Como faço para planejar um produto de longo alcance com microcontrolador que precise de suporte a longo prazo?

Preciso usar um microcontrolador em um sistema que deve permanecer funcionando sem grandes alterações por um longo tempo (décadas). Para garantir que sempre haverá peças de reposição, preciso de um microcontrolador que seja produzido a longo prazo ou produzido por alguns fabricantes de uma maneira compatível com o binário de firmware e com os pinos de encapsulamento. O que posso fazer para garantir que o microcontrolador escolhido atenda a esses critérios?

O aplicativo não precisa de muito poder computacional. Seu objetivo é controlar motores e outros sistemas industriais. Um microcontrolador de 8 bits capaz de alterar o estado de cerca de 8 a 16 pinos IO a uma frequência de 0,5-1 MHz está OK. Um ADC pode ser valioso, mas pode ser substituído por um simples comparador externo.

Os fabricantes de FPGA dizem que, se você usar um 'soft core', ou seja, um microcontrolador escrito em VHDL, então o design do VHDL poderá ser implementado em qualquer hardware FPGA programável futuro, liberando você da probabilidade de que algum hardware específico saia de produção.

Para comprar esse argumento, você precisa assumir que o hardware programável continuará disponível no período (o que é provável) e continuará disponível nos tamanhos de chips, custos e tensões que serão adequados ao seu produto (o que acho mais difícil acreditar). Para usar essa abordagem, você teria que aceitar que talvez seja necessário fazer um novo design de hardware para aceitar um novo pacote, o que meio que derrota seu objeto sem grandes alterações.

Minha abordagem e meu conselho seria isolar o processamento do controle do restante do circuito em uma placa pequena e definir sua própria interface, quanto menos pinos, melhor. Talvez o SPI faça uma interface adequada, ou um barramento nybble com leitura / gravação de dados e strobes de endereço. Então, se o processador escolhido se tornar obsoleto durante a vida útil do produto, você só precisará reprojetar e testar uma placa pequena, em vez de uma placa grande com funções vitais do produto analógico.

Programe o processador de controle em C. Divida seu código estritamente em algoritmos genéricos e módulos de interface de hardware. Então, se determinados bits de hardware precisam ser alterados, você isolou a reescrita em um pequeno número de módulos e não está rastreando todo o seu código.

Escolha uma voltagem adequada, eu prefiro 3,3v a 5v, por exemplo.

Quando você escolhe sua pequena placa de controle, pode fazer pior do que escolher um fator de forma que corresponda à placa de desenvolvimento Arduino ou PIC disponível. Então, seu desenvolvimento e prototipagem são uma vantagem, e você pode iniciar a produção de baixa execução com os módulos comprados antes de projetar uma substituição de baixo custo.

Não se esqueça de considerar a confiabilidade do seu conjunto de ferramentas de programação. Se houver um hardware de programação para fins especiais, ele também precisará durar décadas e você deverá poder falar com ele. Imagine ter que desenterrar um PC DOS de 20 a 30 anos e instalar uma placa ISA - não se esqueça de selecionar manualmente as linhas IRQ e DMA! Como alternativa, talvez você precise comprar um produto de nicho caro que oferece compatibilidade com versões anteriores. Se você precisar modificar o software, lembre-se de que as ferramentas e bibliotecas do compilador também mudam, geralmente muito mais rápido que o hardware.

Considere também por quanto tempo o MCU precisa funcionar. Se você deseja que ele tenha uma chance decente de funcionar por muitas décadas, considere coisas como retenção de memória flash e taxas de falha a longo prazo. Se você vai trocar o chip a cada 15 anos, isso não é um problema tão grande. Os fabricantes devem ter essas informações. Em vez de ficar barato, você pode olhar para os MCUs projetados para aplicações críticas de segurança como aeroespacial ou automotiva. Eles geralmente vêm com hardware redundante e garantias de melhor qualidade.

Uma opção pode ser armazenar suas próprias peças de reposição. Se você comprar o suficiente, poderá obter um MCU com uma ROM de máscara personalizada e evitar completamente o problema de programação / retenção de dados.

Verifique se tudo está muito bem documentado. O próprio MCU, o software, a alocação de memória, o conjunto de instruções da CPU, todas as interfaces elétricas, especificações, etc.

Considere seriamente a resposta do usuário44635. O que acontece se o suprimento de peças de reposição secar em 30 anos e todas as substituições razoáveis ​​tiverem IO de 1,8V? Ou os chips mais antigos que você pode encontrar, todos têm CPUs ARM de 32 bits (que estão começando a devorar o mercado de 8 bits)? Uma placa separada oferece a opção de adicionar reguladores de tensão, comutadores de nível e outro hardware de interface, se o pior acontecer.

