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Entwickler Magazin
Teil 2: Hardwaredesign für Mikrocontrollerprojekte

Harte Sachen

Es ist beachtlich, wie viel Intelligenz - oder besser gesagt Funktionalität - in einem Mikrocontroller steckt. Der zweite Teil der Artikelserie führt anhand eines konkreten Beispiels in das Hardwaredesign ein. Bei der Gestaltung des Schaltplans muss man jedoch bereits die grundsätzliche Struktur der Software im Blick haben und sich von ihr leiten lassen. Beide Komponenten müssen gut aufeinander abgestimmt sein.

Veikko Krypczyk


Quellcode zum Download

Wie bereits im ersten Teil dieser Artikelserie ausgeführt, bestehen Projekte, deren Kern aus einem Mikrocontroller besteht, aus einem Hard- und einem Softwareteil. Beide Elemente bedingen einander und werden in ihrem Umfang natürlich durch die gewünschte bzw. geforderte Funktionalität bestimmt. Wie so oft, gibt es keine Patentlösung, eine Lösung ist vielmehr individuell zu entwickeln. Wichtig ist auch die Aufteilung der Funktionalität zwischen Hard- und Software, welche Teile also durch elektronische Bauelemente und welche durch Software abgedeckt werden sollen. Der existierende Spielraum ist durch den Entwickler sinnvoll zu gestalten. Folgender Grundsatz gilt in diesem Zusammenhang:

Die Hardware ist nach Möglichkeit auf ein Minimum zu reduzieren, und es ist weitgehend die programmierbare Logik des Mikrocontrollers für die Realisierung der funktionalen Anforderungen zu verwenden.

Für die Anwendung dieses Prinzip sprechen die folgenden Argumente:

Weniger Bauteile verringern die Kosten der Hardware.Eine geringere Größe und ein einfacheres Layout der Platine vereinfachen die Herstellung (Bestückung, Kontrolle und Inbetriebnahme).Die Flexibilität des Gesamtprojekts steigt, denn Erweiterungen und Anpassungen der Funktionalität sind später durch ein so genanntes Firmwareupdate – also durch bloße Anpassung der Software – möglich.

Dieses Prinzip der Verlagerung der Funktionalität auf die Software hat natürlich auch seine Grenzen. Das gilt insbesondere dann, wenn die softwaretechnische Funktionalität durch den Mikrocontroller kaum „zu bewerkstelligen“ ist, diesen damit hochgradig auslastet und er damit für andere notwendige Funktionen blockiert ist. Ebenso ist es besser, auf eine hardwaretechnische Umsetzung zurückzugreifen, wenn mittels spezieller integrierter Bauteile eine technische Anforderung sehr einfach realisiert werden kann. Grundsätzlich gilt: Es ist durchaus anzuraten, einen etwas höher integrierten Mikrocontroller zu verwenden. Eine solche Wahl lässt „Spielräume“ für später geplante Erweiterungen. Natürlich wird man beim Übergang zur industriellen Fertigung (Serienproduktion) im Sinne einer Kostenreduktion anders entscheiden und einen Mikrocontroller wählen, der die notwendigen technischen Anforderungen gerade erfüllt. Wir befinden uns hier jedoch im Stadium des Experimentierens und Lernens, sodass wir solchen Beschränkungen und Vorgaben nicht unterliegen. Da sich die Embedded-Entwicklung nicht rein theoretisch erl...

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Teil 2: Hardwaredesign für Mikrocontrollerprojekte

Harte Sachen

Es ist beachtlich, wie viel Intelligenz - oder besser gesagt Funktionalität - in einem Mikrocontroller steckt. Der zweite Teil der Artikelserie führt anhand eines konkreten Beispiels in das Hardwaredesign ein. Bei der Gestaltung des Schaltplans muss man jedoch bereits die grundsätzliche Struktur der Software im Blick haben und sich von ihr leiten lassen. Beide Komponenten müssen gut aufeinander abgestimmt sein.

Veikko Krypczyk


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Wie bereits im ersten Teil dieser Artikelserie ausgeführt, bestehen Projekte, deren Kern aus einem Mikrocontroller besteht, aus einem Hard- und einem Softwareteil. Beide Elemente bedingen einander und werden in ihrem Umfang natürlich durch die gewünschte bzw. geforderte Funktionalität bestimmt. Wie so oft, gibt es keine Patentlösung, eine Lösung ist vielmehr individuell zu entwickeln. Wichtig ist auch die Aufteilung der Funktionalität zwischen Hard- und Software, welche Teile also durch elektronische Bauelemente und welche durch Software abgedeckt werden sollen. Der existierende Spielraum ist durch den Entwickler sinnvoll zu gestalten. Folgender Grundsatz gilt in diesem Zusammenhang:

Die Hardware ist nach Möglichkeit auf ein Minimum zu reduzieren, und es ist weitgehend die programmierbare Logik des Mikrocontrollers für die Realisierung der funktionalen Anforderungen zu verwenden.

Für die Anwendung dieses Prinzip sprechen die folgenden Argumente:

Weniger Bauteile verringern die Kosten der Hardware.Eine geringere Größe und ein einfacheres Layout der Platine vereinfachen die Herstellung (Bestückung, Kontrolle und Inbetriebnahme).Die Flexibilität des Gesamtprojekts steigt, denn Erweiterungen und Anpassungen der Funktionalität sind später durch ein so genanntes Firmwareupdate – also durch bloße Anpassung der Software – möglich.

Dieses Prinzip der Verlagerung der Funktionalität auf die Software hat natürlich auch seine Grenzen. Das gilt insbesondere dann, wenn die softwaretechnische Funktionalität durch den Mikrocontroller kaum „zu bewerkstelligen“ ist, diesen damit hochgradig auslastet und er damit für andere notwendige Funktionen blockiert ist. Ebenso ist es besser, auf eine hardwaretechnische Umsetzung zurückzugreifen, wenn mittels spezieller integrierter Bauteile eine technische Anforderung sehr einfach realisiert werden kann. Grundsätzlich gilt: Es ist durchaus anzuraten, einen etwas höher integrierten Mikrocontroller zu verwenden. Eine solche Wahl lässt „Spielräume“ für später geplante Erweiterungen. Natürlich wird man beim Übergang zur industriellen Fertigung (Serienproduktion) im Sinne einer Kostenreduktion anders entscheiden und einen Mikrocontroller wählen, der die notwendigen technischen Anforderungen gerade erfüllt. Wir befinden uns hier jedoch im Stadium des Experimentierens und Lernens, sodass wir solchen Beschränkungen und Vorgaben nicht unterliegen. Da sich die Embedded-Entwicklung nicht rein theoretisch erl...

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