Làm cách nào để lập kế hoạch cho một sản phẩm tầm xa với vi điều khiển cần hỗ trợ dài hạn?

Tôi cần sử dụng một vi điều khiển trên một hệ thống phải hoạt động mà không có thay đổi lớn trong một thời gian dài (nhiều thập kỷ). Để đảm bảo luôn có các bộ phận thay thế, tôi cần một bộ vi điều khiển sẽ được sản xuất hoặc sản xuất lâu dài bởi một số nhà sản xuất theo cách thức tương thích với mã nhị phân và pin đóng gói. Tôi có thể làm gì để đảm bảo rằng vi điều khiển tôi chọn đáp ứng các tiêu chí này?

Ứng dụng này không cần nhiều sức mạnh tính toán. Mục đích của nó là để điều khiển động cơ và các hệ thống công nghiệp khác. Một bộ vi điều khiển gồm 8 bit có khả năng thay đổi trạng thái của khoảng 8-16 chân IO ở tần số 0,5-1 MHz là OK. Một ADC có thể có giá trị, nhưng có thể được thay thế bằng một bộ so sánh bên ngoài đơn giản.

Các nhà sản xuất đồ họa cho biết nếu bạn sử dụng 'lõi mềm', nghĩa là, một vi điều khiển được viết bằng VHDL, thì thiết kế VHDL có thể được thực hiện trên bất kỳ phần cứng đồ họa lập trình nào trong tương lai, do đó giải phóng bạn khỏi khả năng xảy ra bất kỳ phần cứng cụ thể nào. của sự sản xuất.

Để mua đối số đó, bạn cần phải giả định rằng phần cứng có thể lập trình sẽ tiếp tục khả dụng trong khoảng thời gian của bạn (có thể xảy ra) và sẽ tiếp tục có sẵn ở kích cỡ chip, chi phí và điện áp phù hợp với sản phẩm của bạn (mà tôi thấy khó hơn tin tưởng). Để sử dụng phương pháp này, bạn sẽ phải chấp nhận rằng bạn có thể cần phải thực hiện một thiết kế phần cứng mới để chấp nhận một gói mới, điều này sẽ đánh bại đối tượng của bạn không có thay đổi lớn.

Cách tiếp cận của tôi, và lời khuyên của tôi sẽ là, cách ly xử lý điều khiển của bạn với phần còn lại của mạch trên một bảng nhỏ và xác định giao diện của riêng bạn với nó, càng ít chân càng tốt. Có lẽ SPI tạo ra một giao diện phù hợp, hoặc một chiếc xe buýt nhỏ với dữ liệu đọc / ghi và ghi địa chỉ. Sau đó, nếu bộ xử lý được chọn của bạn trở nên lỗi thời trong suốt thời gian sử dụng sản phẩm, bạn chỉ phải thiết kế lại và kiểm tra một bảng nhỏ, thay vì một bảng lớn với các chức năng sản phẩm tương tự quan trọng trên đó.

Lập trình bộ xử lý điều khiển trong C. Chia mã của bạn thành thuật toán chung và các mô-đun giao diện phần cứng. Sau đó, nếu các bit cụ thể của phần cứng phải thay đổi, bạn đã tách phần ghi lại thành một số lượng nhỏ các mô-đun và không thu thập dữ liệu trên toàn bộ mã của bạn.

Chọn một điện áp phù hợp, ví dụ tôi thích 3,3v đến 5v.

Khi bạn chọn bảng điều khiển nhỏ của mình, bạn có thể làm điều tồi tệ hơn là chọn một yếu tố hình thức phù hợp với bảng phát triển Arduino hoặc PIC có sẵn. Sau đó, quá trình phát triển và tạo mẫu của bạn sẽ được cải thiện và thậm chí bạn có thể bắt đầu sản xuất ở mức thấp với các mô-đun đã mua trước khi thiết kế thay thế chi phí thấp hơn.

Đừng quên xem xét độ tin cậy của chuỗi công cụ lập trình của bạn. Nếu có phần cứng lập trình cho mục đích đặc biệt, nó cũng cần tồn tại trong nhiều thập kỷ và bạn phải có khả năng nói chuyện với nó. Hãy tưởng tượng bạn phải đào PC DOS 20-30 năm tuổi và cài đặt thẻ ISA - đừng quên chọn thủ công các dòng IRQ và DMA! Thay phiên, bạn có thể phải mua một sản phẩm thích hợp đắt tiền cung cấp khả năng tương thích ngược. Nếu bạn có thể cần sửa đổi phần mềm, hãy nhớ rằng các công cụ và thư viện trình biên dịch cũng thay đổi, thường nhanh hơn nhiều so với phần cứng.

