода синхронизации аппаратуры пользователя.
  • Трассировщик реального времени с буфером объемом от 16 К до 64 K фреймов по 64 бита с доступом «на лету». Трассировка адреса, данных, сигналов управления, таймера реального времени и 8-ми внешних сигналов пользователя.
  • Программируемый фильтр трассировки.
  • Аппаратный процессор точек останова с возможностью задания сложных условий останова эмуляции.
  • 48-разрядный таймер реального времени.
  • Прозрачная эмуляция — доступ «на лету» к эмулируемой памяти, точкам останова, процессору точек останова, буферу трассировки, таймеру реального времени.
  • Управляемый генератор тактовой частоты.
  • Гальванически развязанный от компьютера канал связи. RS-232C со скоростью обмена 115 кБод. Встроенная система самодиагностики аппаратуры эмулятора.

Симулятор PDS-51 имеет точную модель поведения микроконтроллеров. Симулируется работа всех встроенных в микроконтроллер периферийных устройств: таймеров, АЦП, системы прерываний, портов и т. д.

PDS-51 обеспечивает символьную отладку и отладку по исходному тексту для программ, созданных с помощью следующих компиляторов:

  • ассемблер MCA-51 фирмы «Фитон»/«МикроКосм»;
  • ассемблер и компилятор Си фирмы Keil Software Inc.;
  • ассемблер и компилятор Си фирмы IAR Systems;
  • ассемблер и компилятор Си фирмы Tasking;
  • ассемблер и компилятор Си фирмы Avocet Systems Inc./HiTech;
  • ассемблер ASM51 фирмы Intel;
  • компилятор PL/M фирмы Intel.

Поддерживается отладка файлов в двоичном и Intel HEX форматах.

Возможности PDS-51 по отладке программ:

  • Отслеживание выполнения программы по ее исходному тексту.
  • Просмотр и изменение значений любых переменных.
  • Встроенный анализатор эффективности программного кода.
  • Точки останова по условию и доступу к ячейкам памяти.
  • Просмотр стека вызовов подпрограмм.
  • Встроенный ассемблер.
  • Возможность выполнения программы «назад» на большое количество шагов, а также в непрерывном режиме. При этом состояние модели микроконтроллера полностью восстанавливается.
  • Точный подсчет интервалов времени и многое другое.

PDS-51 снабжен развитой системой моделирования «внешней среды», то есть устройств, подключенных к симулируемому микроконтроллеру. Можно легко задавать различные периодические и непериодические внешние сигналы на ножках микроконтроллера, моделировать работу внешней логики. С помощью встроенных средств графического отображения можно отображать различные индикаторы, строить графики, моделировать работу клавиатуры.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке