Vítejte, dnes je
sobota 20.
duben
2024
Odborný časopis a portál zaměřený na vývoj a výrobu elektroniky Nová generace 32bitových mikrokontrolérů se zaměřuje na volný tržní potenciál, který byl až donedávna doménou výhradně 16bitové architektury. Jedná se o oblast tzv. internetu věcí (z překladu „Internet of Things“, i když se spíše jedná o internet ve věcech), kde je možné nabídnout zcela nové možnosti a produkovat chytřejší, ale zároveň energeticky úspornější systémy. Tento článek pojednává o současných možnostech průmyslového trhu s 32bitovými MCU.
Chceme-li zjistit, kterým směrem se budou nadále ubírat výrobci mikroprocesorů, musíme se nejprve podívat na současné trendy průmyslového trhu především na Dálném východě, zejména v současném centru průmyslového světa – v Číně. Podle nejnovější studie iSuppli IHS o MCU trhu v Číně je patrný růst především v oblasti zpracování dat (růst podle CAGR až 12 %), MCU aplikacích (CAGR až 7 %), včetně trhu s průmyslovou a automobilovou elektronikou, který je z hlavní části tažen expanzí výrobní kapacity mezinárodních i vnitrostátních výrobců automobilů v Číně.
Obr. 1 Vývojová sestava Freedom KL25Z
Vývojáři si velmi rychle všimli široké nabídky procesorů s 32bitovým jádrem řady Cortex z produkce společnosti ARM, přesto že obvody jsou v zásadě uzamčeny pouze do několika producentů proprietární architektury. Navzdory tomu je dnes k dispozici nespočet aplikací s obvody ARM, včetně celé řady nástrojů třetích stran a kompilátorů, real-time operačních systémů, softwarových knihoven, LCD grafiky a dalších. Vzhledem k výše uvedeným poptávkám trhu a rovněž díky úspěchu licencované politiky ARM s jádry řady Cortex je dnes 32bitový segment nejrychleji rostoucí oblastí trhu. Nové rodiny mikrokontrolérů s jádrem z řady Cortex-M3 a Cortex-M0 jsou pro konstruktéry lákavé i z pohledu převodu stávajících 8 a 16bitových aplikací.
V loňském roce společnost ARM představila zcela novou architekturu – Flycatcher, která má za cíl ledničky a další bílou elektroniku, lékařská zařízení, elektroměry i domácí a kancelářské osvětlení propojit a vytvořit sestavu distribuovaných inteligentních systémů. Architektura Flycatcher, jejíž oficiální název je Cortex-M0+, je však také speciálně navržena i pro zařízení, která nelze připojit k elektrické rozvodné síti a musí využívat pouze bateriové napájení. S její pomocí mohou konstruktéři vyvíjet aplikace s mikrokontroléry, které vyžadují velmi nízkou spotřebu energie, ale zároveň mají potenciál využití 32bitové technologie.
Obr. 2 Blokový diagram Freedom KL25Z
Jádra procesorů Cortex-M0+ mají rozměry pouhých 1×1 mm a celé MCU by měly vyžadovat i o více než jednu třetinu méně energie než jejich předchůdci, které jsou však pouze 8 a 16bitové. Obvody byly vytvořeny za použití technologie s nízkou ztrátou pro možnost dlouhého spánku anebo pohotovostní výdrže baterie – která se tak z obvyklých měsíců protáhla až na několik let. Naproti tomu však obsahují velmi výkonné jádro, které je dnes nedílnou součástí všech moderních systémů a umožňuje rychlé zpracování a rychlý přechod zpět do úsporného režimu, a tím i další snížení průměrné provozní spotřeby.
Již dnes je k internetu připojeno odhadem více než 12,5 miliardy elektronických zařízení, tedy v průměru dvě zařízení na osobu, přičemž většinu z nich tvoří samozřejmě moderní telefony a počítače. Ovšem v roce 2025 bude takových zařízení podle prognózy IT firmy Cisco na světě již více než jeden bilion. Podle odhadů ARM lze očekávat prodejní cenu uvedených mikrokontrolérů v rozmezí od 13 do 20 pencí za kus a jednotlivým klientům bude zřejmě účtován licenční poplatek od 1 do 2 % z této ceny.
Licenci na architekturu procesorů Cortex- -M0+ již zakoupily společnosti NXP Semiconductors a Freescale. Přitom Freescale bude zřejmě hlavním producentem M0+ obvodů, které již byly představeny jako součást řady produktů Kinetis-L. Geoff Lees, průmyslový a marketingový viceprezident společnosti Freescale, označil jádra řady M0+ jako „strategicky důležité“ produkty. „Obvody chceme nabídnout především našim 8 a 16bitovým zákazníkům jako nenásilný vstup na 32bitový trh. Rovněž i cena musí být přesvědčivá pro zahájení nového vývoje.“
Jádra M0+ jsou dimenzována na výkon 1,77 CoreMark/MHz s energetickou účinností 42,14 CoreMark/nA – obě tyto hodnoty jsou přitom výrazně lepší než v případě konkurenčních 8 a 16bitových mikrokontrolérů. V případě distribuovaných inteligentních systémů, jejichž počet má dále narůstat exponenciální řadou, jsou samozřejmě vysoký výkon a velmi nízká spotřeba požadavky, které dnes prochází napříč celou produktovou řadou.
Rodina obvodů Kinetis-L je vyrobena za použití 90nm TFS (Thin Film Storage) technologie společnosti Freescale s nízkou proudovou ztrátou a je nabízena v široké škále produktů s integrovanou programovou pamětí Flash, velkým množstvím integrovaných analogových rozhraní a výstupem HMI.
Obr. 3 OpenSDA High-Level Block Diagram
Obvody řady Kinetis-L mohou rovněž těžit z komplexního standardu kompatibilních obvodů Kinetis, sestávajícího z Freescale CodeWarrior IDE, MQX RTOS a dalších asociovaných prvků, stejně jako z podpory rozsáhlé skupiny systémů s jádrem ARM.
Společnost Freescale již v červenci zahájila výrobu prvních ultranízkopříkonových vývojových sestav pro prototypovou výrobu a ověření schopnosti obvodů Cortex-M0+ prostřednictvím platformy Freedom.
Obr. 4 Schéma napájecího zdroje KL25Z
Samozřejmostí jsou průmyslově standardizované rozměry desky s podporou celé řady rozšiřovacích desek od dalších dodavatelů. Integrované USB debugovací rozhraní nabízí snadno použitelnou podporu programátoru v režimu Mass Storage zařízení, virtuální sériový port i klasické programování a běh řídicích aplikací. Vývojáři mohou využít exkluzivní dostupnosti sestavy od společnosti Farnell element14.
Rozsáhlá technická dokumentace a podrobné informace jsou dostupné na webu element14 knode na adrese http://bit.ly/FREEDOM-KL25Z.