Cũng xem xét MCU cần bao lâu để hoạt động. Nếu bạn muốn nó có cơ hội tốt để chạy trong nhiều thập kỷ, bạn cần xem xét những thứ như duy trì bộ nhớ flash và tỷ lệ thất bại dài hạn. Nếu bạn định đổi chip sau mỗi 15 năm, thì đó không phải là vấn đề lớn. Các nhà sản xuất nên có thông tin này. Thay vì rẻ tiền, bạn có thể xem MCU được thiết kế cho các ứng dụng quan trọng về an toàn như hàng không vũ trụ hoặc ô tô. Chúng thường đi kèm với phần cứng dự phòng và đảm bảo chất lượng tốt hơn.

Một lựa chọn có thể là lưu trữ phụ tùng của riêng bạn. Nếu bạn mua đủ, bạn có thể có được MCU với ROM mặt nạ tùy chỉnh và tránh hoàn toàn vấn đề lưu giữ dữ liệu / lập trình.

Hãy chắc chắn rằng tất cả mọi thứ là tài liệu rất tốt. Bản thân MCU, phần mềm, cấp phát bộ nhớ, tập lệnh CPU, tất cả các giao diện điện, thông số kỹ thuật, v.v.

Hãy xem xét câu trả lời nghiêm túc của user44635. Điều gì xảy ra nếu nguồn cung cấp các bộ phận thay thế của bạn cạn kiệt trong 30 năm và bất kỳ sự thay thế hợp lý nào đều có IO 1.8V? Hoặc những con chip lâu đời nhất bạn có thể tìm thấy đều có CPU ARM 32 bit (đang bắt đầu nuốt chửng thị trường 8 bit)? Một bảng riêng biệt cung cấp cho bạn tùy chọn thêm bộ điều chỉnh điện áp, bộ thay đổi mức và phần cứng giao diện khác nếu điều tồi tệ nhất xảy ra.

Trong khi một số nhà sản xuất có thành tích tốt hơn những nhà sản xuất khác, tuổi thọ sản phẩm dài so với sự lỗi thời của các thành phần quan trọng được đề cập ở cấp độ hoạt động thay vì ở cấp thiết kế mạch.

Duy trì dự báo liên tục về số lượng vi điều khiển mà bạn sẽ yêu cầu. Giám sát chuỗi cung ứng. Khi nhà sản xuất thông báo trạng thái NRND, bạn - hoặc các hoạt động của bạn - sẽ bịt tai. Khi nhà sản xuất thông báo lỗi thời sắp tới, họ sẽ cung cấp cho bạn quyền đặt hàng cuối cùng . Bạn mua số lượng mà bạn đã dự báo và lưu trữ trong tủ flameproof.

Đây không phải là hiếm trong các ngành công nghiệp được chứng nhận như thiết bị y tế, hệ thống điện tử hàng không, quốc phòng. Tôi đã thấy mọi người làm điều này. Ví dụ: nhà cung cấp OEM X sản xuất các mô-đun WiFi cho lĩnh vực thiết bị y tế. Các mô-đun sử dụng một SoC vanilla dân sự đơn giản cho WiFi. SoC được sản xuất bởi Broadcom cho thị trường tiêu dùng. SoC dự kiến ​​sẽ ở lại sản xuất chỉ một hoặc hai năm. Nhà cung cấp OEM X nhận thức được động lực này. Họ mua 10 năm giá trị của các SoC này. Nhà cung cấp OEM X tính phí bảo hiểm cho một phần với tuổi thọ sản phẩm được đảm bảo. Khách hàng của OEM ngăn chặn việc chứng nhận lại chi phí cho sản phẩm của họ.

Thông thường, các thiết bị cần hỗ trợ dài hạn được sản xuất với số lượng tương đối nhỏ.

