Развој на развојна табла за K1986BE1QI (авијација)

Пред неколку години се запознав со руски микроконтролери од Миландер. Беше 2013 година, кога инженерите енергично разговараа за првите резултати од Федералната целна програма „Развој на база на електронски компоненти и радио електроника“ за 2008-2015 година. Во тоа време, контролерот K1986BE9x (јадро Cortex-M3) веќе беше објавен, а контролерот 1986BE1T (јадро Cortex-M1) штотуку се појави. Во пластичната кутија, LQFP-144, во документацијата ја имаше ознаката K1986BE1QI (авијација), а на самиот чип ознаката MDR32F1QI. На веб-страницата на производителот го има наставката „avia“, бидејќи има интерфејси специфични за авионската индустрија (ARINC 429, MIL_STD_1553).

Изненадувачки, во времето на дистрибуција на овие контролери, компанијата Milander подготви комплети за дебагирање и библиотека со потпрограми за работа со периферни уреди, „но без никакви дополнителни гаранции или обврски во однос на исправноста на библиотеката“. Библиотеката е слична на Стандардната периферна библиотека од STMicroelectronics. Општо земено, сите ARM контролери изградени на Cortex-M јадрото имаат многу заедничко. Поради оваа причина, запознавањето со новите руски контролори продолжи брзо. И за оние кои купија брендирани комплети за дебагирање, беше обезбедена техничка поддршка за време на употребата.

Комплет за отстранување грешки за микроконтролер 1986BE1T, © Milander

Сепак, со текот на времето, почнаа да се појавуваат „детски болести“ на нови микроциркути и библиотеки. Примерите за тестирање на фирмверот работеа без видливи проблеми, но со значителни модификации, се случија падови и грешки. Првата „проголта“ во мојата пракса беа необјасниви неуспеси во работата на контролерот CAN. Една година подоцна, проблем со модулот беше откриен на контролорот 1986BE1T (авијација) на рана ревизија MKIO (мултиплекс канал за размена на информации). Генерално, сите ревизии на овие микроконтролери до 2016 година беа со ограничена употреба. Многу време и нерви поминаа за да се идентификуваат овие проблеми, чија потврда сега може да се најде во списоци со грешки (Errata).

Непријатна карактеристика беше тоа што беше неопходно да се работи и да се справиме со грешките не на табли за дебагирање, туку на прототипи на уреди што беа планирани за сериско фабричко производство. Таму обично немаше ништо освен JTAG конекторот. Поврзувањето со логички анализатор беше тешко и незгодно и обично немаше LED диоди или екрани. Поради оваа причина, во мојата глава се појави идејата да создадам сопствена табла за дебагирање.

Од една страна, на пазарот имаше брендирани комплети за дебагирање, како и прекрасни табли од компанијата LDM-Systems од Зеленоград. Од друга страна, цените на овие производи се фрапантни, а основната функционалност без картички за проширување не ги исполнува очекувањата. Табла со залемен контролер и пински конектор не ме интересира. И поинтересните табли се скапи.

Развојна табла MILANDR LDM-HELPER-K1986BE1QI-FULL, © LDM Systems

Компанијата Миландер има единствена политика на цени и маркетинг. Значи, можно е да се добијат бесплатни примероци на некои микроциркути, но ова е достапно само за правни лица и е поврзано со бирократска потрага. Општо земено, микроциркулите во метал-керамичко куќиште се златни во буквална и фигуративна смисла. На пример, контролорот 1986BE1T чини од 14 до 24 илјади рубли во Москва. Чипот за статичка меморија 1645RU6U чини од 15000 рубли. И ова е редоследот на цените за сите производи. Како резултат на тоа, дури и специјализираните истражувачки институти со владини нарачки заштедуваат пари и избегнуваат такви цени. Микроциркулите во пластична кутија за цивилна употреба се значително поевтини, но тие не се достапни од популарни добавувачи. Покрај тоа, квалитетот на микроциркулите во пластично куќиште, ми се чини, е полош од „златните“. На пример, не можев да го активирам контролерот K1986BE1QI на 128 MHz без да го зголемам параметарот за латентност на блицот. Во исто време, температурата на овој контролер се искачи на 40-50C. Но, контролерот од 1986BE1T („злато“) стартуваше на 128 MHz без дополнителни поставки и остана ладен. Тој е навистина добар.

