¿Cómo planifico un producto de largo alcance con microcontrolador que necesita soporte a largo plazo?

Necesito usar un microcontrolador en un sistema que debe permanecer funcionando sin cambios importantes durante mucho tiempo (décadas). Para asegurar que siempre habrá piezas de repuesto, necesito un microcontrolador que será producido a largo plazo o producido por algunos fabricantes en un binario de firmware y de forma compatible con pin de encapsulación. ¿Qué puedo hacer para asegurarme de que el microcontrolador que elijo cumpla con estos criterios?

La aplicación no necesita mucha potencia informática. Su objetivo es controlar motores y otros sistemas industriales. Un microcontrolador de 8 bits capaz de cambiar el estado de aproximadamente 8-16 pines IO a una frecuencia de 0.5-1 MHz está bien. Un ADC puede ser valioso, pero puede ser reemplazado por un simple comparador externo.

Los fabricantes de FPGA dicen que si usa un 'núcleo blando', es decir, un microcontrolador escrito en VHDL, entonces ese diseño VHDL puede implementarse en cualquier hardware FPGA programable futuro, lo que lo libera de la probabilidad de que salga cualquier pieza de hardware en particular de produccion.

Para comprar ese argumento, debe asumir que el hardware programable seguirá estando disponible durante su intervalo de tiempo (lo cual es probable), y continuará estando disponible en tamaños de chip, costos y voltajes que se adaptarán a su producto (lo cual me resulta más difícil) creer). Para utilizar este enfoque, tendría que aceptar que es posible que deba hacer un nuevo diseño de hardware para aceptar un nuevo paquete, lo que anula su objetivo de que no haya cambios importantes.

Mi enfoque, y mi consejo sería, aislar su procesamiento de control del resto de los circuitos en una placa pequeña, y definir su propia interfaz, cuantos menos pines, mejor. Quizás SPI crea una interfaz adecuada, o un bus nybble con lectura / escritura de datos y luces estroboscópicas de direcciones. Luego, si su procesador elegido queda obsoleto durante la vida útil del producto, solo tiene que rediseñar y probar una placa pequeña, en lugar de una placa grande con funciones vitales de productos analógicos.

Programe el procesador de control en C. Divida su código estrictamente en algoritmos genéricos y módulos de interfaz de hardware. Luego, si es necesario cambiar partes concretas de hardware, ha aislado la reescritura en una pequeña cantidad de módulos y no está rastreando todo el código.

Elija un voltaje adecuado, preferiría 3.3v a 5v por ejemplo.

Cuando elige su pequeña placa de control, podría hacer algo peor que elegir un factor de forma que coincida con una placa de desarrollo Arduino o PIC disponible. Luego, su desarrollo y creación de prototipos aumentan, e incluso puede comenzar una producción de bajo rendimiento con módulos comprados antes de diseñar un reemplazo de menor costo.

No olvides considerar la confiabilidad de tu cadena de herramientas de programación. Si hay un hardware de programación de propósito especial, también debe durar décadas, y debes poder hablar con él. Imagine tener que desenterrar una PC DOS de 20-30 años e instalar una tarjeta ISA. ¡No se olvide de seleccionar manualmente las líneas IRQ y DMA! Alternativamente, es posible que tenga que comprar un producto nicho caro que ofrece compatibilidad con versiones anteriores. Si necesita modificar el software, recuerde que las herramientas y bibliotecas del compilador también cambian, a menudo mucho más rápido que el hardware.

Considere también cuánto tiempo necesita funcionar la MCU. Si desea que tenga una buena posibilidad de funcionar durante muchas décadas, debe tener en cuenta cosas como la retención de memoria flash y las tasas de falla a largo plazo. Si va a cambiar el chip cada ~ 15 años, eso no es un problema tan grande. Los fabricantes deben tener esta información. En lugar de ir barato, puede mirar MCU diseñados para aplicaciones críticas de seguridad como aeroespacial o automotriz. A menudo vienen con hardware redundante y garantías de mejor calidad.

Una opción podría ser almacenar sus propios repuestos. Si compra lo suficiente, es posible que pueda obtener una MCU con una ROM de máscara personalizada y evitar el problema de programación / retención de datos por completo.

Asegúrese de que todo esté muy bien documentado. El MCU en sí, el software, la asignación de memoria, el conjunto de instrucciones de la CPU, todas las interfaces eléctricas, especificaciones, etc.

Considere seriamente la respuesta del usuario 44635. ¿Qué sucede si su suministro de piezas de repuesto se agota en 30 años, y cualquier reemplazo razonable tiene IO de 1.8V? ¿O los chips más antiguos que puedes encontrar tienen CPU ARM de 32 bits (que están comenzando a devorar el mercado de 8 bits)? Una placa separada le da la opción de agregar reguladores de voltaje, cambiadores de nivel y otro hardware de interfaz si sucede lo peor.

