Почему мы выбираем Z86 (давайте считать вместе).

Наше участие в различных конференциях и обсуждениях по Интернету показывает, что назрел острый вопрос, который после устранения нелесных эпитетов, междометий и выражений можно сформулировать следующим образом: “Чем какие-то Z86хх лучше, чем PIC, AT89, AVR и т.д.?”. Давайте разберемся в этом без лишних эмоций, избыток которых просто показывает сложившиеся пристрастия каждого из разработчиков, отстаивающих идею, что применяемые именно им микроконтроллеры лучше всех.

Для начала необходимо договориться о критериях, по которым следует сравнивать какие из контроллеров лучше для дешевых встроенных применений.

1. Не вызывает сомнений, что надлежит абстрагироваться от высокопроизводительных 16-ти и 32 разрядных приборов, которые относятся и по цене и по производительности к другой весовой категории, и сосредоточить свое внимание на 8-ми разрядных контроллерах. При чем на таких 8-разрядных приборах, гибкость и функциональность которых позволяет легко выполнять любые задачи, возникающие при реализации большинства простых приложений. Например, игрушки, бытовые приборы, приборы зарядки аккумуляторов и управления силовой электроникой, устройства ДУ, сложные дешифраторы и преобразователи цифрового кода и т.д. Короче, универсальные микроконтроллеры, о которых имеет смысл здесь вести речь, занимают самую нижнюю нишу в общей иерархии подобных устройств и позволяют решать 80%-85% всех задач решаемых сейчас встроенными применениями (исключая отдельные задачи, решаемые специальными контроллерами).
   
   
2. Нужно выбрать основной критерий, по которому следует оценивать преимущества того, или иного прибора. С нашей точки зрения этим критерием является цена, как самого микроконтроллера, так и инструментов разработки. Действительно, если чьи то потребности не превышают 3-4 микроконтроллеров в месяц, ему все равно, дороже микросхема, которую он использует на 1$ или на 2$. А вот цена отладочных средств волнует, пожалуй, всех, не зависимо от объемов разработок.
   
   
3. Цена ценой, но важна также функциональность, производительность и возможности ресурсов, предоставляемые контроллером. Здесь, как раз уместно разумно снизить планку требований по скорости работы универсального микроконтроллера, т.к. задачи требующие относительно высокого быстродействия (реакция быстрее 500 нс) безусловно существуют, они очень важны, но увы слишком специфичны и не составят при самом пристрастном подходе 15% от общего числа применений. В конце концов, существуют ПЛИС и DSP.
   
   
4. Контроллеры, которые имеет смысл сравнивать между собой должны быть легко доступны на отечественном рынке. Иначе, если кто-то знает, что где-то есть ну супердешевые и суперфункциональные камни, но достать их в любое время и в любом количестве (равнозначность по доступности розницы или опта) у нас невозможно, нет смысла говорить об этом.
   
   
5. В погоне за снижением цены, не следует отвлекаться на построение монстрообразных микро-ЭВМ из морально устаревших микропроцессорных комплектов (8080, 80C85, Z80 и т.д.) или отечественных микроконтроллеров (KP1820…, KP1816BE49, KP1816BE51, KP1816BE39 и т.д.), продающихся сейчас по демпинговым ценам. Это точно приведет к общим печальным последствиям с точки зрения и объема печати, и настройки, и резкого снижения надежности и т.д. И вообще, беречь себя надо, используя последние достижения прогресса. Поэтому сосредоточимся только на однокристальных универсальных микроконтроллерах с встроенной памятью.
   
   

Если рассматривать рынок современных дешевых 8-разрядных микроконтроллеров, с точки зрения приведенных выше критериев, то можно остановить взор на следующих шести семействах:

1. 68НС705Jxxx и 68НС805Кхх фирмы Motorolla.
2. АТ89хх и AVR фирмы Atmel.
3. Клоны PIC фирмы Microchip.
4. Z86xx фирмы Zilog.

Что касается даже самых дешевых микроконтроллеров фирм Motorolla и Atmel, то их цена, в настоящее время, значительно превышает затраты на дешевые варианты кристаллов семейств Microchip и Zilog (почти в 2-2,5 раза). А учитывая стоимость фирменных инструментов для работы с приборами семейств 68НС705Jxxx и 68НС805Кхх, разработка устройств на базе подобных контроллеров в России весьма проблематична.

