Elektronik sektörünün günden güne ilerlemesi dolayısıyla elektronik ekipmanlar hayatımızın merkezinde yer aldı ve almaya devam ediyor. Ev, araba ve ofislerimizde kullandığımız pek çok elektronik ekipman, yaptıkları işi bünyelerinde bulunan donanım ve bu donanıma gömülen yazılım ile algılar ve işleyişine devam eder. Cihazlara iş yapabilme yeteneklerini veren ise donanımlarında bulunan mikrodenetleyici yapıları. Yazımızda, günümüzde kullanılan popüler mikrodenetleyici aileleri üzerinde duralım.
Mikrodenetleyici Ve Gömülü Sistem
Gömülü sistemler, içerisinde bulunduğu elektronik cihazda beyin işlevi gören donanımlardır. Cihazın ne zaman çalışacağını, çalışma adımlarında neler yapacağını belirler ve işlem basamaklarını sırası ile takip ederek kullanım amacına uygun bir şekilde kullanıcıya veya parçası olduğu sisteme hizmet eder. Bu alan kendi içerisinde temel olarak ikiye ayrılır. Bu alanlar gömülü yazılım ve gömülü donanım. Bu sistemler, yapacağı işlemleri bünyesinde barındırdığı yazılım algoritmaları ile algılarken, dış dünya çıktılarını ise gerekli donanım ekipmanları vasıtasıyla üretir. Kısaca söylemek gerekirse gömülü sistemler, bir cihaza akıllılık özelliği verirler.
Gömülü sistemi, bilgisayarlardan ayıran en temel özellik sadece belirli bir amaç doğrultusunda kullanılabilmesi. Bilgisayarlar, içerisinde bulunan güçlü mikroişlemciler vasıtasıyla birçok amaç doğrultusunda kullanılabilirken, gömülü sistemler bünyesinde yapılacak işleme göre düşük işlem gücüne sahip olan ve belli amaçlar doğrultusunda kullanılabilecek işlemci içeren mikrodenetleyiciler vasıtasıyla işlevlerini yerine getirir. Bir bulaşık makinesi düşünüldüğünde ortada çok büyük bir mekanik tasarım görülür. Bu büyük tasarımın işlemleri nasıl yapacağına ise, bünyesinde bulunan küçük bir gömülü sistem tasarımı karar verir. Aslında bu yapı, ismini buradan da alıyor denebilir. Büyük bir mekanik tasarım içerisinde, beyin olarak çalışması için tasarıma gömülen küçük boyutlarda bir elektronik sistem.( Mikrodenetleyiciler hakkında detaylı bilgi için: “Mikrodenetleyici Nedir?”)
Popüler Mikrodenetleyici Aileleri
1-) STM32 Ailesi
STM32, STMicroelectronics firması tarafından üretilen bir aile. Dünya genelinde kullanımına bakılarak en popüler mikrodenetleyici olma potansiyeline sahip. Yapılarında ARM Cortex-M çekirdeğinı kullanır. Sektörde yoğun bir şekilde kullanılması dolayısı ile birçok desteği bulunur. Yüksek performans, gerçek zamanlı yetenekler, dijital sinyal işleme, düşük güç tüketimi gibi avantajlara sahiptir.
Endüstri standardı bir çekirdeğe dayanan STM32 mikrodenetleyici yelpazesi, proje geliştirmeyi desteklemek için çok çeşitli araçlar ve yazılımlarla birlikte gelir ve bu ürün ailesini hem küçük projeler hem de uçtan uca platformlar için ideal hale getirir.
Bu denetleyici ailesi 32 bitlik ARM çekirdeği kullanır. Bu sebeple yüksek hız ve saat hızına kolaylıkla çıkabilir. Çekirdeğinden dolayı RISC işlemci mimarisine sahip ve bu sebeple bünyelerinde daha az donanım gereksinimi duyar. Bu da düşük güç tüketimi olarak performansa yansır.( RISC Ve CISC detaylı bilgi: “İşlemci Mimarileri: RISC Ve CISC” )
Aşağıdaki görselde farklı STM32 mikrodenetleyicileri ve kullanım alanları görülebilir. Genel olarak işlemci çekirdeği üzerinden bir çeşitlilik mevcut. ARM Cortex-M serisinin M0-M3-M4 ve M7 çekirdeklerini bünyelerinde bulundurabilirler. Burada önemli olan yapılacak işin isterleri.
