Streifen Sie Ihre Schuhe ab: Tipps für modulares Design zur Obsoleszenz-Verwaltung

Ich habe festgestellt, dass es auf der Welt zwei Sorten von Menschen gibt: diejenigen mit einem großen Schrank voller kaum getragener Schuhe für ihre alltäglichen Bedürfnisse, und diejenigen mit ein paar wenigen und zu sehr ausgetretenen Schuhen, die sie tragen, bis es gar nicht mehr geht. Ich gehöre zu den Letzteren und so ist es mal wieder an der Zeit, meine derzeitigen Sneaker zu ersetzen. Aber es gibt auch immer den goldrichtigen optimalen Zeitpunkt, alte Schuhe zu ersetzen. Er ist dann gekommen, wenn der Abnutzungsgrad des aktuellen Paares gerade so ein wenig unangenehmer ist als die Starrheit eines neuen, noch nicht eingelaufenen Paares.

Zu wissen, wann abgetragene Schuhe ersetzt werden müssen, scheint aber eher ein intuitiver Prozess zu sein und nicht einer, den man wie in der Elektronik genau verfolgen und koordinieren kann. Der Umgang mit Bauteilen, die vor der Abkündigung stehen, ist nach wie vor eine gängige Herausforderung beim Elektronikdesign. Wenn einzelne Bauteile abgekündigt werden, bevor das Produkt das Ende seines Lebenszyklus erreicht hat, resultiert hieraus ein klares Umstellungsproblem. Zum Beispiel werden Mikrocontroller aufgrund ihrer kurzen Lebenszyklen von fünf Jahren oder weniger häufig durch neuere Versionen ersetzt. Aufgrund dieser begrenzten Lebensdauer besteht bei langlebigen Produkte wie etwa industriellen Datenloggern und Parkautomaten stets das Problem, dass sie länger halten als ihre Mikrocontroller und daher regelmäßigen Ersatz benötigen.

Wenn Sie nicht vorbereitet sind, kann der Umstieg auf einen neuen Mikrocontroller ein problematischer Prozess werden, der eine enge Koordination (und mögliche Kommunikationsfehler) zwischen Hardware- und Firmware-Entwicklern mit sich bringt. Die folgenden drei Tipps für ein modulares Design können Ihnen allerdings helfen, einen reibungsloseren Übergangsprozess für den Mikrocontroller auszuarbeiten:

1. Modularisieren Sie Ihre Schaltplan-Designs, um die Änderungen zu minimieren

Wenn ein erneutes Hardwaredesign durch Umstellung auf eine neue MCU erforderlich ist, können modulare Schaltpläne viel Zeit sparen. Die Annehmlichkeit, alle Ihre Schaltpläne in einer einzigen Design-Datei abzuspeichern, zahlt sich nicht immer aus! Das Ersetzen eines veralteten Mikrocontrollers durch einen neuen kann potentiell problematisch sein, wenn beide nicht pinkompatibel sind. In diesem Fall kann der Mikrocontroller erst dann ausgetauscht werden, wenn andere Bauteile manuell verschoben wurden und jede einzelne Verbindung erneut hergestellt ist.

Ein modulares Schaltplandesign ist eine weitaus bessere Option, die die Flexibilität bietet, den Mikrocontroller auf einem eigenen Schaltplanblatt anzuordnen und Netze oder Ports zum Verbinden mit anderen Modulen zu verwenden. Mit diesem Ansatz müssten Sie nur das Schaltplanmodul mit dem Mikrocontroller ändern. Dies aber geht viel einfacher und effizienter als bei nicht modularisierten Schaltplänen.

Hilfreich ist es auch, mit einer Tabellenkalkulation eine Tabelle zu erstellen, um sicherzustellen, dass die Pins korrekt zum neuen Mikrocontroller zugeordnet werden. Dies reduziert die Möglichkeit von Fehlern bei der Überarbeitung des neuen PCB. Wenn aber eines Ihrer Produkte von der Abkündigung eines Bauteils betroffen ist, sollten Sie möglicherweise die Nutzung des Item Lifecycle Managements (Lebenszyklusverwaltung für Teile) von Altium Vault in Betracht ziehen, damit Sie Ihr Design besser verfolgen und synchronisieren können.

