Мы с Женей Пителем были на выставке всего одни день, но всей нашей физической подготовки не хватило, что бы обойти все полностью=)

А теперь про выставку. Меня лично удивил достаточно большой китайский сектор, где наши друзья из поднебесной представили различные кабели связи, sfp модули различных стандартов, коммутаторы, маршрутизаторы, VoIP шлюзы и многое другое. Я даже засомневался, а в России  ли я=)

Много было PON решений от различных производителей. Часто можно было увидеть макет дома с разведенной по нему оптической сетью.

Порадовали ребята из фирмы «Зелакс», которые показали полную линейку продуктов для проводной связи, начиная от пользовательского оборудования и заканчивая оборудованием для транспортных сетей, соответствующую мировому уровню!

Достаточно было павильонов с беспроводными системами связи, представляющих различные модемы и антенны для транспортных сетей. Совсем рядом владельцы спутников предлагали в аренду свои каналы. Системы бесперебойного питания, различной мощности, шкафы для узлов связи, GPS-трэкеры, беспроводные системы учета электроэнергии и водоснабжения, портативные радиостанции, промышленные ноутбуки, оптические сварочные аппараты и многое другое можно было увидеть на выставке.

В секторе измерительного оборудования увидел множество спектроанализаторов для радиотрактов, как портативные так и лабораторные реализации. Не так много решений было для измерений в сетях 40G/100G Ethernet, мне удалось найти 2-3 производителя, оно и понятно, в России эти сети только развиваются.

Присутствовало множество оптических рефлектометров с различными характеристиками. Держал
в руках рефлектометр с динамическим диапазоном до 50дБ.

Порадовало то, что из всех тестеров каналов 10G ethernet, наш Bercut-ETX, оказался самым портативным и наиболее простым в использовании. У меня даже сложилось впечатление о том, что существует некий стереотип, что приборы данного класса должны быть большими, громоздкими и дорогими. Но мы этот стереотип с успехом преодолели.

Были еще SDH-анализаторы и анализаторы протоколов, но до них дойти так и не удалось.

Порадовало ПО от фирмы NEC, которое при помощи видеокамеры определяет твой пол и примерный возраст. При мне оно не разу не ошиблось=)
Конечно, всего не перескажешь, но надеюсь небольшое представление о выставки у Вас появилось. Более детально выставку можно посмотреть в интерактивном каталоге.

Спасибо!

PS. Спасибо Косте Добросольцу за информацию.

Тут следует рассмотреть, что же из себя представляет контроллер WIZnet W5100. В далёкие времена, когда контроллеры были 8-битными, памяти было мало, а реализация TCP/IP требовалась, появились микросхемы реализующие аппаратно стек TCP/IP. Вроде бы хорошая вещь и, например, для дистанционного управления устройством вполне подходит, позволяя не задумываться о тонкостях протокола TCP/IP, но у всего есть свои ограничения. О том нужны ли такие контроллеры сейчас, при наличии свободно распространяемых IP-стеков для микроконтроллеров и больших объёмах памяти — вопрос спорный и, возможно, заслуживающий отдельной статьи.

И тут мы подходим к тому, что же у нас пошло не так. W5100 можно подключить по трём возможным интерфейсам: двум разновидностям параллельного и по SPI. В нашем случае, для экономии выводов контроллера и упрощения подключения, wiznet подключили по SPI. О производительности в тот момент просто не задумывались, так как сразу использовать его планировалось только для дистанционного управления.

Когда же возникла потребность прогнать через wiznet 2Мбит/с данных, этот вопрос встал в полный рост. И тут в дело вступили ограничения чипа. Как оказалось, максимальная тактовая частота по SPI для wiznet была ограничена 14-ю мегагерцами. Это не было бы проблемой, если бы wiznet поддерживал burst режим и позволял гнать данные непрерывным потоком. Но тут в дело вступило ещё одно ограничение интерфейса SPI у wiznet’а — каждая SPI транзакция у него должна состоять ровно из 4-х байт и содержать код операции, два байта адреса и один байт данных. То есть, на каждый байт полезной нагрузки требовалось передавать 3 байта дополнительных данных. И это — не считая управляющих транзакций, которые передаются по той же схеме. Максимальная пропускная способность, которую мы считали равной 14Мбит/с, оказалась в 4 (!!!) раза меньше и оказалась 3.5Мбит/с.

Второй проблемой оказался SPI-контроллер в процессоре STM32 — делители частоты в нём могут быть только степенью 2. В результате на максимальной тактовой частоте процессора, которую мы использовали до того времени, частота шины к wiznet’у оказалась только 9 мегагерц.