2-) MSP430 Ailesi
MSP mikrodenetleyiciler, Texas Instrument tarafından üretilir. Bellek mimarisi Von Neuman tabanlıdır ve STM32 gibi RISC işlemci mimarisine sahiptir. En önemli avantajlarının başında çok düşük güç tüketimi gelir. İçerisinde I2C, SPI, USART, ADC gibi klasik haline gelmiş birçok modülü bulundurur. STM32 denetleyicilerden farklı olarak 16 Bit bir işlemcidir.
Ağırlıklı olarak düşük güç tüketimi istenen projelerde yoğun bir şekilde kullanılır. Bunun sebebi boş modda iken 1 µA’dan daha az çekmesi ve ihtiyaç durumlarında gerekli donanım konfigürasyonları ile çekilen akım değerinin indirgenilebilmesidir. MSP430 serisi, gereksiz saatleri ve CPU’yu devre dışı bırakabilen altı farklı düşük güç moduna sahip ve bu da ihtiyaca göre güç tüketiminin sınırlandırılmasına olanak tanıyan bir özellik.
3-) PIC Denetleyiciler
PIC denetleyiciler, MicroChip firması tarafından üretilir. 8,16 ve 32 Bit yapılarında çeşitli denetleyicileri mevcut. Farklı ihtiyaçlara göre pek çok PIC mikrodenetleyici bulmak kolay. Yukarıda anlatılan iki mikrodenetleyici gibi PIC denetleyicilerde RISC işlemci mimarisine sahip. Bu sayede düşük güç tüketimi ile ön plana çıkar. Aynı zamanda diğer denetleyiciler ile kıyaslandığında düşük maliyetli. PIC cihazları, düşük maliyeti, geniş kullanılabilirliği, geniş kullanıcı tabanı, kapsamlı uygulama notları koleksiyonu, düşük maliyetli veya ücretsiz geliştirme araçlarının kullanılabilirliği, seri programlama ve yeniden programlanabilir flash bellek özellikleri nedeniyle hem endüstriyel geliştiriciler hem de hobiciler arasında popüler.
4-) ESP32
ESP32, Wi-Fi ve Bluetooth kablosuz haberleşme sistemlerini barındıran ve aynı zamanda giriş/çıkış birimlerine sahip 32 Bitlik bir mikrodenetleyici. Hem çift çekirdekli hem de tek çekirdekli tensilica Xtensa LX6 mikroişlemci veya tek çekirdekli RISC-V komut setine sahip mikroişlemci kullanır. 160-240 MHz arasında saat frekans banına çıkabilir. Yüksek hızlarda çalışabilmesi ve düşük güç tüketimine sahip olması büyük avantajlarından biri. Şu anlık dört farklı türü piyasada bulunur. Bunlar S2,C3,S3 ve C6 türleri. Bu türlerden C3, komut seti olarak RISC-V kullanır.
Mobil cihazlar, giyilebilir elektronikler ve IoT(Internet Of Things) uygulamaları için tasarlanan ESP32, çeşitli tescilli yazılım türlerinin bir kombinasyonu ile ultra düşük güç tüketimi sağlar. ESP32 saat geçişi, çeşitli güç modları ve dinamik güç ölçeklendirme gibi özellikleri içerir.
5-) AVR
AVR, Atmel firması tarafından üretilmeye başlanan 8 bitlik mikrodenetleyici ailesidir. RISC mimarisini kullanır. Bellek yapısı olarak Harvard Mimarisine sahiptir. Ucuz ve hızlı çalışan bir mikrodenetleyici olup, gelişmiş özelliklere sahiptir. Piyasada üç farklı türü mevcut.
. TinyAVR : Az bellek ve düşük boyuta sahip. Basit uygulamalar için kullanılır. Bu sebeple maliyeti düşüktür.
. MegaAVR : 256 KB’ye kadar belleğe, daha fazla sayıda dahili çevre birimine sahip ve orta ila karmaşık uygulamalar için uygun olan en popüler olanlardır.
. XmegaAVR – Büyük program belleği ve yüksek hız gerektiren karmaşık uygulamalar için ticari olarak kullanılır.
Mikrodenetleyiciler, genel yapıları ve çalışma prensipleri ile birbirine çok benzerlik göstermekte olup, gerçekleştirilecek projenin hız, yer, maliyet ve çevre birimi desteğine göre seçilmektedir. Ağırlıklı olarak yukarıda bahsi geçen mikrodenetleyici ailelerini piyasada kullanılan ürünlerde görmeniz mümkün.
KAYNAKÇA
- st.com
- microchip.com
- ti.com
- wikipedia.org
