Wie plane ich ein Produkt mit langer Reichweite und Mikrocontroller, das langfristige Unterstützung benötigt?

Ich muss einen Mikrocontroller auf einem System verwenden, das lange (Jahrzehnte) ohne größere Änderungen funktionieren muss. Um sicherzustellen, dass es immer Ersatzteile gibt, benötige ich einen Mikrocontroller, der auf lange Sicht von einigen Herstellern in einer Firmware-Binär- und Encapsulation-Pin-kompatiblen Weise hergestellt oder hergestellt wird. Was kann ich tun, um sicherzustellen, dass der von mir ausgewählte Mikrocontroller diese Kriterien erfüllt?

Die Anwendung benötigt nicht viel Rechenleistung. Ihr Ziel ist die Steuerung von Motoren und anderen industriellen Systemen. Ein Mikrocontroller mit 8 Bits, der den Status von ca. 8-16 E / A-Pins bei einer Frequenz von 0,5-1 MHz ändern kann, ist in Ordnung. Ein ADC kann wertvoll sein, aber durch einen einfachen externen Komparator ersetzt werden.

Die FPGA-Hersteller sagen, wenn Sie einen "Soft-Core", dh einen in VHDL geschriebenen Mikrocontroller, verwenden, kann das VHDL-Design auf jeder zukünftigen programmierbaren FPGA-Hardware implementiert werden, wodurch Sie von der Wahrscheinlichkeit befreit werden, dass eine bestimmte Hardware ausgeht der Produktion.

Um dieses Argument zu kaufen, müssten Sie davon ausgehen, dass programmierbare Hardware weiterhin über Ihre Zeitspanne verfügbar sein wird (was wahrscheinlich ist) und weiterhin in Chipgrößen, Kosten und Spannungen verfügbar sein wird, die für Ihr Produkt geeignet sind (was ich schwieriger finde) glauben). Um diesen Ansatz zu verwenden, müssten Sie akzeptieren, dass Sie möglicherweise ein neues Hardware-Design erstellen müssen, um ein neues Paket zu akzeptieren, das Ihr Objekt in gewisser Weise ohne größere Änderungen überlistet.

Mein Ansatz und mein Rat wäre, Ihre Steuerungsverarbeitung vom Rest der Schaltung auf einer kleinen Platine zu isolieren und Ihre eigene Schnittstelle zu dieser zu definieren. Je weniger Pins, desto besser. Vielleicht macht SPI eine geeignete Schnittstelle oder einen Nybble-Bus mit Datenlese- / Schreib- und Adress-Strobes. Wenn der von Ihnen gewählte Prozessor während der Produktlebensdauer veraltet ist, müssen Sie nur eine kleine Karte neu entwerfen und testen, anstatt eine große Karte mit wichtigen analogen Produktfunktionen.

Programmieren Sie den Steuerprozessor in C. Teilen Sie Ihren Code streng in allgemeine Algorithmen und Hardware-Schnittstellenmodule auf. Wenn sich dann bestimmte Hardwareteile ändern müssen, haben Sie das Umschreiben auf eine kleine Anzahl von Modulen beschränkt und kriechen nicht im gesamten Code.

Wählen Sie eine geeignete Spannung, ich würde beispielsweise 3,3 V bis 5 V bevorzugen.

Wenn Sie sich für eine kleine Steuerplatine entscheiden, kann es schlimmer sein, einen Formfaktor zu wählen, der mit einer verfügbaren Arduino- oder PIC-Entwicklungsplatine übereinstimmt. Dann haben Ihre Entwicklung und Ihr Prototyping einen Vorsprung, und Sie können sogar mit gekauften Modulen eine Kleinserienproduktion starten, bevor Sie einen kostengünstigeren Ersatz entwickeln.

Vergessen Sie nicht, die Zuverlässigkeit Ihrer Programmier-Toolchain zu berücksichtigen. Wenn es spezielle Programmierhardware gibt, muss diese auch jahrzehntelang halten und Sie müssen in der Lage sein, mit ihr zu sprechen. Stellen Sie sich vor, Sie müssen einen 20-30 Jahre alten DOS-PC ausgraben und eine ISA-Karte installieren - vergessen Sie nicht, die IRQ- und DMA-Leitungen manuell auszuwählen! Alternativ müssen Sie möglicherweise ein teures Nischenprodukt kaufen, das Abwärtskompatibilität bietet. Wenn Sie die Software möglicherweise ändern müssen, beachten Sie, dass sich auch die Compiler-Tools und -Bibliotheken ändern, häufig viel schneller als die Hardware.