Помимо проблемы передачи данных к wiznet’у так же требовалось эти данные получить из контроллера линии E1. К счастью, решение, использованное для чтения данных из E1, поддерживало burst-режим передачи данных. Попытки получить максимальную возможную скорость передачи к wiznet’у привели к использованию следующей схемы передачи данных:

1. Из E1 данные вытягиваются по SPI с помощью контроллера DMA, встроенного в процессор STM32. Так как посылки имеют большую длину, DMA работает с высокой эффективностью и накладные расходы невелики.
2. Данные в wiznet передаются без использования DMA или прерываний, так как это резко снижает производительность на коротких посылках в связи с высокими накладными расходами.
3. Для получения возможности одновременной передачи данных в wiznet и приёма данных с линии E1 введена двойная буферизация.
4. Основное ограничение по времени — это передача данных в wiznet, в связи с тем, что приём данных из E1 практически не требует процессорного времени.

В результате всех этих исследования мы пришли к следующим выводам:

1. Иногда целесообразном снизить тактовую частоту процессора с целью повышения производительности передачи данных по внешним интерфейсам.
2. DMA у контроллера STM32 эффективно можно использовать только при достаточно длинных транзакциях. Для случая коротких (4 байта ) транзакций потери в скорости слишком велики.

В итоге мы смогли получить требуемые 2Мбит/с с небольшим резервом, используемым для целей удалённого управления, а так же как «запас прочности».

Долгое время наши программисты мечтали получить для аппаратного тестирования удобный JTAG-разъем… Сначала мы ставили DIN колодки на 6-10 контактов с шагом 2 и 2.54мм — надежное и дешевое решение, но имеет ряд недостатков:

• есть возможность поставить разъем наоборот и тем самым «убить» программатор;
• двухрядные колодки, используемые нами, довольно габаритны и занимают немало места на печатной плате;
• увеличивают возможность возникновения электростатической помехи, так как длинные штыри разъема являются антеннами для приема возможных помех  вокруг прибора.

Поэтому, приводя схемотехнику наших приборов на соответствие требованиям CE, мы решили отказаться от DIN-разъемов и повсеместно перейти на плоские ленточные FFC кабели и, соответственно, разъемы для них. В наших приборах мы используем 8-ми пиновые односторонние вертикальные и горизонтальные FFC-разъемы. С этими разъемами все оказалось неплохо, и  электростатических помех меньше, и места на плате не так много занимают. Однако, и в этой реализации нашлись кой-какие недостатки:

• для подключения ленточного кабеля к JTAG-разъему нужно разбирать прибор (например, в Беркут-ET необходимо снять плату GbE, что занимает какое-то время и требует отвертки);

• довольно высокая стоимость разъемов и ленточных кабелей;
• недолговечность ленточных кабелей (при активном использовании, а также неаккуратном использовании кривых руках кабели приходят в негодность);
• ещё одна особенность ленточных разъемов кабелей состоит в том, что необходимо использовать заводские кабели, выполненные точно в размер, требуемый для разъема, иначе кабель будет болтаться и коротить контактные площадки. С этим мы и столкнулись, когда стали работать COM-модулями Colibri от Toradex.

Разъем JTAG-на этом модуле — 6-пиновый FFC, и мы сделали кабель для него из 8-пинового… Получилось, но, так как разъем сам по себе маленький и кабель не точно обрезан в размер, то и дело возникали проблемы с  контактом. Чуть кабель криво повернул или под углом вставил — всё, контакта нет — не работает. Попутно пришлось еще разработать переходник JTAG-ARM на 8-пиновый кабель.

В общем, работать с такой системой, мягко говоря, не комфортно… К счастью, на плате Сolibri параллельно контактам разъема разведены площадки для pogo-пинов. Через эти площадки с помощью специального программатора их и прошивают и тестируют на заводе. И мы для удобства пользования, а также для освоения современной технологии тестирования электронной аппаратуры решили повторить такой программатор… И получилось!!!

Что же такое pogo pin…? Да просто говоря по русски, это пружинящий контакт.

Типов pogo-пинов огромное множество, ориентированное на конкретную задачу и использование. Основное использование — это  тестирование, прошивка, калибровка и измерение параметров электронных компонентов и собранных печатных плат. Особенно массово такая технология применяется при производстве сотовых телефонов и других компактных портативных устройств. В этих  устройствах необходимо тестирование оборудования и прошивка софта, причем происходит это прямо на конвейере.

Суть технологии не очень сложна — на печатную плату устройства вместо технологического разъема разводятся контактные площадки. Тестирующая головка состоит из pogo-пинов, прижимающихся к этим площадкам на время работы. За счет пружины, находящейся внутри контакта, обеспечивается небольшое усилие на наконечник pogo-пина, прижимающее его к площадке и, тем самым, хороший контакт.