„Златен“ микроконтролер 1986BE1T, (в) Миландер

Имав среќа што микроконтролер во пластично куќиште сè уште може да се купи на мало од LDM Systems, а сите дијаграми на таблата се слободно достапни. Лошата работа е што на веб-страницата на фотографијата на контролорот може да се види ознака која вели дека ова е 4-та ревизија од 2014 година, т.е. со дефекти. Долго размислував дали да купам или не. Вака поминаа неколку години...

Идејата за создавање табла за дебагирање не исчезна никаде. Постепено ги формирав сите барања и размислував како сето тоа да го поставам на една табла за да биде компактно и не скапо. Во исто време, ги нарачав компонентите што недостасуваат од Кинезите. Не брзав - направив сè за себе. Кинеските добавувачи се озлогласено невешт - морав да нарачам исто од различни места за да добијам се што ми требаше. Покрај тоа, се покажа дека некои од мемориските чипови се користени - очигледно залемени од скршени уреди. Ова подоцна ме прогонува.

Купувањето на микроконтролер Milander K1986BE1QI (воздух) не е лесна задача. Во истата продавница Chip and Dip, во делот „Предмети за нарачка“, најдов само K1986BE92QI за 740 рубли, но не ми одговараше. Единствената опција е да купите не-свежа ревизија од LDM-Systems за 2000 рубли. Бидејќи не можев да најдам замена на друго место, решив да го купам тоа што го имав. На мое пријатно изненадување, ми продадоа сосема нов контролер произведен во декември 2018 година, ревизија 6+ (1820). Но, на страницата се уште има стара фотографија, а во моментот на пишување контролерот не е достапен...

Микроконтролер K1986BE1QI (авијација) во технолошко пакување, (в) Фотографија на авторот

Главни технички карактеристики на мојата табла за отстранување грешки МДБ1986 следново:

• вграден дебагер-програмер, компатибилен со J-Link и CMSIS-DAP;
• статичка меморија 4Mbit (256k x 16, 10 ns);
• флеш мемориски чип 64Mbit, Winbond 25Q64FVSIG;
• RS-232 интерфејс трансивер со RTS и CTS линии;
• интерфејси и конектори за етернет, USB, CAN;
• MAX7 7221-сегментен дисплеј контролер;
• пински конектор за работа со MKIO (MIL_STD_1553) и ARINC429;
• фототранзистор Everlight PT17-21C;
• пет LED диоди во боја, копче за ресетирање и две кориснички копчиња;
• напојувањето на USB-портата е 5 волти;
• димензии на печатено коло 100 x 80, mm

Ми се допаднаа таблите од серијата STM-Discovery бидејќи имаат вграден програмер-дебагер - ST-Link. Брендираниот ST-Link работи само со контролери од STMicroelectronics, но пред неколку години стана возможно да се ажурира фирмверот во ST-Link и да се добие SEGGER J-Link OB (on-board) Debugger. Законски, постои ограничување за користење на таков дебагер само кај таблите STMicroelectronics, но всушност потенцијалот не е ограничен. Така, имајќи J-Link OB, можете да имате вграден програмер-дебагер на таблата за дебагирање. Забележувам дека производите на LDM-Systems го користат конверторот CP2102 (Usb2Uart), кој може само да трепка.

STM32F103C8T6 микроконтролери, реални и не толку реални, (в) Фотографија на авторот

Значи, беше неопходно да се купи оригиналниот STM32F103C8T6, бидејќи комерцијалниот фирмвер нема да работи правилно со клонот. Се сомневав во оваа теза и решив да го пробам контролерот CS32F103C8T6 од кинеската компанија CKS. Немам поплаки за самиот контролер, но комерцијалниот фирмвер ST-Link не работеше во него. J-Link работеше делумно - USB-уредот беше откриен, но програмерот не ги извршуваше своите функции и постојано потсетуваше дека е „неисправен“.

