Společnost NXP nabízí vývojový ekosystém Arm® Cortex®-M33

Procesory s jádrem Arm® Cortex®-M33 jsou řadou vysoce výkonných mikrokontrolérů („microcontroller unit“, MCU) s nízkou spotřebou energie, které nabízejí vylepšené možnosti zabezpečení a digitálního zpracování signálu. Jsou vhodné pro širokou škálu aplikací IoT a vestavěných aplikací, ale navrhování produktů s těmito mikrokontroléry může být náročné, zejména pro vývojáře, kteří nejsou s architekturou Arm obeznámeni. Společnost NXP Semiconductors, přední poskytovatel mikrokontrolérů založených na architektuře Arm, si klade za cíl tuto výzvu usnadnit pomocí vývojové platformy MCUXpresso.

Procesor s redukovanou instrukční sadou („reduced instruction set computing“, RISC) společnosti Arm dominuje v segmentech trhu, jako jsou chytré telefony a spotřební elektronika, kde je rozhodující nízká spotřeba a vysoký výkon.

Procesory Cortex-M33 jsou navrženy tak, aby byly energeticky úsporné a nabízely režimy s nízkou spotřebou energie, které snižují spotřebu proudu v aktivním režimu a režimu spánku, a mohou řídit širokou škálu aplikací, jako je průmyslové řízení, chytrá domácnost, nositelná elektronika a internet věcí. Poskytují vývojářům vysoký stupeň flexibility a škálovatelnosti, ale vyžadují také pečlivou optimalizaci, aby bylo dosaženo ideálního kompromisu mezi výkonem, spotřebou energie a rozměry.

Mikrokontroléry Cortex-M33 podporují vestavěné aplikační binární rozhraní („Embedded Application Binary Interface“, EABI) Arm, které zajišťuje binární kompatibilitu s ostatními procesory Cortex-M, což jim umožňuje spouštět stávající kód Cortex-M bez úprav. Tato kompatibilita umožňuje přístup ke stávajícím softwarovým nástrojům, knihovnám a middlewaru.

Portfolio MCX společnosti NXP

Společnost NXP je jedním z předních výrobců mikrokontrolérů založených na architektuře Arm, včetně produktů pro všeobecné použití a produktů specifických pro automobilový průmysl. Své portfolio MCX umístila jako základ pro energeticky úsporná edge zařízení na průmyslových a IoT trzích s rozšířenou škálovatelností a průlomovými možnostmi produktů.

Mikrokontroléry MCX zahrnují dvě odlišné produktové řady:

• Řadu MCX N průmyslových a IoT mikrokontrolérů se dvěma jádry Cortex-M33 pracujícími až do 150 MHz a vybavených neurálním procesorem („Neural Processing Unit“, NPU) eIQ® Neutron ke zrychlení strojového učení („machine learning“, ML). Tyto vysoce výkonné mikrokontroléry s nízkou spotřebou energie obsahují inteligentní periferie a akcelerátory, které nabízejí možnosti multitaskingu a efektivní výkon.
• Řadu MCX A Essential, produktovou řadu jednojádrových mikrokontrolérů Cortex-M33 optimalizovaných tak, aby poskytovaly kritické funkce pro aplikace, kde jsou klíčovými faktory pokročilé analogové funkce, jako jsou vysoce přesné převodníky dat, omezení ceny a rychlé uvedení na trh.

Tento článek se zaměřuje na mikrokontroléry MCX A (obrázek 1) a jejich vývojové nástroje. Řada MCX A podporuje širokou škálu aplikací na různých trzích, včetně průmyslové komunikace, inteligentního měření, automatizace a řízení, senzorů a zařízení s nízkou spotřebou a zařízení napájených z baterií. Díky společnému jádru a periferiím mohou vývojáři využít výhod zjednodušeného vývoje softwaru, snadnější migrace a upgradů.

Obrázek 1: Zástupce mikrokontrolérů řady MCX A společnosti NXP. (Zdroj obrázku: společnost NXP)

Každé zařízení řady MCX A obsahuje výběr chytrých periferií, které jsou schopny pracovat nezávisle na procesoru, což jim umožňuje pracovat na nižší frekvenci a s nižší spotřebou energie. Tato periferní zařízení umožňují konstruktérům využívat menší pouzdra, jednodušší návrh desky a nižší náklady na systémový kusovník („bill of materials“, BOM).

Součástí balení jsou následující periferie:

• Sériová komunikace s vestavěnými vyrovnávacími paměťmi, programovatelným rozsahem sběru dat a DMA
• Analogově-digitální převodník („analog-to-digital converter“, ADC) smíšeného signálu
• Digitálně-analogový převodník („digital-to-analog converter“, DAC)
• Operační zesilovač s vestavěnou inteligencí pro průměrování a detekci špiček
• FlexPWM (pulzně šířkový modulátor) s řízením mrtvé doby a kodérem pro motorové aplikace

Mikrokontroléry MCX A jsou vybaveny také jednotkou řízení spotřeby („power management unit“, PMU), která umožňuje dynamické škálování napětí a frekvence („dynamic voltage and frequency scaling“, DVFS) a adaptivní řízení výkonu („adaptive power control“, APC) pro optimalizaci spotřeby energie podle pracovního zatížení a provozních podmínek. Zařízení obsahují 64 kB nebo 128 kB paměti flash a 16 kB nebo 32 kB paměti SRAM – všechna data RAM lze uchovat až do režimu hlubokého vypnutí.