^{Untergliedern Sie Ihre Schaltpläne in Module, um die Änderungen beim Umstieg auf eine neue MCU zu minimieren.}

2. Vereinfachen Sie die Umstellung durch portierbaren Programmcode

Beim Erstellen von gutem Programmcode geht es um mehr, als nur seitenweise Programmieranweisungen abzuspulen und die Hardware zum Laufen zu bringen. Gut programmierte Firmware beinhaltet eine systematische Hierarchie, um Programmmodule zu planen und Änderungen des Quellcodes beim Wechsel auf einen neuen Mikrocontroller zu minimieren. Je besser portierbar und je strukturierter der Programmcode ist, umso besser.

Der Quellcode eines Systems kann in Hardware-Ebenen unterteilt werden, z. B. für Eingänge, Universal Asynchronous Receiver-Transmitter (UART) und Timer. Diese Module auf der Hardware-Ebene dienen zur Konfiguration und Interaktion mit dem Register des Mikrocontrollers. Die zum Systemalgorithmus gehörenden Quellcode-Abschnitte werden in einem separaten Abschnitt gespeichert. Zum Beispiel sind die Module für die Datenbank, das Modbus-Protokoll und die Datenprotokollierung nicht von der Hardware abhängig und können separat platziert werden.

Die Quintessenz hieraus ist, dass beim Wechsel auf einen neuen Mikrocontroller nur der Quellcode geändert werden muss, der den internen Teil des Mikrocontrollers betrifft. Dies minimiert den Zeitaufwand zum Anpassen der Firmware an den neuen Mikrocontroller. Mit der richtigen Struktur kann die Portierung schon beginnen, während das Hardware-Team noch mit dem Überarbeiten des Designs beschäftigt ist.

3. Wählen Sie pinkompatible Mikrocontroller, um Zeit zu sparen

Ein effizientes PCB-Layout zu gewährleisten, kann der effizienteste Weg sein, Zeit und Energie bei der Umstellung auf neue Mikrocontroller zu sparen. Der langwierigste Teil der Umstellung auf einen neuen Mikrocontroller ist der Prozess der Neuzuordnung jedes einzelnen Signals zu anderen Bauteilen der Schaltung. Wenn der Mikrocontroller Hunderte von Pins hat, können schon kleinste Fehler die Umstellung erschweren. Es ist daher ratsam, zusammen mit dem Hersteller zu überprüfen, ob ein 1:1 pinkompatibler Ersatzbaustein für den abgekündigten Mikrocontroller erforderlich ist.

Hautnah erleben konnte ich das Abkündigungs-Problem an einem meiner Designs, das den ARM7-basierten Mikrocontroller LPC2368 von NXP enthielt. Das Glück war jedoch auf meiner Seite, denn der neue Mikrocontroller war pinkompatibel zu meinem bestehenden Design und ersparte mir den immensen Aufwand, die Leiterplatte zu überarbeiten. Dennoch gibt es Situationen, in denen es keine pinkompatiblen Versionen gibt. In diesem Fall führt um das Überarbeiten des Hardwaredesigns kein Weg herum.

^{Ein pinkompatibler Mikrocontroller könnte ein Überarbeiten der Hardware überflüssig machen.}

Rüsten Sie Ihre Sie Designs mit Obsoleszenz-Verwaltungs-Software

Das Erstellen eines effizienten PCB-Designs ohne einen optimierten Arbeitsablauf, ohne Zugriff auf den Entwurfsverlauf und ohne Anpassbarkeit der Bauteile ist eine Herausforderung. Idealerweise sollte der Designer in der Lage sein, unabhängige und modulare Änderungen an allen Bauteilen zu überwachen und gleichzeitig die Synchronisation des gesamten Designs zu gewährleisten. Obsoleszenz-Verwaltungs-Software übernimmt das Management abgekündigter Bauteile durch optimierte Modularität und weniger sich wiederholende Arbeitsschritte pro Bauteilwechsel. Sie sorgt damit dafür, dass es weniger unliebsame Überraschungen gibt und zusätzlicher Arbeitsaufwand minimiert wird. Die PCB-Designsoftware CircuitStudio bietet eine umfassende und erstklassige Lösung.

Möchten Sie Ihr Design besser auf die Abkündigung von Bauteilen vorbereiten? CircuitStudio könnte das perfekte Werkzeug zur Vorbereitung Ihres Designs auf gängige Probleme wie den Umstieg auf einen anderen Mikrocontroller sein. Sprechen Sie jetzt mit einem Experten von Altium, um weitere Tipps zu erhalten.