Грешка при извршување на дебагерот на неоригинален контролер

Не бев задоволен со ова и прво го напишав фирмверот за трепкање на ЛЕД, а потоа го имплементирав барањето IDCODE користејќи го протоколот JTAG. Програмерот ST-Link што го имав на таблата Discovery и програмата ST-Link Utility блеснаа без никакви проблеми на CS32F103C8T6 На крајот се уверив дека мојата плочка работи. На мое задоволство, целниот контролер K1986BE1QI (авијација) весело го издаде својот IDCODE преку линијата TDO.

Осцилограм на сигнална линија TDO со кодиран одговор IDCODE, (в) Фотографија од авторот

Така, пристаништето SWD ни се најде за отстранување грешки на самиот дебагер и проверка на IDCODE

Имаше опција со дебагер CMSIS-DAP (пристап за отстранување грешки). Да се ​​изгради проект од извори на АРМ не е лесна работа, јас го земав проектот X893, а потоа го пробав DAP42. За жал, Keil uVision замрзна и не сакаше да работи со нив. Како резултат на тоа, го заменив чипот за дебагер со сопствен STM32F103C8T6 и никогаш не се вратив на овој проблем.

Успешно функционирање на вградениот дебагер J-Link STLink V2

Кога беа достапни сите клучни компоненти на идната развојна табла, влегов во Eagle CAD и открив дека ги нема во библиотеката со елементи. Немаше каде да одам - ​​морав сам да ги нацртам. Во исто време, направив места за монтирање за меморија, HanRun конектор за Ethernet и додадов рамки за отпорници и кондензатори. Проектната датотека и библиотеката со компоненти може да се најдат на мојот GitHub.

Шематски дијаграм на развојната табла MDB1986

Плочката се напојува од 5 волти DC извор добиен од USB-портата. На плочката има вкупно две USB-тип-Б порти. Едниот е за програмерот, вториот е за контролерот K1986BE1QI. Одборот може да работи од кој било од овие извори или и двата истовремено. Наједноставното регулирање на оптоварувањето и заштитата на далноводите се имплементирани со помош на Шотки диоди, во колото D2 и D3 (SS24). Исто така, на дијаграмот можете да ги видите осигурувачите F1 и F2 за самообновување на 500 mA. Сигналните линии на USB-портата се заштитени со склоп на диоди USBLC6-2SC6.

Колото за дебагер-програмер ST-Link е познато на многумина, може да се најде во документацијата за табли STM32-Discovery и други извори. За почетниот фирмвер на клонот ST-Link/J-Link-OB/DAP (опционално), ги изнесов линиите SWDIO (PA13), SWCLK (PA14), GND. Многу луѓе користат UART за фирмвер и се принудени да ги повлечат џемперите за BOOT. Но, сметам дека SWD е поудобен, и овој протокол овозможува дебагирање.

Речиси сите компоненти на плочата се напојуваат со 3.3 волти, кои доаѓаат од регулаторот на напон AMS1117-3.3. За да се потиснат електромагнетните пречки и струјните бранови, се користат LC филтри од кондензатори и пригушници од серијата BLM31PG.

Одделно, вреди да се спомене двигателот на 7-сегментниот дисплеј MAX7221. Според спецификацијата, препорачаното напојување е од 4 до 5.5 волти, а високото ниво на сигнал (логично) е најмалку 3.5 V (0.7 x VCC), со напојување од 5V. За контролорот K1986BE1QI (авијација), излезот на логичката единица одговара на напон од 2.8 до 3.3 V. Очигледно постои несовпаѓање помеѓу нивоата на сигналот што може да го попречи нормалното функционирање. Решив да го напојувам MAX7221 на 4V и да ги намалам нивоата на сигналот на 2.8V (0.7 x 4 = 2.8). За да го направите ова, диодата D4 (RS1A или FR103) е инсталирана во серија во колото за напојување на возачот. Вкупниот пад на напонот е 0.9V (Шотки диода 0.3V и диода 0.6V), и сè работи.

Повеќето порти на микроконтролерот K1986BE1QI (авијација) се компатибилни со сигнали до 5V. Затоа, нема проблем со користење на MCP2551 CAN трансиверот, кој исто така работи на 5V. Чипот MAX232 е означен како трансивер RS-3232 на дијаграмот, но всушност користев SN65C3232D од Texas Instruments, бидејќи работи од 3.3V и обезбедува брзина до 1Mbit/s.