Überlegen Sie auch, wie lange die MCU benötigt, um zu funktionieren. Wenn Sie möchten, dass es jahrzehntelang einwandfrei funktioniert, müssen Sie Dinge wie die Beibehaltung des Flash-Speichers und langfristige Ausfallraten berücksichtigen. Wenn Sie den Chip alle ~ 15 Jahre austauschen, ist das kein so großes Problem. Hersteller sollten diese Informationen haben. Anstatt billig zu werden, sollten Sie sich MCUs ansehen, die für sicherheitskritische Anwendungen wie Luft- und Raumfahrt oder Automobilindustrie entwickelt wurden. Sie werden häufig mit redundanter Hardware und besseren Qualitätsgarantien geliefert.

Eine Möglichkeit könnte darin bestehen, eigene Ersatzteile zu lagern. Wenn Sie genug kaufen, können Sie möglicherweise eine MCU mit einem benutzerdefinierten Masken-ROM erwerben und das Programmier- / Datenerhaltungsproblem vollständig vermeiden.

Stellen Sie sicher, dass alles sehr gut dokumentiert ist. Die MCU selbst, die Software, die Speicherzuordnung, der CPU-Befehlssatz, alle elektrischen Schnittstellen, Spezifikationen usw.

Erwägen Sie die Antwort von user44635 ernsthaft. Was passiert, wenn Ihre Ersatzteilversorgung in 30 Jahren versiegt und alle vernünftigen Ersatzteile 1,8 V IOs haben? Oder die ältesten Chips, die Sie finden können, haben alle 32-Bit-ARM-CPUs (die beginnen, den 8-Bit-Markt zu verschlingen)? Auf einer separaten Platine können Sie im schlimmsten Fall Spannungsregler, Pegelumsetzer und andere Schnittstellenhardware hinzufügen.

Während einige Hersteller eine bessere Bilanz als andere haben, wird die lange Produktlebensdauer im Vergleich zum Veralten kritischer Komponenten eher auf der Betriebsebene als auf der Ebene des Schaltungsdesigns angesprochen.

Führen Sie eine fortlaufende Prognose der Anzahl der benötigten Mikrocontroller durch. Überwachen Sie die Lieferkette. Wenn der Hersteller den NRND-Status ankündigt, sollten Sie - oder Ihre Operationen - aufhorchen. Wenn der Hersteller eine Veralterung ankündigt, gibt er Ihnen das Recht auf die letzte Bestellung . Sie beschaffen die von Ihnen prognostizierte Menge und lagern sie in einem druckfesten Schrank.

Dies ist in zertifizierten Branchen wie Medizintechnik, Avionik und Verteidigung keine Seltenheit. Ich habe Leute gesehen, die das getan haben. Zum Beispiel produziert ein OEM-Zulieferer X WiFi-Module für den Bereich Medizinprodukte. Das Modul verwendet einen einfachen Vanille-SoC für WiFi. Der SoC wird von Broadcom für den Verbrauchermarkt hergestellt. Es wird erwartet, dass der SoC nur ein oder zwei Jahre in Produktion bleibt. OEM-Zulieferer X ist sich dieser Dynamik bewusst. Sie beschaffen diesen SoC im Wert von 10 Jahren. Der OEM-Zulieferer X berechnet eine Prämie für ein Teil mit einer garantierten langen Lebensdauer. OEM-Kunden ersparen sich kostspielige Rezertifizierungen ihres Produkts.

In der Regel werden Geräte, die eine langfristige Unterstützung erfordern, in relativ kleinen Mengen hergestellt.