Отладка приложений построенных на базе контроллеров фирмы Atmel требует гораздо меньше затрат, благодаря реализации встроенной памяти программ для этих кристаллов по FLASH-технологии. Однако, удобство подобного способа отладки, по сравнению с использованием полноценного эмулятора, весьма сомнительно. С другой стороны не покидает чувство упущенных фирмой Atmel возможностей. Ведь не для всех же микросхем требуется механизм отладки. Большинство микросхем, например в не большой серии, прошиваются один раз и на всю жизнь. Может, если бы часть микроконтроллеров выпускать не с FLASH, а с обычной однократно программируемой памятью ситуация с ценой на эти процессоры была бы иной?

Что же касается дешевых вариантов AT89, то, как представляется, использовать в настоящее время контроллеры, которые не имеют встроенного WDT, могут позволить себе только очень отважные люди, которые совсем не дорожат своей репутацией разработчика.

Таким образом тягаться в состязании на звание лучшего могут между собой сегодня только семейства PIC фирмы Microchip и Z86xx фирмы Zilog.

Остановимся более подробно на том, почему технология построения устройств на базе Z86 на сегодняшний день представляется наиболее оптимальной по сравнению с технологией PIC. Для сравнения выберем самое младшее семейство Z86 включающее кристаллы Z86E02/03/04/06/08 и соответствующие ему младшие семейства PIC – 16С5ХХ и 12С5ХХ. Такой подход правомерен т.к. микроконтроллеры PIC из любого другого клона имеют цену в 2-3 раза выше кристаллов Z86E02/03/04/06/08.

1. При сравнении цен на микроконтроллеры Z86хх, имеющих объем ППЗУ одинаковый по емкости с приборами семейств 16С5ХХ и 12С5ХХ, микросхемы фирмы Zilog имеют всегда более низкую цену. Такая ситуация складывается на сегодняшний день везде, когда речь заходит о действительно реальных оптовых или розничных продажах, а не пустых декларациях.
   
   
2. Наличие полноценного фирменного эмулятора-программатора Z86CCP00ZEM разработанного самой фирмой Zilog для основных приборов семейства (около 35 типов устройств) Z86хх за сумму не более чем 100-128$. Причем речь идет о полноценной эмуляции всех узлов любого из кристаллов семейства в реальном масштабе времени. Этому аргументу клоны PIC могут противопоставить лишь: 1. Фирменные программаторы, цена которых не ниже 120$ (но это только программатор). 2. Отладочные многократно программируемые кристаллы, отладка с помощью которых покажется адом после сервиса, предоставляемого настоящим внутрисхемным эмулятором. 3. Фирменные внутрисхемные эмуляторы за астрономическую цену (тысячи $). 4. Море всяческих отечественных поделок и подделок (программаторов, полуэмуляторов, отладочных плат и т.д.), цена которых определяет качество предоставляемых ими функций. Такое количество всевозможных средств отладки, которое должно, как кажется, в начале свидетельствовать о широком спектре предоставляемых возможностей, на самом деле отражается одной стороны конъюнктуру этого рынка в нашей стране, а с другой неудовлетворенность по тем или иным причинам ранее изготовленными инструментальными средствами. Фирма же Zilog одним лишь изделием Z86CCP00ZEM удовлетворила все потребности разработчиков, использующих Z86, да так что они не о чем лучшем и не помышляют.
   
   
3. Очень бедный набор команд для PIC, приводит к тому, что Z86хх генерируют намного более экономичный код (т.е. на одну команду эквивалентную Z86хх у PIC уходит 3-5 команд), а это полностью сводит на нет все преимущества по быстродействию RISC архитектуры PIC, и конечно сильно снижает производительность при программировании. (Экскурс: Может быть, кто-либо застал момент в развитии Родины, когда не было компьютеров, а были программируемые калькуляторы, и все по ним сходили с ума. Очереди бешенные выстаивали, чтобы купить. Программировались эти калькуляторы специальным “польским кодом” - набор дебильных символов в семисегментном представлении. Так вот, от программирования PIC-ов складываются подобные ощущения). Поэтому, как правило, для большинства людей, которые уже работали с Intel-овскими или Motoroll-овскими кристаллами тяжело свыкнуться архитектурой и системой команд микроконтроллеров семейства PIC, поскольку они значительно отличаются от классических канонов (конечно, если требует конъюнктура можно пойти на все). Как говорил классик “если носил швейцарские ботинки, отечественные уже не наденешь…”. И, напротив, если электронщик не работал раньше с микроконтроллерами вообще, он запросто “переходит” на PIC, но после этого он становится полным рабом фирмы Microchip.
   