Плочката содржи 4 кварцни резонатори - еден за дебагерот (8 MHz) и три за целниот микроконтролер K1986BE1QI (авијација) со рејтинзи од 32.768 kHz, 16 MHz, 25 MHz. Ова се неопходни компоненти, бидејќи Параметрите на вградениот RC осцилатор се во широк опсег од 6 до 10 MHz. Потребна е фреквенција од 25 MHz за работа на вградениот етернет контролер. Поради некоја причина, на веб-страницата на Миландра (можеби по грешка) стои дека пластичната кутија нема етернет. Но, ние ќе се потпреме на спецификацијата и фактите.

Важен поттик за создавање на сопствена развојна табла беше можноста да работам со надворешната системска магистрала EBC (надворешна магистрала контролер), која во суштина е паралелна порта. Микроконтролерот K1986BE1QI (авион) ви овозможува да се поврзете и да работите со надворешни мемориски чипови и периферни уреди, на пример, ADC, FPGA итн. Можностите на надворешниот системски автобус се доста големи - можете да работите со 8-битна, 16-битна и 32-битна статична RAM, ROM и NAND Flash. За читање/запишување 32-битни податоци, контролорот може автоматски да изврши 2 соодветни операции за 16-битни чипови и 8 операции за 4-битни чипови. Очигледно, 32-битна I/O операција ќе се заврши најбрзо со 32-битна податочна магистрала. Недостатоците ја вклучуваат потребата програмата да работи со 32-битни податоци, а плочата ќе мора да постави 32 песни.

Искористени статични RAM чипови (погодете кој е неисправен)

Урамнотежено решение е да користите 16-битни мемориски чипови. Случајно имав чипови Integrated Silicon Solutions Inc. на залиха. (ISSI IS61LV25616AL, 16 x 256k, 10 ns, 3.3V). Се разбира, компанијата Milander има свои статични мемориски чипови серија 1645RU, но тие се премногу скапи и недостапни. Како алтернатива, има Samsung K6R4016V1D компатибилен со пинови. Претходно спомнав дека микроциркулите се испостави дека се користени и копијата што ја инсталирав првично даде неуспеси и хаотични вредности во 15-тата линија за податоци. Беа потребни неколку дена за да се пронајдат хардверски грешки и толку е поголемо чувството на задоволство кога го заменив оштетениот чип со работен. Како и да е, брзината на работа со надворешна меморија остава многу да се посакува.

Надворешен автобус и режим на самостоенМикроконтролерот K1986BE1QI (авион) има уникатен StandAlone режим, кој е дизајниран за директен надворешен пристап до Ethernet и MKIO контролери (MIL_STD_1553) преку надворешна магистрала, со јадрото во состојба на ресетирање, т.е. не се користи. Овој режим е погоден за процесори и FPGA кои немаат Ethernet и/или MKIO.
Дијаграмот за поврзување е како што следува:

• магистрала за податоци MCU(D0-D15) => SRAM(I/O0-I/O15),
• адресна магистрала MCU(A1-A18) => SRAM(A0-A17),
• контрола MCU(nWR,nRD,PortC2) => SRAM (WE,OE,CE),
• SRAM (UB, LB) се поврзани или влечат на земјата преку отпорник.

CE линијата е поврзана со напојувањето преку отпорник, пиновите за земање примероци од MCU бајтот (BE0-BE3) не се користат. Под спојлерот ја давам шифрата за иницијализирање на портите и надворешниот контролер на автобусот.

