Проект победителя первого этапа Программы DEVBOARDS в России

«О Проекте раннего тестирования RISC-V DEVBOARDS я узнал в результате сотрудничества с электронным журналом «РадиоЛоцман» и решил реализовать проект «Измерительная лаборатория радиолюбителя». Мне импонировало, что за основу взят российский микроконтроллер MIK32 Амур на перспективной архитектуре RISC-V, плюс российский Альянс RISC-V бесплатно предоставил отладочную плату. Несмотря на некоторые сложности, с которыми пришлось столкнуться, то, что удалось сделать в любительских условиях, говорит о перспективности этой линии МК и архитектуры RISC-V», – прокомментировал Виктор Чекасин свое участие в Программе.

На первом этапе программы, стартовавшем в мае 2024 года, участники использовали решение от компании АО «Микрон» — микроконтроллер MIK32 АМУР (К1948ВК018) на базе отладочной платы MIK32. Завершился этот этап проведением конкурса проектов в декабре 2024 года. Проекты были реализованы в различных отраслях индустрии: ИТ (20), образование (13), энергетика (7), легкая промышленность (4), строительство (4), связь (4), нефтегазовая (3), атомная (3), транспорт (3), обрабатывающая (2), сельское хозяйство (2), автомобилестроение (2), медицина (1) и госсектор (1).  

«Программа раннего доступа к архитектуре RISC-V DEVBOARDS показала, что наш «Амур» вдохновил инженеров на интересные, качественно новые проекты, и на архитектуре RISC-V могут успешно развиваться отечественные промышленные решения в самых разных сферах. Сейчас растет поколение RISC-V, и каждая из разработок, представленных в финале Программы, имеет шанс стать в своем сегменте лидирующим отечественным решением», – сообщила Гульнара Хасьянова, генеральный директор АО «Микрон».

Призерами конкурса также стали проекты:

• «Система против опрокидывания самосвала. Датчик углов крена, тангажа, ускорения» Ивана Бородачева
• «Модуль управления секцией накопительного транспортёра конвейера сборки заказов в корзины (ящики). Генератор для катушек Мишина с модуляцией частотами Райфа» Андрея Снеговского
• «Разработка управления шаговым двигателем для подачи доски на ленточную пилу для роспуска на ламели» Евгения Рогачева
• «Удаленный стенд для работы с отладочной платой MIK32, который позволит в режиме онлайн взаимодействовать с отладочной платой MIK32 (производить прошивку платы и наблюдать за результатами ее работы)» Александра Американова
• «Стабилизатор сетевого напряжения, бесперебойный источник питания» Дениса Кошельника
• «Контроллер технологического процесса. Поддержание стабильной температуры и давления на наружной установке. Промышленное взрывозащищенное исполнение» Марата Гирфанова

Отдельным призом жюри Альянса RISC-V удостоен Алексей Евсеев с проектом «Каталог демонстрационных примеров встраивания пользовательского кода для платформы MIK32 различного уровня сложности на базе среды Engee в области систем управления и автоматизации, IoT, цифровой обработки сигналов, систем связи» за активное продвижение технологии и формирование сообщества энтузиастов использования RISC-V.

Призы за лучшие проекты в образовательной среде присуждены Ирине Романовой (ВШЭ) и Андрею Гусеву (УРФУ).

Глава Индустриального комитета Альянса RISC-V Артём Огурцов по итогам первого этапа Программы отметил: «Программа DEVBOARDS RISC-V стала настоящим катализатором для продвижения технологии RISC-V в России. На сегодняшний день в Программе приняли участие более 50 компаний и стартапов, что свидетельствует о высоком интересе к данной технологии. Мы планируем расширить перечень продуктов на архитектуре RISC-V в Программе и уже в следующем году удвоить количество ее участников. Особый интерес для нас представляют рынки оборудования для КИИ и автоматизации систем управления технологическими процессами (АСУ ТП), где мы видим огромный потенциал для повышения эффективности и безопасности производственных процессов. Мы также нацелены на освоение новых сегментов, таких как сельское хозяйство, где технологии на базе RISC-V могут революционизировать управление сельскохозяйственной техникой и умными фермами, рынок беспилотных авиационных систем и другие рынки.

