Владислав Рябчевский, Автор в Академия Selectel

При разработке своей макетно-отладочной платы на базе отечественного микроконтроллера я проводил анализ существующих решений. Одно из них заинтересовало меня особенно — модули фирмы «Фрактал». В частности, интерес мой был вызван ореолом таинственности: сайт их не работал, а сторонней информации в сети оказалось крайне мало: помимо новостей 2012 года, единственными источниками были YouTube-канал Андрея Владимировича Тарасова и его страница в LinkedIn. Мне удалось связаться с ним и получить информацию о созданных решениях, истории и нюансах работы компании, а также новых вызовах и перспективах электроники. Сегодня мы с вами погрузимся в историю проекта: от первых самодельных ПК на базе Intel i8080 до применения модулей в космосе, промышленности и их роли в эпоху ИИ. Держитесь крепче, ведь мы переносимся в 1990-е, где задолго до массовых плат Arduino, в Зеленограде появился отечественный модульный конструктор для создания автоматики — «Фрактал». С чего все начиналось Андрей Тарасов окончил МИСиС в 1987 году по направлению полупроводниковой электроники. Свои первые два компьютера он вместе с другом собрал еще в 1986 году на базе процессора Intel i8080 (отечественный аналог — КР580ИК80А). Позже, во время учебы в аспирантуре МИСиС, были проекты на Intel i8086 и ZX Spectrum — со своими схемами и теми же макетками-проводами. Для персонального компьютера на i8086 разработчик создал собственный видеоадаптер CGA: в отличие от оригинального решения, он содержал в три раза меньше микросхем и работал без тактов ожидания. Версию ZX Spectrum собрали на собственной схеме с использованием «знаменитого кристалла 216». При этом плата содержала минимальное число чипов и оснащалась дисководом. Дальнейшая работа в НИИНЦ позволила инженеру прикоснуться к архитектуре MicroVAX — «со стороны железа, конечно». Импульс кризиса 1998 года и рождение концепции «Фрактал» В 1994 году была создана фирма «АТАС» (название образовали по инициалам создателей). Это была эпоха расцвета радиорынка — от стихийной торговли на Тушинской до известного всем Митино. Позже, в 1996 году, зарегистрировали компанию «Фрактал». Андрей Владимирович так вспоминает это время: «Предприятие создать не сложно. Трудности, конечно, были, но сейчас они выглядят несерьезно. Делали разную автоматику, на заводе «Квант» запустили в серийное производство наш ZX Spectrum — версию с контроллером флопика». Серьезным импульсом для развития проекта стал экономический кризис 1998 года. Как программировались модули «Фрактал» Вычислительные модули Fractal (например, FR-MCX53 или MCU32-1) программировались в любой IDE с подсветкой синтаксиса языка BASIC. Программа отправлялась в модуль в виде ASCII-страниц текста через интерфейс USB (на базе аппаратного контроллера USB в микроконтроллерах STM32®, где со стороны ПК создавался CDC-интерфейс) или через конвертер USB-UART. Андрей Тарасов для своего первого компьютера взял BASIC от компьютера «Радио-86РК», опубликованный в журнале «Радио», за ним был ZX Spectrum и далее по списку. Основная цель заключалась в максимальном упрощении программирования и отладки, чтобы созданием приборов мог заниматься любой желающий, а не только квалифицированный программист или инженер-электронщик. Для исправления ошибки достаточно было отредактировать или добавить строчку текста прямо в терминале. Как это все работало Вычислительные модули системы эволюционировали вместе с элементной базой: первые версии строились на аналогах Intel® i8051, затем — на Microchip® PIC24® и микроконтроллерах STM32® (в частности, STM32F103). Модуль получал через COM-порт или USB/VCP текстовый код ASCII, проверял синтаксис и исполнял его построчно. Это позволяло в любой момент прервать выполнение программы, внести изменения и продолжить отладку с того же места. Если у вас возник вопрос, чем были мотивированы решения касательно модульности — проприетарными или, может быть, промышленными решениями, то все несколько прозаичнее (хотя, тут как посмотреть): основной движущей силой было собственное видение. Использовался самый простой и доступный тип разъема — штыревые линейки и их ответные части. Электрические