Иницијализирање на порти и EBC контролер (надворешен магистрален контролер)

void SRAM_Init (void)
{
	EBC_InitTypeDef          EBC_InitStruct = { 0 };
	EBC_MemRegionInitTypeDef EBC_MemRegionInitStruct = { 0 };
	PORT_InitTypeDef         initStruct = { 0 };

	RST_CLK_PCLKcmd (RST_CLK_PCLK_EBC, ENABLE);

	PORT_StructInit (&initStruct);
	//--------------------------------------------//
	// DATA PA0..PA15 (D0..D15)                   //
	//--------------------------------------------//
	initStruct.PORT_MODE      = PORT_MODE_DIGITAL;
	initStruct.PORT_PD_SHM    = PORT_PD_SHM_ON;
	initStruct.PORT_SPEED     = PORT_SPEED_FAST;
	initStruct.PORT_FUNC      = PORT_FUNC_MAIN;
	initStruct.PORT_Pin       = PORT_Pin_All;
	PORT_Init (MDR_PORTA, &initStruct);	
	//--------------------------------------------//
	// Address PF3-PF15 (A0..A12), A0 - not used. //
	//--------------------------------------------//
	initStruct.PORT_FUNC      = PORT_FUNC_ALTER;
	initStruct.PORT_Pin       = PORT_Pin_4  | PORT_Pin_5  |
	                            PORT_Pin_6  | PORT_Pin_7  |
	                            PORT_Pin_8  | PORT_Pin_9  |
								PORT_Pin_10 | PORT_Pin_11 |
	                            PORT_Pin_12 | PORT_Pin_13 |
								PORT_Pin_14 | PORT_Pin_15;
	PORT_Init (MDR_PORTF, &initStruct);	
	//--------------------------------------------//
	// Address PD3..PD0 (A13..A16)                //
	//--------------------------------------------//
	initStruct.PORT_FUNC      = PORT_FUNC_OVERRID;
	initStruct.PORT_Pin       = PORT_Pin_0 | PORT_Pin_1 |
	                            PORT_Pin_2 | PORT_Pin_3;
	PORT_Init (MDR_PORTD, &initStruct);	
	//--------------------------------------------//
	// Address PE3, PE4 (A17, A18)                //
	//--------------------------------------------//
	initStruct.PORT_FUNC      = PORT_FUNC_ALTER;
	initStruct.PORT_Pin       = PORT_Pin_3 | PORT_Pin_4;
	PORT_Init (MDR_PORTE, &initStruct);	
	//--------------------------------------------//
	// Control PC0,PC1 (nWE,nOE)                  //
	//--------------------------------------------//
	initStruct.PORT_FUNC      = PORT_FUNC_MAIN;
	initStruct.PORT_Pin       = PORT_Pin_0 | PORT_Pin_1;
	PORT_Init (MDR_PORTC, &initStruct);	
	//--------------------------------------------//
	// Control PC2 (nCE)                          //
	//--------------------------------------------//
	initStruct.PORT_PD        = PORT_PD_DRIVER;
	initStruct.PORT_OE        = PORT_OE_OUT;
	initStruct.PORT_FUNC      = PORT_FUNC_PORT;
	initStruct.PORT_Pin       = MDB_SRAM_CE;
	PORT_Init (MDR_PORTC, &initStruct);	

	//--------------------------------------------//
	// Initialize EBC controler                   //
	//--------------------------------------------//
	EBC_DeInit();
	EBC_StructInit(&EBC_InitStruct);
	EBC_InitStruct.EBC_Mode             = EBC_MODE_RAM;
	EBC_InitStruct.EBC_WaitState        = EBC_WAIT_STATE_3HCLK;
	EBC_InitStruct.EBC_DataAlignment    = EBC_EBC_DATA_ALIGNMENT_16;
	EBC_Init(&EBC_InitStruct);
	
	EBC_MemRegionStructInit(&EBC_MemRegionInitStruct);
	EBC_MemRegionInitStruct.WS_Active   = 2;
	EBC_MemRegionInitStruct.WS_Setup    = EBC_WS_SETUP_CYCLE_1HCLK;
	EBC_MemRegionInitStruct.WS_Hold     = EBC_WS_HOLD_CYCLE_1HCLK;
	EBC_MemRegionInitStruct.Enable_Tune = ENABLE;
	EBC_MemRegionInit (&EBC_MemRegionInitStruct, EBC_MEM_REGION_60000000);
	EBC_MemRegionCMD(EBC_MEM_REGION_60000000, ENABLE);