   
4. Кроме того, младшие члены семейства Z86хх лучше младших кристаллов PIC (12СХХХ и 16С5ХХ) по общему объему и качеству встроенных ресурсов. Сравним близкие приборы из разных семейств Z86хх и PIC, опираясь на величину объема встроенного программного кода и цену, при этом будем сравнивать только отличия не останавливаясь на сходных узлах и функциях, которые реализованы во всех сравниваемых кристаллах (автоматический сброс при включении, режим пониженного потребления, наличие WDT, наличие бита секретности и т.д.):

   Тип контроллера	Z86E02	PIC12С508	PIC16С54
   Объем ОЗУ	61 байт	25 байт	25 байт
   Количество функциональных выводов	14	6	12
   Наличие встроенных компараторов	2	нет	нет

   А если сравнивать таким же образом приборы с объемами программной памяти 1024 и 2048 слов, то в актив семейства Z86хх прибавляется дополнительный таймер – вместо одного у PIC.

5. Уж коли речь идет, о PIC серий 12СХХХ и 16С5ХХ, как о единственных приборах сопоставимых на отечественном рынке по цене с Z86ХХ младших модификаций, нельзя не отметить полное отсутствие у рассматриваемых клонов PIC какого-либо механизма прерываний. Это обстоятельство сразу делает их на порядок ниже по функциональности близких по цене приборов семейства Z86ХХ. Здесь вообще не о чем спорить, теперь понятно на что расходуется бешеная производительность контроллеров младших клонов PIC.
   
   
6. В отличие от всех известных нам микроконтроллеров Z86хх имеют механизм автоматического запуска WDT при включении питания. Т.е. даже, если программа еще не успела запустить WDT, прибор его запустит автоматически, как только напряжение питания превысит 3,5 В. Это значительно улучшает надежность работы контроллеров, причем без использования специальных микросхем супервизоров и мониторов питания. Ни у младших, ни у старших представителей семейства PIC наличия подобного аппарата не наблюдается, поэтому они, как правило, имеют специальный вывод для принудительного сброса от какого-либо внешнего супервизора.
   
   

Думаем что приведенных преимуществ достаточно, чтобы понять, почему мы, внимательно наблюдая за отечественным рынком микроконтроллеров, до сих пор работаем на Z86хх. Особенно, если речь идет о изготовлении приборов, построенных на базе микроконтроллеров, мелко серийными тиражами отчетливо понимаешь, почему так важна низкая цена даже самого простого камня.

Безусловно, микроконтроллеры семейства PIC имеют определенные преимущества по сравнению с любым из кристаллов семейства Z86. Однако, попробуем оценить эти преимущества не предвзято:

1. Очень высокое быстродействие (одна команда выполняется за 200 нс) благодаря используемой RISC-архитектуре. Однако, для чего оно такое быстродействие? Если, чтобы просто дергать уровнем на одном из выводов 5 раз в 1 мкс… Но для этого не нужен микроконтроллер есть и простая логика, и ПЛИС.
   
2. Очень низкое потребление (около 2 мА по сравнению с Z86 – 8 мА) в большинстве приложений не связанных с изготовлением специальных портативных устройств не играет решающей роли.
   
3. Легкое освоение программирования благодаря небольшому количеству инструкций. Давным давно еще то ли Виннер, то ли фон Нейман доказал, что помощью трех команд можно написать любую программу. Только зачем так мучиться, реализуя полноценные инструкции, зарекомендовавшими себя на всех классических процессорах, несколькими простейшими мнемокодами. А так ассемблер Z86хх по эффективности напоминает язык С для PIC-процессоров.
   
4. Клоны PIC конечно разнообразнее, многочисленнее и есть кристаллы, которые догоняют по периферии Z86хх (и даже имеют систему прерываний), но цена подобных приборов, уже не выдерживает ни какой критики. Причем, даже если требуется иметь в составе устройства энергонезависимую память, PIC невыгодны. Вариант Z86хх + 93С46 по сравнению с самыми дешевыми камнями PIC с встроенным EEPROM дает выигрыш в цене опять не в пользу PIC. А уж про метрологические характеристики встроенных АЦП реализованных в некоторых дешевых PIC-контроллерах вообще говорить неинтересно. Преобразователь подобного качества элементарно мог быть реализован на любом из самых дешевых кристаллов Z86xx, с помощью одного конденсатора и двух резисторов, еще за долго до появления подобных устройств в составе семейств PIC-контроллеров, причем без какой либо дополнительной платы фирме производителю.
   
5. Легкая доступность действительно здесь не возразишь. И сама фирма, и ее представители в России четко отслеживают конъюнктуру рынка. Список поставки, какой фирмы не глянь, везде есть PIC-контроллеры.
   