Một cách tiếp cận khác là sử dụng phần chung nhất mà bạn có thể tìm thấy, và trong trường hợp MCU, đó là 8051 và các biến thể của nó. Có rất nhiều nguồn cho nó, thậm chí là một bản sao lõi mềm nguồn mở, các công cụ phát triển có sẵn cho bất kỳ nền tảng nào từ DOS đến Windows 10. Mặc dù Microchip rất đáng khen ngợi cho cam kết của nó, nhưng không thể dự đoán sự thèm muốn của công ty đối với việc sáp nhập và mua lại và tác động của nó lên các dòng sản phẩm và PIC chỉ có một nguồn.

Microchip có lẽ là sự lựa chọn tốt nhất của bạn nếu bạn cần các bộ phận tương thích pin. Họ đã rất chậm để nghỉ hưu hoàn toàn ngay cả các sản phẩm bán chậm như loạt OTP 17, và, như Olin nói, Sanghi đã thể hiện một triết lý của công ty về việc duy trì nguồn cung thông qua sự bùng nổ và phá sản cũng như tiếp tục có sẵn các bộ phận, cũng là rất quan trọng (một phần bạn không thể nhận được trong 52 tuần, như đã xảy ra với một số người trong chúng tôi với các nhà cung cấp như M * t **** a, cũng có thể đã bị ngừng hoàn toàn). Lỗi thời một phần có thể được kích hoạt bởi doanh số giảm, nhưng cũng có những thay đổi trong quá trình là một yếu tố. Microchip sở hữu bộ phận riêng của họ và có thể dự trữ chip ở dạng wafer ngay cả khi họ nghỉ hưu. Các công ty tuyệt vời phải sử dụng bất kỳ quy trình nào họ có thể lấy nguồn từ Foundrys.

Chắc chắn tránh bất cứ điều gì hợp thời trang - không có gì lạ khi tìm thấy các bộ phận là EOL sau một vài năm. Thật khó để định lượng nhưng các bộ phận được sử dụng trong điện thoại di động sẽ không thể tồn tại lâu như vậy. Một bộ phận đã tồn tại được 5 năm và đang bán với số lượng lớn cho một cơ sở khách hàng ổn định và rộng rãi (không chỉ 3 nhà sản xuất máy tính bảng) là một lựa chọn tốt hơn so với một con chip mới đang có nhu cầu cao ngay bây giờ, mặc dù đã 5 năm trôi qua. trọn đời sản phẩm rồi. Trong trường hợp các bộ phận yêu cầu kiểm tra trình độ (như kiểm tra bức xạ) và thậm chí thay đổi trong bao bì có thể gây nguy hiểm cho điều đó, bạn có thể mua cả đời.

Dù tốt hay xấu, có rất ít bộ phận vi điều khiển có nguồn thứ hai thực sự và những bộ phận làm (chẳng hạn như bộ phận lõi 8051 của bạn) không hấp dẫn lắm về hiệu năng hoặc chi phí.

Là một gợi ý vượt trội, tôi sẽ đề nghị xem xét việc thực hiện toàn bộ quá trình thiết kế với hai phần khá giống nhau (ví dụ: hai chip ARM cùng loại lõi) nhưng từ các nhà sản xuất khác nhau và đủ điều kiện cả hai . Điều đó sẽ chỉ thêm một khoản nhỏ vào tổng chi phí nếu tất cả được thực hiện trước nhưng nó sẽ mang lại sự tự tin hơn nhiều về nguồn cung tiếp tục. Nhược điểm là mọi sửa đổi đều yêu cầu thử nghiệm trên cả hai phần và bất kỳ phần nào được chọn làm nguồn chính sẽ có nhiều lịch sử trường hơn.

Các đơn giản nhất giải pháp, là phải có đủ phụ tùng phần lưu trữ để cung cấp độ dài của thời gian cần thiết. Nếu phần của bạn có MTTF là 10 năm và bạn cần cung cấp hỗ trợ trong 100 năm, bạn cần lưu trữ 10 trong số chúng. Nếu bạn cần cung cấp hỗ trợ này cho 100 "trạm", thì bạn cần tổng cộng 1.000. Để đảm bảo các bộ phận này có sẵn khi cần, rõ ràng bạn cần lưu trữ chúng ở nhiều địa điểm "an toàn" khác nhau. Nếu chi phí của "chính sách bảo hiểm" này là hợp lý, bạn có thể muốn nhân đôi nó, để xử lý mọi sự cố không mong muốn .