У этой технологии, как и у любой другой, есть преимущества и недостатки… Она, конечно, вне конкуренции при больших партиях оборудования и при конвейерной сборке (тестировании) оборудования, но при небольших партиях — не эффективна, так как появляются затраты на создание тестирующей головки, обеспечивающей точное позиционирование и на надежный прижим к контактным площадкам.

Если нам удастся придумать надежную и не дорогую конструкцию такого тестового разъема, то есть шанс перейти на  данную технологию и в наших серийных приборах… Вдруг получится?..

Тонкость нулевая — много аккумуляторов, хороших и разных.

Всё начинается с того, что smart battery сама определяет алгоритм заряда, а зарядное устройство только следует её указаниям. Существует как минимум 2 широко распространённых технологии аккумуляторов (LiIon и NiMH/NiCD) и для NiMH существует несколько возможных алгоритмов заряда. Если Li-Ion аккумуляторы заряжаются достаточно просто (нужно только ограничить зарядный ток и напряжение, а конец заряда определяется по снижению зарядного тока до определённого порога), то в случае с NiMH аккумуляторами есть несколько вариантов заряда, с различными критериями его прекращения и разными областями применения.
Начнём с простейшего trickle charge, который может использоваться для заряда глубоко разряженной батареи или для заряда батареи в условиях низкой температуры. Это заряд с током не превышающим 0.1C (то есть 0.1 ёмкости батареи). По заверению GP, в этом режиме батарея может заряжаться 1 год, без вреда для себя, но полный заряд занимает 14 часов, что в общем-то для портативного прибора неприемлемо.
Дальше имеется второй режим заряда, fast charge. В этом режиме батарея заряжается намного быстрее, зарядные токи порядка 0.3C-1C для него норма. Но в этом режиме необходимо точно контролировать температуру батареи и вовремя заканчивать заряд. Отсюда мы плавно переходим к тонкости номер один.

Тонкость первая — сколько вливать миллиамперчасов или конец заряда.

Как уже было написано выше, в случае с LiIon конец заряда определяется просто — в батарею просто перестаёт течь ток. В случае с NiMH всё несколько сложнее. По мере окончания заряда, в батарее химические процессы заряда начинают сопровождаться выделением газа. В случае trickle charge выделение имеет небольшую скорость и компенсируется поглотителем и в общем безопасно. Этот процесс сопровождается выделением тепла. В случае быстрого заряда, тепловыделение намного выше и если заряд не будет остановлен вовремя возможно повреждение батареи. Так мы приходим к различным критериям прекращения заряда.  В случае с trickle charge, критерием прекращения заряда достаточно использовать таймер на 14 часов. Если же используется быстрый заряд, то возможно два критерия окончания заряда — по температуре и по напряжению. Оба эти критерия используют один и тот же физический процесс и практически взаимозаменяемы. Вот только для первого критерия был нужен термодатчик, и достаточно точный, находящийся в тепловом контакте с батареей. Кроме того, так как этот метод использует скорость нарастания температуры в качестве критерия, он не надёжен при изменяющейся температуре окружающей среды. Поэтому в нашем варианте батареи используется критерий окончания заряда по dV/dt. В этом случае момент окончания заряда определяется по тому моменту, когда напряжение на батарее перестаёт расти и начинает падать. Сложность здесь заключается в том, что падение напряжения невелико (милливольты) и достаточно медленное.
Ещё одна тонкость заключается в том, что необходимо предотвратить немедленное начало заряда при небольшом падении уровня заряда, иначе батарея будет систематически перезаряжаться. Это связано с тем, что для определения момента окончания заряда требуется определённое время.

Тонкость вторая — учёт ёмкости, калибровка и КПД.

Одно из преимуществ системы Smart Battery в том, что батарея может оценивать время заряда и разряда. Для этого батарея ведёт учёт своей ёмкости на заряде и разряде. И уже исходя из учтённой ёмкости и текущего тока вычисляет время заряда/разряда. По критериям конца разряда и конца заряда батарея рекалибруется, то есть обновляет значение максимальной ёмкости. Это необходимо делать в связи с тем что батареи отличаются по ёмкости уже с завода а так же стареют, и теряют емкость. Таким образом калибровка необходима для знания точного времени требуемого для заряда батареи, а так же для точного вычисления процента заряда.
И тут в этот простой с виду процесс вклинивается реальный мир в лице страха и ужаса создателей вечных двигателей, а именно КПД. Дело в том что не вся энергия уходящая на заряд батареи преобразуется в химическую энергию, часть уходит в тепловые и другие потери. Если бы КПД был более менее постоянен, то его учёт был бы простой задачей. Но как обычно, законы физики мешают программистам и КПД меняется от множества разных факторов, начиная от температуры батареи и режима заряда и заканчивая фазой луны возрастом батареи. Таким образом точный учёт КПД невозможен или затруднителен. Просто игнорировать КПД можно если он достаточно высок. Например в случае с LiIon аккумуляторами, где он составляет примерно 90%. В случае NiMH аккумуляторов, КПД меняется в зависимости от режима заряда и других факторов и может составлять от 60 до 90%. Неточности учёта КПД приводят к проблемам учёта заряда при неполных циклах батареи, то есть если батарея не разряжается до конца и соответственно рекалибруется только по концу заряда, может нарастать ошибка учёта ёмкости, что приводит к некорректным оценкам времени работы и процента заряда.
Здесь мы подходим к третьей тонкости, а именно учёту саморазряда батареи.

