eng
Выпуск #6/2023
А. Шишарин
РАЗРАБАТЫВАЕМЫЙ АО «АНГСТРЕМ» 32 РАЗРЯДНЫЙ УНИВЕРСАЛЬНЫЙ МИКРОКОНТРОЛЛЕР «ТРАССА 1П»: ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
РАЗРАБАТЫВАЕМЫЙ АО «АНГСТРЕМ» 32 РАЗРЯДНЫЙ УНИВЕРСАЛЬНЫЙ МИКРОКОНТРОЛЛЕР «ТРАССА 1П»: ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
Просмотры: 772
DOI: 10.22184/1992-4178.2023.227.6.56.59
Рассмотрен 32 разрядный универсальный микроконтроллер «Трасса 1П», разрабатываемый АО «Ангстрем». Приведена информация о характеристиках и перспективах развития данного микроконтроллера.
Ключевые слова: микроконтроллер, память, интерфейс
Рассмотрен 32 разрядный универсальный микроконтроллер «Трасса 1П», разрабатываемый АО «Ангстрем». Приведена информация о характеристиках и перспективах развития данного микроконтроллера.
Ключевые слова: микроконтроллер, память, интерфейс
Теги: etching interface lead frame memory microcontroller photolithography выводная рамка травление фотолитография
Разрабатываемый АО «Ангстрем» 32‑разрядный универсальный микроконтроллер «Трасса‑1П»: характеристики и перспективы развития
А. Шишарин 1
АО «Ангстрем» имеет большой опыт в разработке микроконтроллеров, работающих в режиме реального времени. Серьезной вехой стал микроконтроллер КР1878ВЕ1, разработанный на основе оригинального микроконтроллерного ядра «ТЕСЕЙ», предназначенного для построения 8‑разрядных RISC-контроллеров реального времени. На основе этого ядра были разработаны также, в частности, КР1878ВЕ2 – микроконтроллер для поведенческих развивающих игр, и К5004ВЕ1 – микроконтроллер для интеллектуальных карт с многоуровневой системой защиты. В данной статье рассматривается еще одна разработка АО «Ангстрем» – 32‑разрядный универсальный микроконтроллер «Трасса‑1П», а также приводится информация о ранее разработанных микроконтроллерах КР1878ВЕ1 и К5004ВЕ1.
Микроконтроллер КР1878ВЕ1
Микроконтроллер КР1878ВЕ1 (рис. 1) предназначен для использования в системах управления реального времени. Характерными особенностями микроконтроллера являются: гарвардская RISC-архитектура, позволяющая выполнять любую из 52 команд за два такта частоты процессора; единая система команд для всего семейства с возможностью адресации до двух операндов, находящихся в памяти; малое время реакции на прерывание и сохранение контекста; широкий диапазон конфигураций памяти команд, памяти данных и периферийных устройств. Микроконтроллер выпускается в 18‑выводном пластмассовом корпусе DIP типа 2104.18-8.
Микроконтроллер К5004ВЕ1
Специализированным и функционально расширенным вариантом микроконтроллера КР1878ВЕ1 является К5004ВЕ1 – микроконтроллер с многоуровневой системой защиты, предназначенный для интеллектуальных карт (ИК) широкого применения (рис. 2), который позволяет осуществлять одно- или двухфакторную аутентификацию пользователей, хранение ключевой информации и проведение криптографических операций в доверенной среде.
На основе К5004ВЕ1 был разработан ряд специализированных операционных систем (ОС) для интегральных схем ИК, в которых реализованы алгоритмы криптографической защиты информации, что позволяет создавать ИК с высоким уровнем интеллекта и защиты информации для широкого спектра областей применения.
Микроконтроллер «Трасса‑1П»
АО «Ангстрем» в развитие своего опыта создания универсальных микроконтроллеров взяло в разработку с последующим освоением в производстве 32‑разрядный универсальный микроконтроллер – «Трасса‑1П» (рис. 3).