6. Великолепная фирменная и нефирменная поддержка. Здесь, как и в предыдущем пункте возразить трудно, видимо фирма имеет большие деньги, что бы вкладывать их в рекламу, да и надо отдать должное творчеству отечественных энтузиастов.
   

Однако, говорить о том, что с доступом к информации и программному обеспечению для микроконтроллеров семейства Z86хх есть какие либо проблемы неверно. Описание характеристик, функциональных возможностей и архитектуры микроконтроллеров семейства Z86хх подробно изложено и в специальных описаниях DATA SHIЕЕT, USERs MANUAL, DATA BOOK и т.д., которые легко доступны через сайт фирмы Zilog (http://www.zilog.com/). Кроме того, подробные обзоры по этому семейству на русском языке можно почерпнуть из следующих источников:

1. Современные микроконтроллеры. Архитектура, средства проектирования примеры применения, ресурсы сети Интернет. Телесистемы. “АКИМ”. М. 1998. (стр.108-125) – эту книгу можно почитать через сервер Телесистем.
   
   
2. Универсальные микроконтроллеры семейства Z8 фирмы Zilog. Гусев А.В., Мироненко О.В., Петров Р.А. Электронные компоненты (КОМПЕЛ). Выпуск 2.1996 (стр.32-35).
   
   
3. Продукция фирмы Zilog. Шипулин С., Храпов В. Cihp News. №8-9,1996. (стр.41-42).
   
   
4. Совершенствование устройств управления и обработки информации путем замены микроконтроллеров PIC на Z8. Cihp News. №2,1998. (стр.15-17).
   
   

Хотя, эти материалы не представляются достаточно удачными т.к. посвящены, прежде всего, кристаллам старых модификаций, а новые перспективные изделия описаны в них поверхностно.

Что касается программных средств для Z86xx. Для программирования кристаллов семейства Z86хх (в отличие от PIC-контроллеров внутри семейства нет разброда в структуре, длине и адресации инструкций, все они равнозначны для любого из кристаллов младший он, или старший) используется бесплатно распространяемые ассемблер ZASM и макроассемблер ZMASM, совместимые с оболочками эмуляторов Z86CCP00ZEM. Этих оболочек две: Z8ICE (хорошо работает под W3.11) и Zilog Development Studio (полнофункциональная среда отладки для W95/98/NT, еще не очень “вылизанная”, но Zilog постоянно ее развивает). Все выше перечисленное есть в свободном доступе на сервере Zilog. Для любителей C или комбинированного программирования есть интегрированная среда Z8 COMPASS фирмы Programm Language Corp., а также продукция Avocet, IAR и др. (все это уже коммерческое, хотя для ряда случаев могут подойти и Evaluation версии). Однако из-за экономии ресурсов EPROM лучше писать на ассемблере.

Конечно мы, в настоящее время, вызывают большой интерес новое семейство RISC контроллеров AVR, выпуск фирмы Atmel. Несомненно, на сегодняшний день это один из лучших клонов микропроцессоров в своем классе и по быстродействию, и по количеству и гибкости инструкций, и по объему и качеству периферии. Однако цена на любой из этих приборов и отладочные средства для них на сегодняшний день значительно превосходят предлагаемые Zilog для Z86хх (цена даже 8-ножечного камня с минимальной конфигурацией превосходит 2$). Поэтому, пока при разработке даже мелких серий приборов построенных на основе микроконтроллеров нет смысла переходить на эти кристаллы. Резонно предположить, что цены на эти приборы в будущем будут значительно снижены фирмой Atmel, но …

В настоящее время Zilog прилагает титанические усилия, по насыщению рынка новым клоном под условным названием Z8+. Новое ядро лежащее в основе этого семейства представляется намного более перспективным и производительным по сравнению с Z86. Уже появились первые кристаллы нового семейства и первый эмулятор, в котором заложены возможности по отладке будущих камней, которые готовит к выпуску фирма, уже анонсированы новые кристаллы в 8-диповых корпусах по цене менее 0.35$, кристаллы с встроенным EEPROM.

Если Вас заинтересовали микроконтроллеры Zilog, то узнать о новостях и номенклатуре выпускаемых фирмой устройств можно на сайте выборской фирмы ГАММА (http://www.vyborg.ru/org/gamma/index1.htm), а приобрести компоненты и отладочные средства по минимальным в Москве ценам, и получить комплект технической документации, лучше всего у Смирнова Алексея т. 330-16-11 или Email:vevr@orc.ru.

Щеглов Сергей и Дорогов Дмитрий.
ЗАО ЭлИн

09.02.1999