Como muchos otros, me sorprendió mucho saber sobre un microcontrolador vendido por solo 0,03 USD a través del EEVBlog el año pasado. ¿Cómo fue posible? Muchos asumieron que se trataba de una venta por incendio de un producto viejo. Cavando un poco más, se hizo evidente que hay un segmento de mercado completo de microcontroladores de ultra bajo costo. Casi todos ellos son productos de empresas bastante desconocidas de China o Taiwán. Este artículo resume mis hallazgos en este nicho bastante peculiar.

Ya aprendimos que hay una gran variedad de microcontroladores de very 1.00 muy potentes, pero ¿qué pasa con el MCU de 0 0.10? ¿Son realmente todos «terribles», como se sugiere en otra parte?

Metodología

¿Cómo definir un microcontrolador $0.10? De cualquier forma que lo expreses, será una elección algo arbitraria. Tomé un enfoque sencillo y utilicé el precio del soporte de 100 piezas en LCSC. Se identificaron seis proveedores que tenían uno o varios dispositivos por debajo de $0.10, todos de Asia. Si había disponibles diferentes tipos de paquetes de la misma MCU, elegí la versión SOP8. Algunos fabricantes tenían más de un candidato, así que tuve que limitarme a dispositivos representativos para una lista final de ocho candidatos.

No pude encontrar ningún MCU de menos de 0 0.10 en los grandes distribuidores como DigiKey o Mouser. Solo para decir lo obvio: Esto no significa necesariamente que sea imposible encontrar MCU por debajo de 0 0.10 de fabricantes occidentales con el tamaño de pedido correcto. Dos factores parecen entrar en juego aquí: En primer lugar, LCSC parece operar con márgenes mucho menores que los distribuidores establecidos.En segundo lugar, los fabricantes establecidos de UCM no dependen tanto de pequeños clientes y, por lo tanto, pueden obtener una prima en pedidos de bajo volumen.

Debido a la falta de herramientas de programación y tarjetas de evaluación, solo pude revisar la mayoría de los dispositivos por hoja de datos, con la excepción de las MCU de Padauk.

Descripción general

En total, se identificaron ocho candidatos de seis fabricantes diferentes. Un resumen de los dispositivos se puede encontrar en la tabla a continuación.

Hay algunas similitudes obvias: Todos los dispositivos están diseñados en torno a una arquitectura basada en acumuladores, indudablemente inspirada en la serie Microchip PIC12. Curiosamente, con solo MDT como excepción, todos los proveedores ampliaron y modificaron sus diseños del original. La razón de esto es probablemente doble: En primer lugar, quieren evitar cualquier problema legal con el Microchip y, en segundo lugar, el propio PIC12 está severamente limitado. Se están abordando algunas de las principales deficiencias, como la falta de interrupciones, el espacio direccionable de JMP/LLAMADA, el almacenamiento de memoria/E / S y la grave falta de periferia.

Desafortunadamente, ninguno de los proveedores comparte abiertamente detalles como codificación de instrucciones o algoritmos de memoria. El desarrollo de todos los dispositivos debe comenzar a través de IDE proporcionados por el proveedor. Con la excepción de Holtek, todos los dispositivos dependen de una interfaz de programación de alto voltaje y no se programan fácilmente en circuito. Solo Padauk y Holtek ofrecen dispositivos que se pueden programar más de una vez.

Hallazgos individuales

Bojuxing Industrial

El BJ8P509F, con un precio de 0,0466 usd, es una versión ligeramente mejorada del PIC12C509. El conjunto de instrucciones se extiende de 12 bits a 13 bits. Esto permite instrucciones jmp que pueden dirigirse a toda la memoria. Además, se agregaron capacidades de interrupción y una pila de HW extendida.

Una hoja de datos en inglés está disponible y parece lo suficientemente completa como para funcionar con el dispositivo. Desafortunadamente, el sitio web del proveedor y la documentación del IDE solo están disponibles en chino.