Микроконтроллер предназначен для использования в системах управления в составе средств автоматизации промышленного и бытового применения, работающих в режиме реального времени с возможностью многократного перепрограммирования программ управления во внутренней энергонезависимой памяти.
Разрабатываемый микроконтроллер должен удовлетворять следующим техническим требованиям:
рабочий диапазон тактовой частоты – от 0 до 10 МГц;
рабочий диапазон внешнего напряжения питания – 4,5–5,5 В;
стойкость микросхем к воздействию статического электричества – не менее 1 000 В;
повышенная температура среды: рабочая 85 °C, предельная 125 °C;
пониженная температура среды: рабочая –25 °C; предельная –40 °C;
изменение температуры среды в пределах от –40 °C до 125 °C.
Микроконтроллер должен иметь следующие функциональные блоки:
• 32‑разрядное RISC-ядро;
• масочная память команд ПЗУ размером
4 Кбайт × 32;
• энергонезависимая память ЭСППЗУ размером
1 Кбайт × 32;
• память данных ОЗУ размером 512 байт × 32;
• контекстный стек (ОЗУ) размером 42 байт × 32;
• два программируемых последовательных интерфейса USART;
• интерфейс SPI с режимами Master/Slave;
• интерфейс шины I2C;
• JTAG-интерфейс аппаратного отладчика, поддерживаемый ПО IDE среды разработки;
• порт A – 32‑битный порт ввода-вывода общего назначения;
• порт B – 5‑битный порт ввода-вывода общего назначения;
• программируемый сторожевой таймер (IWDG);
• таймер реального времени (RTC) с возможностью подключения генератора с кварцевым резонатором 32,768 кГц;
• 32‑разрядный таймер/счетчик;
• 32‑разрядный широтно-импульсный модулятор (PWM), который может использоваться как трехканальный 32‑разрядный таймер;
• встроенный генератор OSC с возможностью подключения внешнего резонатора и внешнего RC-генератора;
• кварцевый генератор для RTC и IWDG;
• блок сброса при включении питания (POR);
• блок мониторинга снижения напряжения питания (BOD);
• блок обработки внутренних и внешних прерываний;
• управление питанием с поддержкой режимов пониженного энергопотребления Sleep, Stop и Standby.
Микроконтроллер разрабатывается для выпуска в 64‑выводном металлокерамическом корпусе типа CLCC (подтип 51 по ГОСТ Р 54844).
Описанные характеристики и состав функциональных блоков могут уточняться в процессе разработки.
Программирование и отладка микроконтроллера выполняется через интерфейс JTAG, поддерживаемый ПО IDE среды разработки.
Программные средства разработки включают:
ассемблер;
компилятор языка Си;
интегрированную среду разработки на основе Eclipse.
В перспективе планируется улучшить технические характеристики микроконтроллера «Трасса‑1П».
Первоочередные направления разработки:
увеличение объема памяти команд / памяти данных;
повышение рабочего диапазона тактовой частоты;
расширение рабочего температурного диапазона;
освоение микроконтроллера с категорией качества «ВП»;
освоение микроконтроллера в пластмассовом корпусе типа QFN.
На основе микроконтроллера «Трасса‑1П» планируется разработать и освоить в производстве ряд его модификаций. Новые модификации планируется осваивать с категорией качества «ОТК» и «ВП».
Перспективными направлениями в модификациях являются:
изменение конструктива: использование корпусов меньших габаритных размеров;
расширение числа аналоговых интерфейсов: ЦАП с различной размерностью и количеством каналов, USB, CAN и др.;
применение микроконтроллеров в RFID-решениях: использование контактного интерфейса (ГОСТ Р ИСО / МЭК 7816) и бесконтактных интерфейсов (ГОСТ Р ИСО / МЭК 14443).
Решение задачи разработки 32‑разрядного универсального микроконтроллера с описанными выше параметрами актуально по следующим соображениям.
Универсальные микроконтроллеры востребованы в очень широком спектре отраслей народного хозяйства и, по мере научно-технического прогресса, потребность в них только возрастает.