В перспективе Программа DEVBOARDS RISC-V будет развиваться в следующих направлениях:

1. Расширение ассортимента доступных плат и микросхем с целью удовлетворения потребности различных отраслей.
2. Увеличение объема технической поддержки и обучающих материалов для участников Программы.
3. Организация регулярных хакатонов и конкурсных проектов для стимулирования инноваций.
4. Установление партнерств с ведущими университетами и исследовательскими институтами для проведения совместных разработок.
5. Выход на международные рынки и продвижение российских решений на базе RISC-V за пределами страны.

Все эти меры направлены на то, чтобы технология RISC-V стала стандартом для разработки современных и надежных решений, способствующих технологическому суверенитету и инновационному развитию Российской Федерации».

Описание проекта – победителя

Радиолюбитель Виктор Чекасин в рамках участия в проекте RISC-V DEVBOARDS создал на базе MIK32 Амур осциллограф, использующий АЦП для измерения периодического сигнала. Своими исследованиями специалист поделился с организаторами проекта.

Использование режима измерения АЦП с высокой частотой выборки позволило получить графики входных сигналов и вывести их через графический интерфейс. Помимо этого, была реализована возможность генерировать периодические синусоидальные и пилообразные сигналы при помощи ЦАП.

Автор устройства провел ряд исследований, охватывающих такие элементы и аспекты работы с микроконтроллером, как:

• АЦП;
• ЦАП;
• Коррекция точности ЦАП и АЦП;
• DDS – схема прямого цифрового синтеза;
• ШИМ.

Метод ETS

Помимо этого, было проведено исследование применимости ETS метода. ETS – equivalent-time sampilng (эквивалентные по времени выборки) позволяет цифровому осциллографу регистрировать высокочастотные сигналы с частотой дискретизации больше частоты дискретизации АЦП. При этом отсчёты накапливаются за несколько циклов, поэтому данный метод используется только для измерения повторяющихся во времени сигналов. Выборки, сделанные таким методом, являются стробоскопическими. Точки в таких выборках получаются из различных циклов повторяющегося сигнала, после чего производится восстановление формы.

Таким образом, имея аппаратный АЦП с относительно небольшой частотой выборки, можно организовать измерение сигналов с более высокими частотами.

На практике, для регистрации сигналов методом ETS необходимо знать частоту выборки, вычисляемую на основе частоты исследуемого сигнала и минимального желаемого количества эквивалентных выборок за период.

Коррекция ЦАП и АЦП

Проведение множественных измерений при помощи АЦП позволило откорректировать показания и сделать их более точными. На основе экспериментальных данных было выполнено сравнение с реальными значениями аналоговой величины, что позволило вычислить поправки для определенных участков измерений. Тем самым автор работы добился отличных результатов в точности показаний для исследуемой величины.

Коррекция ЦАП проводилась таким же способом, с учетом реальных значений на выходе, –– результат получился тоже успешным.

DDS – цифровой вычислительный синтезатор

DDS позволяет, исходя из опорной частоты, генерировать сигналы произвольной частоты и формы. При этом, сами отсчеты синтезируемого сигнала вычисляются цифровыми методами и преобразуются в аналоговую форму с помощью ЦАП.

В своей реализации автор проекта использовал 32-разрядный таймер, по переполнению которого данные для преобразования подаются на вход ЦАП. В передаваемом массиве хранятся по 100 значений для периодического сигнала («синусоиды» или «пилы»).

При таком способе гладкость сигнала ощутимо зависит от частоты. К примеру, при частоте в 1 кГц генерируемая синусоида выглядит так:

При 3 кГц появляется ступенчатый шум:

При 10 кГц этот шум достаточно сильно искажает форму сигнала:

Аналогичная ситуация возникает и с «пилообразным» сигналом, где при 1 кГц линии выглядят крайне гладко:

А при 10 кГц сильно зашумлены:

Итог

Исследования, проведенные автором разработки, выявили новые варианты использования отечественного контроллера MIK32 Амур. Показанные им практики могут найти применение в различных областях измерений и обработки сигналов, а продемонстрированные примеры – вдохновить энтузиастов на создание новых устройств, раскрывающих потенциал технологий.

Всего на конкурс было подано 100 проектов на базе отладочной платы с микроконтроллером MIK32 Амур. Отзывы, описание проблем и пожелания, которые оставили участники проекта, являются ценным материалом для разработчиков, так как учитывая мнение опытных инженеров, в дальнейшем это позволит создавать новые продукты, удовлетворяющие самым современным технологическим требованиям.