Рекомендовано к разработке: микроконтроллеры Huada со сверхнизким энергопотреблением - азиатская альтернатива STM32

Микроконтроллеры – неотъемлемая часть практически любой современной электронной техники. В настоящее время они используются практически во всех отраслях. Умные домашние устройства, медицинская и бытовая техника, автомобили, промышленное оборудование и многие другие устройства имеют микроконтроллеры на борту. Активно развивающийся интернет вещей также неразрывно связан с их применением, поскольку каждый элемент этой системы обладает некоторым интеллектом.

К автономным интеллектуальным приложениям относятся:

• умные сенсоры, устройства интернета вещей;
• датчики пожарной сигнализации, умные дверные замки, системы беспроводного мониторинга;
• оборудование умного города и дома, интеллектуальные транспортные средства.

Для таких устройств одним из важнейших параметров является энергопотребление. Чем реже меняются элементы питания, тем лучше. Зачастую замена источников энергии сопряжена с трудностью доступа, как, например, в случае автономного умного счетчика. Для таких приложений предназначена специальная серия микроконтроллеров со сверхмалым энергопотреблением. Среди них очень широкое распространение получили устройства, выпускаемые компанией STMicroelectronics (STM).

До недавнего времени это был действительно хороший вариант: широкий модельный ряд, приемлемая стоимость и доступность привели к повсеместному использованию микроконтроллеров STM во всем мире, в том числе и в России. Однако сейчас продукция STM стала крайне труднодоступна на территории РФ и абсолютно неконкурентоспособна по цене. Это привело к большим сложностям в поддержке существующих проектов на базе STM, а также к необходимости поиска аналогов. Причем одним из важных критериев выбора альтернативных вариантов является максимальная совместимость с STM, так как это позволяет портировать дизайн на новую аппаратную платформу с минимальными временными и финансовыми издержками.

Таким критериям отвечает продукция компании Xiaohua Semiconductor (XHSC), входящая в концерн Huada Semiconductor (HDSC). Являясь лидером производства микроконтроллеров на рынке Китая, она предлагает широкий выбор микроконтроллеров со сверхмалым энергопотреблением, причем большинство из них полностью совместимы с продукцией STM.

Примеры применения

Компания Huada выпускает очень широкую линейку микроконтроллеров, разделенную по функционалу на четыре группы:

• микроконтроллеры общего применения;
• для управления двигателями;
• для автомобильной промышленности;
• со сверхмалым энергопотреблением.

Причем объемы производства очень значительные: доля продукции компании на китайском рынке достигает 40%.

Микроконтроллеры со сверхмалым энергопотреблением отличаются следующими свойствами:

• потребление тока в режиме ожидания находится в пределах наноампер;
• переход в активный режим происходит за микросекунды;
• энергетическая эффективность устройств – порядка мкА/МГц.

В зависимости от требуемого функционала, в целевом устройстве могут использоваться несколько моделей микроконтроллеров со сверхнизким энергопотреблением в различных корпусах.


HC32L110x выпускается в корпусах с небольшим количеством выводов: QFN20, TSSOP20, TSSOP16 и CSP16. Такой микроконтроллер может использоваться в малогабаритных приборах с незначительными требованиями к производительности, например, в датчиках пожарной сигнализации и модулях стандарта NB-IoT. Устройства интернета вещей NB-IoT очень требовательны к энергопотреблению, они должны работать на одной батарейке годы, и даже десятки лет! Поэтому в данном случае применение микроконтроллеров со сверхмалым энергопотреблением просто необходимо.

Для устройств с большим набором функций, в частности, приборов с LCD-дисплеем, оптимальным выбором будет микроконтроллер HC32L13x. Он имеет встроенный контроллер LCD-дисплея, что позволяет минимизировать количество компонентов на плате. За счет большего набора периферийных устройств данная модель, по сравнению с предыдущей, выпускается в корпусах с большим количеством выводов: QFN32/48, LQFP64/48 и TSSOP28. На базе HC32L13x можно проектировать такие приборы, как бесконтактный электронный термометр, считыватель карт, расходомер и другая аппаратура.