До 2022 года эта потребность удовлетворялась одним из двух путей:
Российские компании разрабатывали подобные микроконтроллеры исходя из последующего их производства на зарубежных фабриках, соответственно, каждая такая разработка велась под параметры конкретной технологии зарубежной фабрики. Также российские компании-разработчики часто покупали лицензии на микропроцессорные ядра у ведущих зарубежных производителей, например ARM, и разрабатывали микроконтроллеры на основе этих ядер. Соответственно, средства программирования и отладки были полностью основаны на архитектуре этих зарубежных ядер.
Огромную роль играл прямой импорт подобных микроконтроллеров, разработанных и произведенных зарубежными компаниями.
С начала 2022 года эта ситуация была кардинально изменена санкционным давлением на Российскую Федерацию, которое привело к следующим последствиям:
У российских компаний-разработчиков микроконтроллеров исчезла или предельно сократилась с масштабным возрастанием рисков возможность производить микроконтроллеры на зарубежных фабриках. Также практически полностью отпала возможность приобретать лицензии на микропроцессорные ядра у зарубежных производителей.
Резко сократился, также с масштабным возрастанием рисков, импорт зарубежных микроконтроллеров.
Таким образом, в народном хозяйстве образовался критический дефицит микроконтроллеров и его устранение прежними путями имеет совершенно неясные перспективы и критические риски.
Разработка АО «Ангстрем» имеет возможность в известной мере устранить этот дефицит в определенном сегменте и снять риски исходя из следующего:
микропроцессорное ядро разрабатываемого микроконтроллера является целиком проприетарным, следовательно, разработка микроконтроллера и его использование не требуют привлечения зарубежных ресурсов;
АО «Ангстрем» имеет полный цикл производства, таким образом, разрабатываемый микроконтроллер будет иметь целиком российское происхождение на всех стадиях разработки и производства;
планируется, что разработка данного микроконтроллера будет продолжена его разнообразными модификациями в технических характеристиках, включая объемы памяти, набор функциональных интерфейсов и конструктивное исполнение, что должно существенно расширить область применения и решить описанную проблему дефицита микроконтроллеров в значительно более широком сегменте.
Существует важное обстоятельство, дополнительно повышающее значимость данной разработки. Текущее состояние электронной промышленности в Российской Федерации таково, что количество предприятий, имеющих собственное кристальное производство, мало и в этом отношении роль АО «Ангстрем» очень велика. Это подкрепляется успешным опытом предприятия в применении в производстве российских материалов.
Таким образом, разработка данного микроконтроллера АО «Ангстрем» послужит важным вкладом в обеспечение технологического суверенитета Российской Федерации, что имеет стратегическое значение для ее безопасности. ●
А. Шишарин 1
АО «Ангстрем» имеет большой опыт в разработке микроконтроллеров, работающих в режиме реального времени. Серьезной вехой стал микроконтроллер КР1878ВЕ1, разработанный на основе оригинального микроконтроллерного ядра «ТЕСЕЙ», предназначенного для построения 8‑разрядных RISC-контроллеров реального времени. На основе этого ядра были разработаны также, в частности, КР1878ВЕ2 – микроконтроллер для поведенческих развивающих игр, и К5004ВЕ1 – микроконтроллер для интеллектуальных карт с многоуровневой системой защиты. В данной статье рассматривается еще одна разработка АО «Ангстрем» – 32‑разрядный универсальный микроконтроллер «Трасса‑1П», а также приводится информация о ранее разработанных микроконтроллерах КР1878ВЕ1 и К5004ВЕ1.
Микроконтроллер КР1878ВЕ1
Микроконтроллер КР1878ВЕ1 (рис. 1) предназначен для использования в системах управления реального времени. Характерными особенностями микроконтроллера являются: гарвардская RISC-архитектура, позволяющая выполнять любую из 52 команд за два такта частоты процессора; единая система команд для всего семейства с возможностью адресации до двух операндов, находящихся в памяти; малое время реакции на прерывание и сохранение контекста; широкий диапазон конфигураций памяти команд, памяти данных и периферийных устройств. Микроконтроллер выпускается в 18‑выводном пластмассовом корпусе DIP типа 2104.18-8.