	// Turn ON RAM (nCE)
	PORT_ResetBits (MDR_PORTC, MDB_SRAM_CE);
}

Микроконтролерот во пакетот LQFP-144 и меморијата во пакетот TSOP-44 имаат многу поврзани пинови и заземаат многу простор на плочата за печатено коло. Имајќи искуство во решавање на проблеми за оптимизација во областа на економијата, ми беше очигледно дека е неопходно прво да се постават овие микроциркути на таблата. Во различни извори наидов на пофални критики за CAD TopoR (тополошки рутер). Ја преземав пробната верзија и можев да го извезам мојот проект од Eagle CAD таму дури откако ги отстранив скоро сите компоненти. За жал, програмата TopoR не ми помогна да поставам ниту 10 елементи на таблата. Прво, сите компоненти беа поставени во агол, а потоа наредени по работ. Не бев задоволен со оваа опција и долго време ја следев таблата рачно во познатото опкружување Eagle CAD.

Важен елемент на плочата за печатено коло е печатењето со свилен екран. Развојната табла не само што мора да има етикети за електронските компоненти, туку и сите конектори мора да бидат означени. На задната страна на таблата поставив табели со функциите на портите на контролорот (главна, алтернативна, префрлена, вистинска). Нарачав производство на печатени плочки во Кина од добро познатата канцеларија на PCBWay. Нема да го пофалам бидејќи квалитетот е добар. Тие можат подобро, со построги толеранции, но за плаќање.

Произведени печатени плочки MDB1986, (в) Фотографија од авторот

Морав да ги лемам компонентите „на колена“ со рачка за лемење од 40 вати и лемење POS-61, бидејќи ретко лем, 1-2 пати годишно, а пастата за лемење се исуши. Исто така, морав да го сменам кинескиот контролер CS32F103 на оригиналниот STM32F103, а потоа и да ја заменам меморијата. Во принцип, сега сум целосно задоволен од резултатот, иако сè уште не сум ја проверил работата на RS-232 и CAN.

MDB1986 табла за отстранување грешки во работа - свети и се загрева, (в) Фотографија од авторот

На веб-страницата Миландра можете да најдете доволно едукативни материјали за контролори за учење серија 1986BE9 (јадро Cortex-M3), но за микроконтролерот K1986BE1QI (авијација) не гледам ништо таму. Откако ги погледнав материјалите, прирачниците и лабораториските работи за универзитетите објавени таму, мило ми е што персоналот се обучува низ целата земја за работа со руски контролори. Повеќето материјали за обука се подготвуваат за работа со I/O порти, тајмери, ADC, DAC, SPI, UART. Се користат различни средини за развој на IDE (Keil, IAR, CodeMaster). Некаде програмираат користејќи CMSIS регистри, а некаде ја користат библиотеката MDR. Мора да се спомене ресурс Започнете Миландр, кој содржи многу написи од практични програмери. И, се разбира, не треба да заборавиме Форум Миландра.

Размислував за МиландраМикроелектрониката се развива во Русија, а компанијата Миландер игра истакната улога во овој процес. Се појавуваат нови интересни микроконтролери, на пример, 1986BE81T и Elektrosila со интерфејси SpaceWire и MKIO (исто како во 1986BE1 и, можеби, со истите проблеми) итн. Но, обичните студенти, наставниците и градежните инженери не можат да купат такви микроциркути. Ова значи дека инженерската заедница нема да може брзо да ги идентификува грешките и проблемите со овој чип. Ми се чини дека најпрво е потребно да се изработат микроциркути во пластично куќиште, да се дистрибуираат до сите заинтересирани, а по одобрување (латински approbatio - одобрување, препознавање) од специјалисти, тие можат да подготват ревизија во метал-керамичко куќиште со заштита од сите страшни фактори. Се надевам дека во блиска иднина СИТЕ ќе бидеме задоволни од новите проекти најавени на изложбите.
Таблата за дебагирање што ја развив може да се повтори, модифицира и користи секој во образовниот процес. Најпрво ја направив таблата за себе, но испадна толку добро што Решив да споделам со сите.

K1986BE1QI (воздух) е многу интересен контролер со уникатни интерфејси што може да се користат на универзитетите за да се подучуваат студентите. Мислам дека по коригирање на грешките идентификувани во контролорот и полагање на тестови за сертификација, контролорот ќе лета во вистинска смисла на зборот!

Извор: www.habr.com