Eastsoft Micro

Eastsoft Micro tiene una amplia cartera de microcontroladores derivados de PIC. Llaman a su sabor de la arquitectura «HR7P RISC». Es una arquitectura completa basada en acumuladores con capacidad de interrupción, pila de 8 niveles y acceso no conmutado por banco a memoria y E/S.

Hay un dispositivo disponible en el espacio sub 0 0.10, el HR7P153P45SA. Las características notables son la disponibilidad de un bitADC de 12, un oscilador de baja velocidad para un funcionamiento de menor potencia y la adición de dos timers con capacidad PWM.

Desafortunadamente, tanto el sitio web como las hojas de datos solo parecen estar disponibles en chino.

Holtek

Holtek es un proveedor de microcontroladores bien establecido de Taiwán. Su entrada en esta categoría, el HT68F001, es algo extraño: Es un dispositivo bastante limitado con solo 512 palabras de flash de programa y 16 bytes de RAM. La arquitectura es muy similar al Pic12 y solo se puede registrar desde un oscilador interno de 32 kHz. Dado que cada instrucción tarda 4 ciclos en ejecutarse, ¡esto resulta en solo 8000 instrucciones por segundo! Parece que este dispositivo está dirigido a aplicaciones de energía ultrabaja que tienen requisitos de complejidad muy baja.

Este MCU viene con una excelente documentación. Esto incluye su sitio web, hojas de datos, notas de aplicación e IDE. También es el único dispositivo que ofrece programación de flash de bajo voltaje. Ambos factores diferencian a Holtek del resto del campo.

Dada la funcionalidad limitada de su entrada, sin embargo, parece que el segmento de ultra bajo costo no es una prioridad para Holtek.

Padauk

Está muy claro que el MCUmarket sub 0 0.10 es el terreno de juego de Padauks. Tienen docenas de productos en este rango de precios,con una amplia variedad de características y tipos de paquetes.

Todos los dispositivos se basan en la arquitectura MCU de Padauks, que se extiende significativamente sobre la del PIC12: Utiliza regiones de memoria de E/S y SRAM separadas y permite abordar la gama completa sin necesidad de banca. A diferencia de todos los demás dispositivos, la pila se asigna a la memoria. La mayoría de las instrucciones se ejecutan en un solo ciclo.

Un aspecto interesante y muy único es que la arquitectura de Padauks está orientada a múltiples subprocesos sincrónicos, lo que permite ejecutar más de un programa en paralelo en el mismo núcleo de MCU utilizando un esquema de corte de tiempo. A este concepto lo llaman «Matriz de Procesadores Programables de Campo» (FPPA). Un concepto similar es utilizado en la arquitectura XCore por XMOS. Una aplicación útil de multihilo en pequeñas MCU es crear periferia virtual, por ejemplo, UART, I2C, que se opera en paralelo con el programa principal.

Elegí tres productos representativos en un paquete SOP8: El PMS150C, el PFS154 y el PFS173. Todos estos solo tienen una unidad FPPA de un solo hilo y, por lo tanto, no admiten subprocesos múltiples.

El PMS150C es su oferta de costo más bajo a 0 0.033, el «MCU de 3 centavos» original. Este dispositivo viene con 1 kilovatio de memoria programable de una sola vez y 64 bytes de RAM. La periferia se extiende notablemente sobre muchas de las partes de la competencia, ofreciendo un temporizador de 16 Bits, un temporizador de 8 bits con PWM, oscilador LF y un comparador analógico con DAC de voltaje de referencia de 4 bits que se puede usar para implementar una funcionalidad ADC simple. Todo esto es suficiente para implementar funciones de detección y control simples.

El PFS154 cuesta casi el doble. Sin embargo, a diferencia del PMS150, ofrece una memoria flash de 2 kW y se puede programar varias veces, lo que es mucho más conveniente para el desarrollo real. La periferia se ha ampliado con unidades PWM de 3×11 bits, que se ven muy adecuadas para controlar los led RGB.