характеристики вполне подходили для целей набора, и ответные части также можно было выбирать: с пробивкой на шлейф, разъемы на плату или просто чтобы обжать проводники в PLS. Модуль рассматривался так: одна сторона — «внешний мир» (входы-выходы, интерфейсы), другая сторона — внутренние интерфейсы и линии системы. Размер главным образом определяли типичные габариты использовавшихся компонентов. Тогда SMD-технология начинала выходить на рынок, и уже были доступны и микроконтроллеры, и память, и пассивные компоненты. Для физического соединения блоков выбрали 20-контактный разъем. При использовании двухрядного штыревого разъема с шагом 2,54 мм ширина модуля составила ровно 1 дюйм (25,4 мм). На этом этапе все было в целом логично и складно. А вот с программным интерфейсом взаимодействия модулей дело обстояло несколько сложнее. От океанариумов до космических аппаратов Модули применялись в различных областях, и даже сами их создатели не всегда знали, где именно — что, кстати, подтверждало выполнение одной из задач набора: дать людям из совершенно разных, порой не связанных напрямую с программированием областей, возможность самостоятельно применять технологии. Клиенты редко делились своими целями, однако известно, что модули применялись в горнодобывающей промышленности, дорожной и климатической технике, системах водоподготовки, автоматике для океанических аквариумов и даже побывали в космосе. Модули «Фрактал» применялись и при реконструкции автоматики автоматизированного склада на заводе «Квант». Старая управляющая система занимала площадь небольшой комнаты, а заменяющий блок на базе «Фрактала» поместился в объем обычного детского ранца. Для этого проекта в линейку добавили новый модуль с интерфейсом «токовая петля». Обязательной сертификации для применения наборов не требовалось, а надежность и простота документации позволяли заказчикам внедрять решения самостоятельно, без обращения в техподдержку. Соперничество и сотрудничество Хотя концептуально «Фрактал» предвосхитил появление массовых отладочных плат, прямую конкуренцию с Arduino® Андрей Тарасов не ощущал: Здесь вставлю свои пять копеек: действительно, наращивать модули Arduino может быть довольно неудобно, но нельзя не отметить их куда более открытое сообщество, открытые исходные коды и схемы, а также направленность на образование и позиционирование «обучение через действие» для студентов творческих профессий. Компания также сотрудничала с проектом «Мастер Кит», адаптируя некоторые модули под их требования. Андрей Владимирович на мой вопрос о них ответил следующее: В планах развития системы был заложен переход на интерпретатор Python, который удалось полностью реализовать уже в современных версиях платы. Создатели проекта не хотели сужать область применения только промышленной автоматизацией, так как верили, что диапазон применения их набора охватывал максимально широкую аудиторию — от хобби до нестандартной техники, учебного процесса и автоматизации в широком смысле. Есть ли будущее у модульной автоматики в эпоху ИИ Сейчас Андрей Тарасов работает инженером-разработчиком электроники в немецкой компании SOREL, однако продолжает развивать концепцию «Фрактал» в формате инженерного хобби: «Пару последних лет в свободное время я разрабатываю очередной набор универсальных модулей. Это диагноз!». В новой версии проекта появились современные модули связи с интерфейсами CAN и RS-485, а также обновленные материнские платы, однако пока что без коммерческого аспекта — Андрей Владимирович скромно отметил, что маркетинг не относится к его сильным сторонам, но вот мысли, железо и софт есть, а остальное приложится. Заключение Было интересно вспомнить про «Фрактал», проследить путь компании и то, как развивались их решения. Во время подготовки материалов и общения с Андреем Владимировичем мне удалось найти школьные заметки, схемы, диск с программным обеспечением и снова погрузиться в работу с этими замечательными устройствами. Простой язык программирования, универсальные модули для многих случаев жизни, подробные описания и подход к клиентам — определенно те факторы, которые в свое время позволили создать хороший продукт и долго находиться на рынке.