Bagaimana cara merencanakan produk jarak jauh dengan mikrokontroler yang membutuhkan dukungan jangka panjang?

Saya perlu menggunakan mikrokontroler pada sistem yang harus tetap bekerja tanpa perubahan besar untuk waktu yang lama (beberapa dekade). Untuk memastikan bahwa selalu ada suku cadang pengganti, saya memerlukan mikrokontroler yang akan diproduksi atau diproduksi oleh beberapa produsen dalam biner firmware dan enkapsulasi pin dengan cara yang kompatibel. Apa yang dapat saya lakukan untuk memastikan bahwa mikrokontroler yang saya pilih memenuhi kriteria ini?

Aplikasi tidak membutuhkan banyak daya komputasi. Tujuannya adalah untuk mengendalikan motor dan sistem industri lainnya. Sebuah mikrokontroler 8 bit yang mampu mengubah keadaan sekitar 8-16 pin IO pada frekuensi 0,5-1 MHz adalah OK. ADC mungkin berharga, tetapi dapat digantikan oleh pembanding eksternal sederhana.

Pabrikan FPGA mengatakan jika Anda menggunakan 'soft core', yaitu, mikrokontroler yang ditulis dalam VHDL, maka desain VHDL dapat diimplementasikan pada perangkat keras FPGA yang dapat diprogram di masa depan, sehingga membebaskan Anda dari kemungkinan perangkat keras tertentu keluar. dari produksi.

Untuk membeli argumen itu, Anda perlu mengasumsikan bahwa perangkat keras yang dapat diprogram akan terus tersedia sepanjang rentang waktu Anda (yang mungkin), dan akan terus tersedia dalam ukuran, biaya, dan voltase chip yang sesuai dengan produk Anda (yang menurut saya lebih sulit percaya). Untuk menggunakan pendekatan ini, Anda harus menerima bahwa Anda mungkin perlu melakukan desain perangkat keras baru untuk menerima paket baru, yang agak mengalahkan objek Anda dari tidak ada perubahan besar.

Pendekatan saya, dan saran saya akan, untuk mengisolasi pemrosesan kontrol Anda dari sisa sirkuit pada papan kecil, dan mendefinisikan antarmuka Anda sendiri untuk itu, semakin sedikit pin semakin baik. Mungkin SPI membuat antarmuka yang sesuai, atau bus nybble dengan data baca / tulis dan alamat strobe. Kemudian jika prosesor yang Anda pilih menjadi usang selama masa pakai produk, Anda hanya perlu mendesain ulang dan menguji papan kecil, bukan papan besar dengan fungsi produk analog yang penting.

Program prosesor kontrol dalam C. Pisahkan kode Anda secara ketat ke dalam algoritma generik, dan modul antarmuka perangkat keras. Kemudian jika bit perangkat keras tertentu harus berubah, Anda telah mengisolasi penulisan ulang ke sejumlah kecil modul, dan tidak merangkak di seluruh kode Anda.

Pilih tegangan yang cocok, saya lebih suka 3.3V ke 5V misalnya.

Saat Anda memilih papan kontrol kecil, Anda bisa melakukan lebih buruk daripada memilih faktor bentuk yang cocok dengan papan pengembangan Arduino atau PIC. Kemudian, pengembangan dan pembuatan prototipe Anda mendapatkan peningkatan, dan Anda bahkan dapat memulai produksi jangka rendah dengan modul yang dibeli sebelum merancang penggantian biaya yang lebih rendah.

Jangan lupa untuk mempertimbangkan keandalan rantai alat pemrograman Anda. Jika ada perangkat keras pemrograman dengan tujuan khusus, itu juga perlu bertahan selama beberapa dekade, dan Anda harus dapat berbicara dengannya. Bayangkan harus menggali PC DOS berusia 20-30 tahun dan memasang kartu ISA - jangan lupa untuk memilih jalur IRQ dan DMA secara manual! Sebagai alternatif, Anda mungkin harus membeli produk niche mahal yang menawarkan kompatibilitas ke belakang. Jika Anda mungkin perlu memodifikasi perangkat lunak, ingatlah bahwa alat-alat dan perpustakaan kompiler juga berubah, seringkali jauh lebih cepat daripada perangkat keras.

Juga pertimbangkan berapa lama MCU perlu berfungsi. Jika Anda ingin memiliki kesempatan berjalan yang layak selama beberapa dekade, Anda perlu mempertimbangkan hal-hal seperti retensi memori flash dan tingkat kegagalan jangka panjang. Jika Anda akan menukar chip setiap ~ 15 tahun, itu bukan masalah besar. Pabrikan harus memiliki informasi ini. Alih-alih murah, Anda mungkin melihat MCU yang dirancang untuk aplikasi yang sangat penting bagi keselamatan seperti dirgantara atau otomotif. Mereka sering datang dengan perangkat keras yang berlebihan dan jaminan kualitas yang lebih baik.

Salah satu opsi bisa jadi untuk menyimpan suku cadang Anda sendiri. Jika Anda membeli cukup, Anda mungkin bisa mendapatkan MCU dengan custom mask ROM dan menghindari masalah pemrograman / penyimpanan data sama sekali.

Pastikan semuanya didokumentasikan dengan sangat baik. MCU itu sendiri, perangkat lunak, alokasi memori, set instruksi CPU, semua antarmuka listrik, spesifikasi, dll.

Berikan jawaban serius kepada pengguna 44635. Apa yang terjadi jika persediaan suku cadang Anda mengering dalam 30 tahun, dan setiap penggantian yang masuk akal semuanya memiliki IOs 1,8V? Atau chip tertua yang dapat Anda temukan semuanya memiliki CPU ARM 32-bit (yang mulai melahap pasar 8-bit)? Papan terpisah memberi Anda opsi untuk menambahkan regulator tegangan, pemindah level, dan perangkat keras antarmuka lainnya jika yang terburuk terjadi.