Finalmente, el PFS173 es una mejora incremental sobre el PFS154, agregando un ADC de 8 bits y extendiendo el flash a 3kilowords y la RAM a 256 bytes.

Padauk proporciona un desarrollo de soporte IDE en Ensamblador y un dialecto algo críptico de C («Mini-C»). Proporcionan excelentes hojas de datos en inglés y chino, así como un sitio web bilingüe. La programación de los dispositivos se realiza mediante un protocolo de alta tensión de 5 o 6 hilos, lo que hace que la programación en circuito sea un desafío.

Cadena de herramientas de código abierto

Tras la discusión en EEVBlog, se ha formado una pequeña comunidad en torno a la UCM de Padauk con el objetivo de crear una cadena de herramientas de código abierto para el dispositivo. La mayoría de las actividades están cubiertas en este hilo.

A partir de hoy (agosto de 2019), se completó la ingeniería inversa de la codificación de instrucciones, se documentó el protocolo de programación, se desarrolló un programador de hardware abierto y se integró el soporte para varios tipos de arquitectura PDK en SDCC. El desarrollo de todas las MCU de Padauk mencionadas anteriormente ahora es posible utilizando una cadena de herramientas completamente abierta.

Puolop

Puolop es un proveedor chino basado en Shenzhen de microcontroladores y varios circuitos de señal mixta. Parecen ofrecer una amplia gama de MCU Padauk reetiquetados, específicamente la versión OTP más antigua.

Por ejemplo, el Puolop PTB150CSE parece ser idéntica a la Padauk PMS150C. Su precio es ligeramente inferior a la original ($0.0315 vs $0.334). No está claro cuál es la relación entre Puolop y Padauk, pero parece que Padauk está actuando como proveedor de Puolop.

El sitio web de la empresa y toda la documentación solo están disponibles en chino.

No parece haber ninguna razón específica para considerar MCU Puolop sobre Padauks, aparte de ahorrar fracciones de centavos en precios.

Yspring Tech / MDT

Yspring Tech es una empresa con sede en China que ofrece una amplia gama de dispositivos que son funcionalmente compatibles con sus contrapartes de Microchip. Parece que la mayor parte de la cartera de productos se originó en MDT tech, que es una empresa taiwanesa y puede haber sido adquirida o está en cooperación con Yspring. Microchip ha tenido problemas con su modelo de negocio en el pasado.

Ysprings además de esta revisión es el MDT10P509 que se vende por $0.0795. Este dispositivo parece ser un clon exacto del PIC12C509. Si bien esto podría ser útil como reemplazo de bajo costo del producto original, es claramente inferior a los otros productos de esta categoría desde un punto de vista funcional.

El MDT10P509 ofrece 1 KW de memoria OTP, 41 bytes de RAM y solo un temporizador de 8 bits como periferia. Al igual que el PIC12C509, no ofrece interrupciones, solo una pila HW de 2 niveles y toma 4 relojes por instrucción

Conclusiones

¿Estos microcontroladores son realmente «terribles»? Sin duda es una cuestión de perspectiva. Se dirigen a una categoría específica de productos de bajo costo, de gran volumen, no aptos para mantenimiento con funcionalidad limitada. ¿Necesita esperar a que presione un botón y luego dejar que un LED parpadee exactamente cinco veces? ¿Necesita controlar una luz nocturna que funciona con pilas? El MCU sub 0 0.10 es su amigo para reducir la lista de materiales y acortar el tiempo de desarrollo.

Una advertencia es que el desarrollo de la mayoría de estos dispositivos es bastante inconveniente debido a la disponibilidad limitada de variantes de flash y la falta de programación en servicio. La depuración generalmente solo se ofrece a través de emuladores de circuito integrado.