Микроконтроллер HC32L19x может выпускаться в еще больших корпусах – вплоть до LQFP100. Он подходит для применения в устройствах, требующих большого набора периферии, например, в интеллектуальных счетчиках газа. Прибор на базе такого микроконтроллера обеспечивает сбор данных о потреблении газа, отображение, хранение и передачу информации, а также имеет функцию управления переключателем газового клапана (то есть в случае несвоевременной оплаты может автоматически отключить подачу газа).

Особенности экосистемы

Важнейшей составляющей процесса разработки проектов на любых программируемых устройствах являются характеристики экосистемы – наличие компиляторов, библиотек, документации, отладочных плат, демонстрационных материалов и так далее. Чем богаче экосистема, тем ниже порог вхождения в среду разработки и быстрее сам процесс при прочих равных условиях. Экосистема в процессе разработки играет важную роль, в то время как сам микроконтроллер занимает лишь незначительную ее часть.


Поскольку микроконтроллеры Huada совместимы с STM, для их программирования можно использовать такие известные среды разработки, как IAR Embedded Workbench for ARM и Keil ARM RealView Microcontroller Development System. Возможна разработка на языке C, Ассемблер, поддерживаются инструкции Ассемблера в языке С. Для работы с этими средами с сайта Huada можно скачать соответствующие пакеты поддержки.

Для каждого устройства предоставляются шаблоны на языке C, а также библиотека драйвера устройства (Device Driver Library, DDL).

Загрузка прошивки в устройство осуществляется с помощью загрузчика XH_Link.exe, разработанного самой компанией. Он прост в эксплуатации, запускается напрямую из файла exe и не требует установки. Для работы с USB-устройствами прилагается библиотека libusb.dll.
Для каждого микроконтроллера в разделе «Документация» содержится большое количество примеров применения и технических заметок по специфике работы с устройствами, например, «Как повысить точность дискретизации АЦП».

И безусловно важная часть экосистемы - наличие отладочной платы. Для микроконтроллеров Huada их несколько.

Отладочные платы

К микроконтроллерам со сверхмалым энергопотреблением Huada предлагает три варианта отладочных плат:

• для HC32L110;
• для семейства HC32LFx3x;
• для семейства HC32LFx7x_x9x.

На каждую отладочную плату есть документация: библиотека для Altium Designer, проект платы в Altium Designer (файл проекта *.prjpcb и все необходимые файлы), а также схема платы в формате pdf.

Все три платы работают через CMSIS-DAP - недорогой отладчик, предназначенный для работы с любыми микроконтроллерами ARM (а не только с STM32, как ST-Link). Рассмотрим блок-схему интерфейса CMSIS-DAP.

CMSIS-DAP – это спецификация и аппаратная реализация, позволяющие стандартизировать обмен данными между двумя сторонами:

• встроенным приложением, выполняемым на базе процессора с ядром Arm-Cortex;
• программным отладчиком, выполняемым на стороне персонального компьютера.

CMSIS-DAP – проект с открытым исходным кодом, доступный на ресурсе GitHub. В некоторой мере он упрощает процесс отладки нового оборудования, так как в случае возникновения проблем есть возможность исследовать исходные коды и найти причину ошибки.

Конструктивно отладчик CMSIS-DAP может быть выполнен как отдельная единица или интегрироваться в целевую отладочную плату. На платах Huada отладчик выполнен на базе микроконтроллера HC32F460_LQFP48, содержит разъемы SWD, USB-UART и microUSB. Для прошивки и отладки самого отладчика есть разъем 2,54 мм DAP DBUG IF.

На отладочной плате для микроконтроллеров HC32L110 установлен чип в корпусе TSSOP20 с минимальным набором периферийных устройств. Для пользователя доступен разъем с некоторыми выводами микроконтроллера, светодиод и две кнопки. Эта плата – хороший вариант для первого знакомства с устройствами Huada.