Микроконтроллер К5004ВЕ1
Специализированным и функционально расширенным вариантом микроконтроллера КР1878ВЕ1 является К5004ВЕ1 – микроконтроллер с многоуровневой системой защиты, предназначенный для интеллектуальных карт (ИК) широкого применения (рис. 2), который позволяет осуществлять одно- или двухфакторную аутентификацию пользователей, хранение ключевой информации и проведение криптографических операций в доверенной среде.
На основе К5004ВЕ1 был разработан ряд специализированных операционных систем (ОС) для интегральных схем ИК, в которых реализованы алгоритмы криптографической защиты информации, что позволяет создавать ИК с высоким уровнем интеллекта и защиты информации для широкого спектра областей применения.
Микроконтроллер «Трасса‑1П»
АО «Ангстрем» в развитие своего опыта создания универсальных микроконтроллеров взяло в разработку с последующим освоением в производстве 32‑разрядный универсальный микроконтроллер – «Трасса‑1П» (рис. 3).
Микроконтроллер предназначен для использования в системах управления в составе средств автоматизации промышленного и бытового применения, работающих в режиме реального времени с возможностью многократного перепрограммирования программ управления во внутренней энергонезависимой памяти.
Разрабатываемый микроконтроллер должен удовлетворять следующим техническим требованиям:
рабочий диапазон тактовой частоты – от 0 до 10 МГц;
рабочий диапазон внешнего напряжения питания – 4,5–5,5 В;
стойкость микросхем к воздействию статического электричества – не менее 1 000 В;
повышенная температура среды: рабочая 85 °C, предельная 125 °C;
пониженная температура среды: рабочая –25 °C; предельная –40 °C;
изменение температуры среды в пределах от –40 °C до 125 °C.
Микроконтроллер должен иметь следующие функциональные блоки:
• 32‑разрядное RISC-ядро;
• масочная память команд ПЗУ размером
4 Кбайт × 32;
• энергонезависимая память ЭСППЗУ размером
1 Кбайт × 32;
• память данных ОЗУ размером 512 байт × 32;
• контекстный стек (ОЗУ) размером 42 байт × 32;
• два программируемых последовательных интерфейса USART;
• интерфейс SPI с режимами Master/Slave;
• интерфейс шины I2C;
• JTAG-интерфейс аппаратного отладчика, поддерживаемый ПО IDE среды разработки;
• порт A – 32‑битный порт ввода-вывода общего назначения;
• порт B – 5‑битный порт ввода-вывода общего назначения;
• программируемый сторожевой таймер (IWDG);
• таймер реального времени (RTC) с возможностью подключения генератора с кварцевым резонатором 32,768 кГц;
• 32‑разрядный таймер/счетчик;
• 32‑разрядный широтно-импульсный модулятор (PWM), который может использоваться как трехканальный 32‑разрядный таймер;
• встроенный генератор OSC с возможностью подключения внешнего резонатора и внешнего RC-генератора;
• кварцевый генератор для RTC и IWDG;
• блок сброса при включении питания (POR);
• блок мониторинга снижения напряжения питания (BOD);
• блок обработки внутренних и внешних прерываний;
• управление питанием с поддержкой режимов пониженного энергопотребления Sleep, Stop и Standby.
Микроконтроллер разрабатывается для выпуска в 64‑выводном металлокерамическом корпусе типа CLCC (подтип 51 по ГОСТ Р 54844).
Описанные характеристики и состав функциональных блоков могут уточняться в процессе разработки.
Программирование и отладка микроконтроллера выполняется через интерфейс JTAG, поддерживаемый ПО IDE среды разработки.
Программные средства разработки включают:
ассемблер;
компилятор языка Си;
интегрированную среду разработки на основе Eclipse.