Sementara beberapa pabrikan memiliki catatan yang lebih baik daripada yang lain, umur produk yang lama vs keusangan komponen penting ditujukan pada tingkat operasi daripada pada tingkat desain sirkuit.

Pertahankan perkiraan kuantitas mikrokontroler yang Anda perlukan. Pantau rantai pasokan. Ketika pabrikan mengumumkan status NRND, Anda - atau operasi Anda - akan berdecak kaget. Saat pabrikan mengumumkan keusangan yang akan datang, mereka akan memberi Anda hak pesanan terakhir . Anda mendapatkan jumlah yang telah Anda perkirakan, dan menyimpannya di lemari tahan api.

Ini tidak biasa di industri bersertifikat seperti perangkat medis, avionik, pertahanan. Saya telah melihat orang melakukan ini. Misalnya, pemasok OEM X menghasilkan modul WiFi untuk bidang perangkat medis. Modul ini menggunakan SoC vanilla sipil biasa untuk WiFi. SoC diproduksi oleh Broadcom untuk pasar konsumen. SoC diharapkan untuk tetap berproduksi hanya dalam satu atau dua tahun. Pemasok OEM X mengetahui dinamika ini. Mereka membeli SoC ini selama 10 tahun. Pemasok OEM X mengenakan biaya premium untuk suku cadang dengan masa pakai produk yang panjang. Pelanggan OEM mencegah sertifikasi ulang produk mereka yang mahal.

Biasanya, perangkat yang membutuhkan dukungan jangka panjang diproduksi dalam jumlah yang relatif kecil.

Pendekatan alternatif adalah dengan menggunakan bagian paling umum yang dapat Anda temukan, dan dalam kasus MCU adalah 8051 dan variannya. Ada banyak sumber untuk itu, bahkan klon soft core open source, alat pengembangan tersedia untuk platform apa pun dari DOS ke Windows 10. Sementara Microchip patut dipuji atas komitmennya, tidak mungkin untuk memprediksi selera perusahaan untuk merger dan akuisisi. dan dampaknya pada lini produk dan PIC hanya memiliki satu sumber.

Microchip mungkin merupakan pilihan terbaik Anda jika Anda membutuhkan pin yang kompatibel. Mereka telah sangat lambat untuk sepenuhnya pensiun bahkan produk-produk yang laris sekalipun seperti seri OTP 17, dan, seperti yang dikatakan Olin, Sanghi telah mengutarakan filosofi perusahaan tentang menjaga pasokan melalui boom dan bust, serta ketersediaan suku cadang yang berkelanjutan, yang juga sangat penting (bagian yang tidak dapat Anda peroleh selama 52 minggu, seperti yang terjadi pada beberapa dari kami dengan pemasok seperti M * t **** a, mungkin juga telah dihentikan seluruhnya). Bagian keusangan dapat dipicu oleh penurunan penjualan, tetapi juga perubahan dalam proses adalah faktor. Microchip memiliki fab mereka sendiri dan dapat menyimpan chip dalam bentuk wafer bahkan jika mereka pensiun suatu proses. Perusahaan Fabless harus menggunakan proses apa pun yang mereka dapat sumber dari foundrys.

Pasti menghindari segala sesuatu yang trendi - itu tidak biasa untuk menemukan bagian yang EOL setelah beberapa tahun. Sulit untuk diukur tetapi bagian-bagian yang digunakan dalam telepon seluler tidak akan diharapkan berada di sana selama itu. Bagian yang telah ada selama 5 tahun dan menjual volume ke basis pelanggan yang stabil dan luas (bukan hanya 3 pembuat tablet) adalah taruhan yang lebih baik daripada chip baru yang banyak diminati saat ini, meskipun sudah 5 tahun melalui seumur hidup produk. Dalam hal bagian yang memerlukan pengujian kualifikasi (seperti pengujian radiasi) dan bahkan perubahan pada kemasan dapat membahayakan itu, Anda mungkin dapat melakukan pembelian seumur hidup.

Lebih baik atau lebih buruk, ada sangat sedikit bagian mikrokontroler yang memiliki sumber kedua yang benar, dan yang melakukannya (seperti bagian inti 8051 lama Anda) tidak semua yang menarik dalam kinerja atau biaya.

Sebagai saran out-of-box, saya akan menyarankan mempertimbangkan melalui seluruh proses desain dengan dua bagian yang cukup mirip (misalnya dua chip ARM dari tipe inti yang sama) tetapi dari produsen yang berbeda dan memenuhi syarat keduanya . Itu hanya akan menambah jumlah kecil pada total biaya jika semuanya dilakukan di muka tetapi itu akan memberikan kepercayaan yang lebih baik terhadap pasokan yang berkelanjutan. Kelemahannya adalah bahwa setiap revisi memerlukan pengujian pada kedua bagian, dan mana yang dipilih sebagai sumber utama akan memiliki lebih banyak bidang sejarah.

The sederhana solusi, adalah memiliki cukup cadangan bagian disimpan untuk menyediakan lamanya waktu yang dibutuhkan. Jika bagian Anda memiliki MTTF 10 tahun, dan Anda perlu memberikan dukungan selama 100 tahun, Anda harus menyimpan 10 dari mereka. Jika Anda perlu memberikan dukungan ini ke 100 "stasiun," maka Anda membutuhkan total 1.000. Untuk memastikan bagian-bagian ini tersedia saat dibutuhkan, Anda jelas perlu menyimpannya di berbagai lokasi "aman". Jika biaya "polis asuransi" ini masuk akal, Anda mungkin ingin menggandakannya, untuk mengatasi kegagalan yang tidak terduga .