Отладочная плата для семейства HC32LFx3x выполнена на базе микроконтроллера HC32L136-LQFP64, а для семейства HC32LFx7x_x9x - на базе HC32L176-LQFP100, соответственно. В целом они похожи. Кроме пользовательских выводов, светодиодов и кнопок, обе платы содержат LCD-дисплей, что позволяет реализовывать более сложные проекты, по сравнению с вариантом на базе HC32L110. Плата HC32LFx7x_x9x имеет больше пользовательских выводов, так как она выполнена на чипе в корпусе LQFP100.

Проблемы разработки и их решение от официального поставщика ЮниРЭК

Одна из основных проблем, с которой могут столкнуться разработчики программного обеспечения для микроконтроллеров Huada, да и в целом для любых устройств азиатского производства – отсутствие достаточного количества документации на русском или английском языках. На сайте производителя имеется достаточно большое количество документации, но в основном она на китайском языке, который для подавляющего большинства разработчиков незнаком. То же самое относится в целом к сайтам компаний, а также к программным пакетам, выпускаемым разработчиками.

Однако современные достижения перевода с использованием технологий искусственного интеллекта позволяют несколько сгладить эту проблему, например, тексты на интернет-страницах достаточно хорошо переводятся в браузере Яндекс, включая надписи на картинках. Что касается программных продуктов, то китайские тексты зачастую дублируются по-английски, это позволяет во многих случаях улавливать суть. Например, при пошаговой установке ПО на каждом этапе предлагается ряд действий, сопровождающийся кнопками с описаниями на китайском языке, но при этом они дублируются буквами Y, N, C, что соответствует английским словам Yes, No и Cancel. Это немного упрощает процесс.

Другая проблема – ограниченный круг экспертов, к которым можно обратиться при возникновении проблем. В этом случае возникающие вопросы нужно решать через официальных поставщиков компонентов, у которых есть налаженные контакты с производителями. Одним из таких является компания ЮниРЭК, которая с 2022 года занимается поставками микроконтроллеров Huada. За это время качество и надежность комплектующих были успешно протестированы крупнейшими российскими производителями нефтегазового оборудования, систем управления и контроля доступа, медицинской техники, автомобилестроения и других отраслей.

Инженеры ЮниРЭК совместно со специалистами Huada разработали и сформировали обширную базу замен микроконтроллеров, являющихся аналогами западных брендов, обеспечивая надежные решения для российских предприятий. Для удобства поиска замен компания предоставляет таблицу совместимости моделей с STM32.

Преимущества перехода на продукцию азиатских поставщиков

Санкционные ограничения создали серьезные проблемы разработчикам всех видов электронной техники. Многие технические наработки, создаваемые годами и даже десятилетиями, стало невозможно применять из-за проблем с поставками комплектующих. Наилучшим решением является создание собственной развитой промышленности по производству электронных компонентов, однако это крайне сложная и долговременная задача.

В сложившихся условиях необходимо искать альтернативные варианты. Один из них – продолжать использовать традиционные решения, в частности, контроллеры STM, закупая комплектующие по параллельному импорту. Но это имеет ряд существенных недостатков, таких как значительное увеличение стоимости, нестабильность и большие сроки поставок, а также отсутствие гарантий качества.

Переход на китайские комплектующие – наиболее оптимальный вариант в тех случаях, когда альтернативные варианты азиатского производства уже созданы. В области микроконтроллеров – это очень хорошее решение, поскольку в настоящее время на рынке существует достаточно большой выбор аналогов, максимально приближенных по архитектуре к популярны западным моделям. Причем это уже продукция массового производства, отличающаяся подтвержденным высоким качеством. Основными преимуществами перехода на китайские комплектующие являются доступные цены, умеренные сроки поставки, понятные логистические цепочки и возможность получения технической поддержки от производителя.

ЮниРЭК является эксклюзивным авторизованным поставщиком микроконтроллеров Huada в России. Инженеры компании готовы оказать максимальную поддержку, чтобы переход с западных решений на продукцию Huada прошел максимально комфортно.

С полным списком поставляемой продукции Huada Semiconductor можно ознакомиться в параметрическом каталоге: 
Cortex-M0+
Cortex-M4