В перспективе планируется улучшить технические характеристики микроконтроллера «Трасса‑1П».
Первоочередные направления разработки:
увеличение объема памяти команд / памяти данных;
повышение рабочего диапазона тактовой частоты;
расширение рабочего температурного диапазона;
освоение микроконтроллера с категорией качества «ВП»;
освоение микроконтроллера в пластмассовом корпусе типа QFN.
На основе микроконтроллера «Трасса‑1П» планируется разработать и освоить в производстве ряд его модификаций. Новые модификации планируется осваивать с категорией качества «ОТК» и «ВП».
Перспективными направлениями в модификациях являются:
изменение конструктива: использование корпусов меньших габаритных размеров;
расширение числа аналоговых интерфейсов: ЦАП с различной размерностью и количеством каналов, USB, CAN и др.;
применение микроконтроллеров в RFID-решениях: использование контактного интерфейса (ГОСТ Р ИСО / МЭК 7816) и бесконтактных интерфейсов (ГОСТ Р ИСО / МЭК 14443).
Решение задачи разработки 32‑разрядного универсального микроконтроллера с описанными выше параметрами актуально по следующим соображениям.
Универсальные микроконтроллеры востребованы в очень широком спектре отраслей народного хозяйства и, по мере научно-технического прогресса, потребность в них только возрастает.
До 2022 года эта потребность удовлетворялась одним из двух путей:
Российские компании разрабатывали подобные микроконтроллеры исходя из последующего их производства на зарубежных фабриках, соответственно, каждая такая разработка велась под параметры конкретной технологии зарубежной фабрики. Также российские компании-разработчики часто покупали лицензии на микропроцессорные ядра у ведущих зарубежных производителей, например ARM, и разрабатывали микроконтроллеры на основе этих ядер. Соответственно, средства программирования и отладки были полностью основаны на архитектуре этих зарубежных ядер.
Огромную роль играл прямой импорт подобных микроконтроллеров, разработанных и произведенных зарубежными компаниями.
С начала 2022 года эта ситуация была кардинально изменена санкционным давлением на Российскую Федерацию, которое привело к следующим последствиям:
У российских компаний-разработчиков микроконтроллеров исчезла или предельно сократилась с масштабным возрастанием рисков возможность производить микроконтроллеры на зарубежных фабриках. Также практически полностью отпала возможность приобретать лицензии на микропроцессорные ядра у зарубежных производителей.
Резко сократился, также с масштабным возрастанием рисков, импорт зарубежных микроконтроллеров.
Таким образом, в народном хозяйстве образовался критический дефицит микроконтроллеров и его устранение прежними путями имеет совершенно неясные перспективы и критические риски.
Разработка АО «Ангстрем» имеет возможность в известной мере устранить этот дефицит в определенном сегменте и снять риски исходя из следующего:
микропроцессорное ядро разрабатываемого микроконтроллера является целиком проприетарным, следовательно, разработка микроконтроллера и его использование не требуют привлечения зарубежных ресурсов;
АО «Ангстрем» имеет полный цикл производства, таким образом, разрабатываемый микроконтроллер будет иметь целиком российское происхождение на всех стадиях разработки и производства;
планируется, что разработка данного микроконтроллера будет продолжена его разнообразными модификациями в технических характеристиках, включая объемы памяти, набор функциональных интерфейсов и конструктивное исполнение, что должно существенно расширить область применения и решить описанную проблему дефицита микроконтроллеров в значительно более широком сегменте.
Существует важное обстоятельство, дополнительно повышающее значимость данной разработки. Текущее состояние электронной промышленности в Российской Федерации таково, что количество предприятий, имеющих собственное кристальное производство, мало и в этом отношении роль АО «Ангстрем» очень велика. Это подкрепляется успешным опытом предприятия в применении в производстве российских материалов.
Таким образом, разработка данного микроконтроллера АО «Ангстрем» послужит важным вкладом в обеспечение технологического суверенитета Российской Федерации, что имеет стратегическое значение для ее безопасности. ●
Отзывы читателей