Si bien algunos fabricantes tienen un mejor registro que otros, la vida útil prolongada del producto frente a la obsolescencia de los componentes críticos se aborda a nivel de operaciones en lugar de a nivel de diseño de circuito.

Mantenga un pronóstico continuo de la cantidad de microcontroladores que necesitará. Monitorear la cadena de suministro. Cuando el fabricante anuncia el estado NRND, usted, o sus operaciones, deben tener espinas. Cuando el fabricante anuncie la próxima obsolescencia, le dará el derecho del último pedido . Usted compra la cantidad que ha pronosticado y la almacena en un gabinete a prueba de fuego.

Esto no es raro en industrias certificadas como dispositivos médicos, aviónica, defensa. He visto a gente hacer esto. Por ejemplo, un proveedor OEM X produce módulos WiFi para el campo de dispositivos médicos. El módulo utiliza un simple SoC de vainilla civil para WiFi. El SoC es producido por Broadcom para el mercado de consumo. Se espera que el SoC permanezca en producción solo por uno o dos años. El proveedor OEM X es consciente de esta dinámica. Adquieren 10 años de estos SoC. El proveedor OEM X cobra una prima por una pieza con una larga vida útil garantizada. Los clientes de OEM evitan la costosa recertificación de su producto.

Típicamente, los dispositivos que requieren soporte a largo plazo se fabrican en cantidades relativamente pequeñas.

Un enfoque alternativo es utilizar la parte más genérica que pueda encontrar, y en el caso de los MCU es el 8051 y sus variantes. Hay muchas fuentes para ello, incluso un clon de núcleo blando de código abierto, las herramientas de desarrollo están disponibles para cualquier plataforma desde DOS a Windows 10. Si bien Microchip es encomiable por su compromiso, no es posible predecir el apetito corporativo por fusiones y adquisiciones y su impacto en las líneas de productos y PIC tiene solo una fuente.

Microchip es probablemente su mejor opción si necesita piezas compatibles con clavijas. Han sido muy lentos para retirar por completo incluso los productos de venta lenta, como la serie OTP 17, y, como dice Olin, Sanghi ha expresado una filosofía corporativa de mantener el suministro a través del auge y la caída, así como la disponibilidad continua de piezas, que también es muy importante (una parte que no puede obtener durante 52 semanas, como nos ha sucedido a algunos de nosotros con proveedores como M * t **** a, bien podría haber sido descontinuada por completo). La obsolescencia parcial puede ser provocada por la caída de las ventas, pero también los cambios en el proceso son un factor. Microchip posee sus propias fábricas y puede almacenar chips en forma de oblea, incluso si retiran un proceso. Las compañías sin dinero deben usar cualquier proceso que puedan obtener de los fundadores.

Definitivamente evite cualquier cosa de moda, no es inusual encontrar piezas que sean EOL después de unos años. Es difícil de cuantificar, pero no se esperaría que las partes que se usan en los teléfonos celulares permanezcan tanto tiempo. Una parte que ha existido durante 5 años y se está vendiendo en volumen a una base de clientes estable y amplia (no solo 3 fabricantes de tabletas) es una mejor apuesta que un nuevo chip que tiene una gran demanda en este momento, a pesar de tener 5 años de experiencia. producto de por vida ya. En el caso de las piezas que requieren pruebas de calificación (como las pruebas de radiación) e incluso los cambios en el embalaje pueden ponerlo en peligro, puede hacer una compra de por vida.

Para bien o para mal, hay muy pocas partes del microcontrolador que tengan una segunda fuente verdadera, y las que sí lo tienen (como las partes centrales del viejo 8051) no son tan atractivas en rendimiento o costo.

Como una sugerencia inmediata, sugeriría considerar pasar por todo el proceso de diseño con dos partes bastante similares (por ejemplo, dos chips ARM de un tipo de núcleo similar) pero de diferentes fabricantes y calificar ambos . Eso solo agregaría una pequeña cantidad al costo total si todo se hace por adelantado, pero daría una confianza mucho mayor de un suministro continuo. La desventaja es que cada revisión requiere pruebas en ambas partes, y la que se elija como fuente principal tendrá más historial de campo.

La solución más simple es tener suficientes repuestos almacenados para proporcionar el tiempo requerido. Si su parte tiene un MTTF de 10 años y necesita brindar soporte durante 100 años, debe almacenar 10 de ellos. Si necesita proporcionar este soporte a 100 "estaciones", entonces necesita un total de 1,000. Para garantizar que estas piezas estén disponibles cuando sea necesario, obviamente debe almacenarlas en varios lugares "seguros". Si el costo de esta "póliza de seguro" es razonable, es posible que desee duplicarlo para evitar fallas inesperadas .