4kB řadič mezipaměti s nízkou spotřebou energie („Low-Power Cache Controller“, LPCAC) připojený ke kódové sběrnici Cortex-M33 zajišťuje dostupnost dat a instrukcí s nízkou latencí. Dostupnost sběrnice pro ostatní periferní zařízení je zlepšena, protože výkon procesoru lze oddělit od výkonu systémové paměti. Tato funkce může vývojářům pomoci dosáhnout nejlepšího výkonu vstup/výstup a zpracování pro aplikace snímání a řízení.

Zařízení MCX A pracují na frekvenci 48 MHz u řady A14x a 96 MHz u řady A15x. Zařízení MCX A používá bezkondenzátorový napájecí subsystém LDO, který může pracovat s napětím od 1,7 V do 3,6 V. Zařízení se vyznačují nízkou spotřebou energie v různých režimech:

• 59 µA/MHz (3 V, při +25 °C) v aktivním režimu se spuštěným testem Coremark z interní paměti flash
• 6,5 µA v režimu hlubokého spánku, probuzení 10 µs s plnou retencí paměti SRAM, 3 V při +25 °C
• Méně než 400 nA v režimu hlubokého vypnutí s probuzením 2,78 ms

Zařízení MCX A obsahují plnorychlostní řadič zařízení USB s plnou rychlostí s vestavěnou vrstvou PHY, který umožňuje připojení k počítačům a dalším zařízením. Subsystém USB je vybaven funkcí programování přímo v systému („in-system programming“, ISP) prostřednictvím zaváděcí paměti ROM a produkty lze aktualizovat na místě pomocí rozhraní USB.

V závislosti na modelu mohou vývojáři využít 26 až 52 univerzálních vstupně/výstupních („general purpose input/output“, GPIO) pinů. Sériová komunikační rozhraní zahrnují jedno rozhraní I²C, dvě rozhraní SPI a tři UART. Součástí jsou tři 32bitové časovače, které mohou generovat komplementární páry PWM s vložením pásma necitlivosti, spolu s jedním časovačem s nízkou spotřebou. Napájecí napětí se může pohybovat od 1,71 do 3,6 V a provozní teplota je od −40 °C do +125 °C.

Například model MCXA143VLH řady A14x má 52 pinů GPIO a pracuje na frekvenci až 48 MHz, má 128 kB paměti flash a 32 kB paměti SRAM v pouzdře LQFP64. Model MCXA152VFT řady A15x má také 52 pinů GPIO a pracuje na frekvenci až 96 MHz, má 64 kB paměti flash a 16 kB paměti SRAM v pouzdře QFN48.

Využití technologie MCUXpresso

Tyto mikrokontroléry nabízejí rovnováhu mezi cenou, výkonem a energetickou účinností. Díky podpoře většího počtu pinů GPIO mohou konstruktéři používat menší pouzdra a jednodušší návrhy desek.

Tato řada využívá výhody technologie MCUXpresso Developer Experience, která usnadňuje proces vývoje pomocí softwaru, nástrojů a bezpečného poskytování, což urychluje cykly návrhu a pomáhá vývojářům vytvářet, ladit a optimalizovat aplikace. Platforma MCUXpresso zahrnuje:

• IDE MCUXpresso – integrované vývojové prostředí („integrated development environment“, IDE), které podporuje úpravy kódu, kompilaci, ladění a programování paměti flash
• Konfigurační nástroje MCUXpresso – sadu grafických nástrojů, které pomáhají vývojářům konfigurovat piny, hodiny, periferie a bezpečnostní funkce
• Sadu SDK MCUXpresso – sadu pro vývoj softwaru, která poskytuje soubor ovladačů, middlewaru, knihoven a příkladů

Vývojové desky NXP pro řadu MCX A, včetně modelu FRDM-MCXA153 (obrázek 2), jsou určeny pro rychlé prototypování a vývoj aplikací využívajících mikrokontroléry A14x i A15x.

Obrázek 2: Vývojová deska FRDM-MCXA153. (Zdroj obrázku: společnost NXP)

Tyto desky jsou kompaktní, což umožňuje snadnou integraci do prototypů návrhů. Standardní patice poskytují přímý přístup ke vstupům a výstupům pro rychlé vyhodnocení a rychlé prototypování. Možnosti rozšíření jako patice Arduino®, patice FRDM, Pmod™ a mikroBUS™ umožňují vývojářům snadno přidávat další funkce a součásti.

Mezi další funkce přinášející výhody vývojářům patří integrovaná sériová rozhraní s otevřeným standardem, externí paměť flash a vestavěný ladicí modul MCU-Link s protokolem CMSIS-DAP. Vývojáři si mohou vybrat, zda budou pracovat jak s MCUXpresso for Visual Studio Code nebo IDE MCUXpresso založeným na Eclipse od společnosti NXP, či s IDE od společností IAR a Keil, které také nabízejí bezpečnostní certifikaci.

Společnost NXP také poskytuje úložiště Application Code Hub (ACH) s příklady softwaru na vysoké úrovni, úryvky kódu a ukázkami. Tyto příklady jsou spárovány s SDK a lze k nim přistupovat přímo z IDE společnosti NXP nebo přes webové rozhraní ACH.

Závěr

Mikrokontroléry řady MCX A společnosti NXP poskytují vývojářům levné řešení s malými rozměry se základními funkcemi a inovativní architekturou napájení, díky nimž jsou vhodné pro širokou škálu vestavěných aplikací, jako je inteligentní měření, automatizace a řízení a zařízení s nízkou spotřebou energie nebo napájené bateriemi. Mikrokontroléry, vyhodnocovací desky a platforma MCUXpresso společnosti NXP mohou vývojářům pomoci využít pokročilé funkce úprav, kompilace a ladění, aby mohli inovovat, optimalizovat a uvádět na trh.