Embora alguns fabricantes tenham um histórico melhor do que outros, a vida útil prolongada do produto versus a obsolescência de componentes críticos é abordada no nível das operações e não no nível do projeto do circuito.

Mantenha uma previsão contínua da quantidade de microcontroladores necessários. Monitore a cadeia de suprimentos. Quando o fabricante anuncia o status NRND, você - ou suas operações - deve formigar os ouvidos. Quando o fabricante anunciar a obsolescência futura, ele lhe dará o direito de último pedido . Você adquire a quantidade prevista e armazena em um armário à prova de fogo.

Isso não é incomum em indústrias certificadas, como dispositivos médicos, aviônicos, defesa. Eu já vi pessoas fazendo isso. Por exemplo, um fornecedor OEM X produz módulos WiFi para o campo de dispositivos médicos. O módulo usa um SoC de baunilha civil simples para WiFi. O SoC é produzido pela Broadcom para o mercado consumidor. Espera-se que o SoC permaneça em produção apenas um ano ou dois. O fornecedor OEM X está ciente dessa dinâmica. Eles adquirem 10 anos desses SoC. O fornecedor OEM X cobra prêmio por uma peça com uma vida útil longa garantida. Os clientes do OEM evitam a re-certificação onerosa de seus produtos.

Normalmente, os dispositivos que requerem suporte a longo prazo são fabricados em quantidades relativamente pequenas.

Uma abordagem alternativa é usar a parte mais genérica que você pode encontrar e, no caso de MCUs, é o 8051 e suas variantes. Existem muitas fontes para isso, mesmo um clone soft core de código aberto, as ferramentas de desenvolvimento estão disponíveis para qualquer plataforma do DOS ao Windows 10. Embora o Microchip seja louvável por seu compromisso, não é possível prever o apetite corporativo por fusões e aquisições e seu impacto nas linhas de produtos e no PIC tem apenas uma fonte.

O microchip é provavelmente a melhor escolha se você precisar de peças compatíveis com pinos. Eles demoraram muito a se aposentar completamente, mesmo com produtos de venda lenta, como a série OTP 17, e, como Olin diz, Sanghi expressou uma filosofia corporativa de manter o suprimento através de boom e busto, além de disponibilidade contínua de peças, o que também é muito importante (uma parte que você não pode obter por 52 semanas, como aconteceu com alguns de nós com fornecedores como M * t **** a, também pode ter sido descontinuada por completo). A obsolescência de peças pode ser desencadeada pela queda nas vendas, mas também mudanças no processo são um fator. A Microchip possui suas próprias fábricas e pode estocar chips em forma de wafer, mesmo que eles retirem um processo. As empresas sem fábricas devem usar quaisquer processos que possam obter das fundações.

Definitivamente, evite qualquer coisa da moda - não é incomum encontrar peças que são EOL depois de alguns anos. É difícil quantificar, mas não se espera que as peças usadas nos telefones celulares estejam por aí por tanto tempo. Uma parte que existe há 5 anos e está vendendo em volume para uma base de clientes ampla e estável (e não apenas 3 fabricantes de tablets) é uma aposta melhor do que um novo chip que está em alta demanda no momento, apesar de ter passado 5 anos vida útil do produto já. No caso de peças que exijam testes de qualificação (como testes de radiação) e até alterações nas embalagens podem prejudicar isso, você poderá fazer uma compra vitalícia.

Para melhor ou pior, existem muito poucas peças de microcontroladores que possuem uma verdadeira segunda fonte, e as que possuem (como as peças mais antigas do 8051) não são tão atraentes em desempenho ou custo.

Como uma sugestão pronta para o uso, eu sugeriria considerar passar por todo o processo de design com duas partes bastante semelhantes (por exemplo, dois chips ARM de um tipo de núcleo semelhante), mas de fabricantes diferentes e qualificar ambos . Isso somaria uma pequena quantia ao custo total se tudo fosse feito antecipadamente, mas daria uma confiança muito melhor ao fornecimento contínuo. A desvantagem é que toda revisão requer testes em ambas as partes e o que for escolhido como fonte principal terá mais histórico de campo.

A solução mais simples é ter peças sobressalentes suficientes armazenadas para fornecer o tempo necessário. Se sua peça tiver um MTTF de 10 anos e você precisar fornecer suporte por 100 anos, precisará armazenar 10 deles. Se você precisar fornecer esse suporte para 100 "estações", precisará de um total de 1.000. Para garantir que essas peças estejam disponíveis quando necessário, você obviamente precisará armazená-las em vários locais "seguros". Se o custo dessa "apólice de seguro" for razoável, convém dobrá-lo para cuidar de falhas inesperadas .