Тонкость третья, саморазряд.

От саморазряда страдают все батареи, отличается только его величина. Кроме того в случае Smart Battery, к саморазряду добавляется потребление контроллера батареи, который питается от батареи. Отсюда возникает проблема учёта саморазряда, особенно на NiMH батареях высокой ёмкости, где саморазряд может достигать 30% в месяц. Сам процесс учёта саморазряда не сложен — достаточно просто вычитать некоторую константу из накопленной ёмкости батареи с определённым временным интервалом. Вот только константа эта на самом деле констатной не является, саморазряд не постоянен по времени и зависит от температуры. Наибольший саморазряд приходится на первые сутки после заряда (порядка 5-10%). Затем он снижается до 1% в день (при комнатной температуре), высокие температуры значительно ускоряют этот процесс. Для упрощения в нашем случае был взят вариант саморазряда с постоянной скоростью в 1% в день.

Вот собственно пока и все тонкости из тех что вспомнились через 2 недели после конца разработки батареи.

В следующих выпусках этого нерегулярного блога :) будет рассказно о сложностях отладки сложных систем на примере умной батареи.

Алгоритм smart battery у нас реализован на процессоре Atmel AtMega32HVB. Главная сложность была в том, что Atmel задержал поставку этих устройств всего лишь на 9 месяцев (!!!). Последствия мирового кризиса, говорят поставщики компонентов.

Сам по себе, протокол обмена батареи с зарядным устройством довольно сложен. Но исходные тексты для похожего контроллера на сайте Atmel’а нашлись.

Не буду вдаваться в технические подробности, но можно сказать, что силами программистов задачу, в основном, решить удалось. После серьёзной доработки напильником и плясок вокруг костра макета у нас теперь есть полноценная «умная батарея». Прибор также может работать и с другими аккумуляторами. Теоретически. А практически они должны быть заточены под корпус нашего прибора, что маловероятно.

Почему мы не использовали готовые решения? Тоже вопрос. На самом деле, мало кто устанавливает NiMh-аккумуляторы в портативные устройства. Но так уж исторически сложилось в нашей суровой действительности.

А более подробно о реализации хитрого алгоритма Smart Battery, проблемах, с которыми пришлось столкнуться в процессе разработки, и о многих других интересных вещах расскажут наши доблестные программисты в следующих заметках этого нерегулярного блога…

В современном мире существует тенденция экономии на всём, в том числе и на качестве печатной продукции: исчезают абзацные отступы, уменьшаются поля, бледнеют шифты. Ян Чихольд выступал за возрождение типографского искусства: книга должна радовать глаз, ее должно быть приятно брать в руки. Прочитав его статьи понимаешь,что создание качественно оформленного произведения — огромный труд. Имеет значение всё: формат (пропорции) книги, название книги, титульный лист, шрифт, оформление текста, качество и цвет бумаги. В своих исследованиях Ян Чихольд вывел геометричские закономерности (пропорции) оформления книги, с которыми можно ознакомиться прочтя данный сборник статей.

Прочитав книгу, решила пересмотреть оформление наших руководств пользователя: а вдруг и к ним можно будет применить некоторые из данных рекомендаций.

Но чтобы удовольствие от отладки было полным, мы решили прикрутить gdb к vim’у. В этом нам помог проект Clewn.

Последовательность действий такова:

1. Подключаем прибор к компьютеру через ARM-USB-OCD и запускаем утилиту openocd на этом компьютере.
2. Запускаем gdb и vim:
   clewn -gc arm-elf-gdb -ga <путь-к-elf-файлу>
   Появляется GDB-shell и открывается gvim.
3. Присоединяемся к openocd:
   (gdb) target remote :3333
4. Прошиваем прибор нужной прошивкой:
   (gdb) load <путь-к-elf-файлу>

Все готово для отладки. Теперь можно открывать в gvim исходники, ставить breakpoint’ы, смотреть значения переменных и наблюдать за текущем местом выполнения. Список горячих клавиш описан в документации Clewn и, естественно, может модифицироваться.