Ein alternativer Ansatz besteht darin, das allgemeinste Teil zu verwenden, das Sie finden können. Bei MCUs handelt es sich um den 8051 und seine Varianten. Es gibt viele Quellen dafür, sogar einen Open-Source-Soft-Core-Klon. Die Entwicklungstools stehen für jede Plattform von DOS bis Windows 10 zur Verfügung. Microchip ist zwar für sein Engagement lobenswert, es ist jedoch nicht möglich, den Appetit des Unternehmens auf Fusionen und Übernahmen vorherzusagen und seine Auswirkungen auf Produktlinien und PIC haben nur eine Quelle.

Microchip ist wahrscheinlich die beste Wahl, wenn Sie pin-kompatible Teile benötigen. Selbst langsam verkaufte Produkte wie die OTP 17-Serie wurden nur sehr langsam aus dem Verkehr gezogen, und wie Olin sagt, hat Sanghi eine Unternehmensphilosophie zum Ausdruck gebracht, die es sich zum Ziel gesetzt hat, die Versorgung durch Boom und Bust sowie die kontinuierliche Verfügbarkeit von Ersatzteilen aufrechtzuerhalten sehr wichtig (ein Teil, das man 52 Wochen lang nicht bekommen kann, wie es einigen von uns mit Zulieferern wie M * t **** a passiert ist, hätte genauso gut ganz eingestellt werden können). Obsoleszenz von Teilen kann durch sinkende Umsätze ausgelöst werden, aber auch Prozessänderungen spielen eine Rolle. Microchip besitzt eigene Fabriken und kann Chips in Waffelform lagern, selbst wenn sie einen Prozess einstellen. Fabless-Unternehmen müssen alle Prozesse verwenden, die sie von den Foundrys beziehen können.

Vermeiden Sie auf jeden Fall irgendetwas Trendiges - es ist nicht ungewöhnlich, Teile zu finden, die nach ein paar Jahren EOL sind. Es ist schwer zu quantifizieren, aber es ist nicht zu erwarten, dass Teile, die in Mobiltelefonen verwendet werden, so lange im Umlauf sind. Ein Teil, das bereits seit 5 Jahren im Handel ist und an einen stabilen und breiten Kundenstamm (nicht nur an 3 Tablet-Hersteller) verkauft wird, ist eine bessere Wahl als ein neuer Chip, der derzeit stark nachgefragt wird, obwohl er sich über 5 Jahre erstreckt Produktlebensdauer bereits. Im Fall von Teilen, für die Qualifizierungstests erforderlich sind (z. B. Bestrahlungstests), und sogar Änderungen an der Verpackung können diese gefährdet sein.

Ob gut oder schlecht, es gibt nur sehr wenige Mikrocontrollerteile, die eine echte zweite Quelle haben, und diejenigen, die dies tun (wie die alten 8051-Kernteile), sind in Bezug auf Leistung oder Kosten nicht besonders attraktiv.

Als Standardvorschlag würde ich vorschlagen, den gesamten Entwurfsprozess mit zwei ziemlich ähnlichen Teilen (z. B. zwei ARM-Chips eines ähnlichen Kerntyps) zu durchlaufen, die jedoch von verschiedenen Herstellern stammen, und beide zu qualifizieren . Dies würde zu den Gesamtkosten nur einen geringen Betrag hinzufügen, wenn alles von vornherein erledigt wird, aber es würde ein viel besseres Vertrauen in die weitere Versorgung geben. Der Nachteil ist, dass jede Revision Tests an beiden Teilen erfordert und je nachdem, welche als primäre Quelle ausgewählt wird, die Feldhistorie größer ist.

Die einfachste Lösung besteht darin, genügend Ersatzteile aufzubewahren, um die erforderliche Zeitspanne bereitzustellen. Wenn Ihr Teil eine MTTF von 10 Jahren hat und Sie 100 Jahre lang Support leisten müssen, müssen Sie 10 davon aufbewahren. Wenn Sie diese Unterstützung für 100 "Stationen" bereitstellen müssen, benötigen Sie insgesamt 1.000. Um sicherzustellen, dass diese Teile bei Bedarf verfügbar sind, müssen Sie sie offensichtlich an verschiedenen "sicheren" Orten aufbewahren. Wenn die Kosten dieser "Versicherungspolice" angemessen sind, können Sie sie verdoppeln, um unerwartete Fehler zu beheben.