Mikrokontrolér RA0E1 MCU od společnosti Renesas usnadňuje konstrukční problematiku poměru cena/výkon

Schválení „Green light“ a úspěšnost elektronických aplikací může být otázkou jen několika haléřů. To je důvod, proč konstruktéři při výběru správné mikrokontrolérové jednotky (MCU) často čelí takřka nesplnitelnému úkolu vytvoření rovnováhy mezi výkonem a cenou. Společnost Renesas Electronics Corporation si klade za cíl tento výběr usnadnit nabídkou mikrokontroléru (MCU) s ultra-nízkou spotřebou na bázi jádra Arm®, který je zaměřen na cenově citlivé aplikace.

Je těžké přeceňovat tlak na konstruktéry, aby vyvíjeli energeticky úsporné a levné aplikace. Konkurenční problémy, očekávání spotřebitelů a firemních zákazníků, jakož i rychlé tempo inovací zvyšují pravděpodobnost, že i malý chybný odhad nákladů na hotový výrobek nebo výkonu jednotky MCU může ohrozit úspěch.

Ačkoli je mikrokontrolér (MCU) pouze jediná součást, má kriticky důležitý význam pro stanovení celkových nákladů na systémy. Uvažme, že cenový rozdíl 50 centů za jednotku by mohl při plánované výrobě 100 000 kusů konečných výrobků představovat dalších 50 000 USD.

Tato částka může být pouhou špičkou ledovce: kromě skutečných jednotkových nákladů na mikrokontrolér (MCU) musejí vývojáři zohlednit řadu potenciálně skrytých nákladových faktorů, které mohou ovlivnit rozpočty projektu, jako například:

• Licenční poplatky za softwarové nástroje a vývojová prostředí
• Čas na trénink
• Testování a odstraňování problémů
• Potřeba periferních součástí
• Tvorba firmwaru
• Řízení spotřeby energie
• Shoda a certifikace

Dokonce i u mnohem menších výrobních sérií, kde cenový rozdíl mikrokontrolérů MCU nemusí dosáhnout velké částky, budou související dodatečné náklady často relativně dražší vlivem amortizace menšího počtu výrobních jednotek. To by mohlo znemožnit schválení projektu.

Spotřeba energie a regulace tepla mohou zkomplikovat výběr správného mikrokontroléru (MCU).

Čím více energie mikrokontrolér (MCU) spotřebuje, tím vyšší je pravděpodobnost, že konstruktér bude muset do mobilních a přenosných aplikací umístit další komponenty a případně dražší baterie. Podobně platí, že čím vyšší je spotřeba energie, tím více tepla bude generováno, což si patrně vyžádá další metody chlazení.

Nikdo nechce platit více za komponenty dodávající vyšší než potřebný výkon . Ale stejně tak nikdo nechce vytvářet aplikace, které budou mít v provozu nedostatečný výkon. Proto dosažení optimální rovnováhy mezi náklady a výkonem může rozhodnout o úspěchu aplikace.

Dosažení optimální rovnováhy

Volba jednotky MCU samozřejmě musí splňovat specifické vlastnosti a požadavky na funkčnost plánované aplikace. Musí se však také vejít do požadovaného rozpočtu, zejména pokud jde o cenově citlivou aplikaci. Tento stav vyžaduje nalezení optimální kombinace výkonu, spotřeby energie a integrovaných periferií.

Některé aplikace jsou cenově citlivější než jiné. Například zařízení internetu věcí (IoT) pro domácnost často čelí silnému konkurenčnímu tlaku na ceny, což odráží očekávání spotřebitelů, že budou chtít levnější zařízení. Aplikace průmyslové automatizace obecně vyžadují robustnější a vysoce spolehlivá zařízení pro často bezobslužné použití, ale přesto si s největší pravděpodobností konkurují cenou a dalšími hledisky.

Nalezení správné rovnováhy mezi cenou a výkonem začíná výběrem správného mikrokontroléru (MCU), který splňuje požadavky na výkon, je energeticky účinný a poskytuje flexibilitu konstruktérům aplikací.

Aplikace s vyšším výkonem obvykle poskytují vyšší výpočetní výkon, vyšší taktovací frekvence a schopnost provádět složitější úkoly. Tyto dražší mikrokontroléry (MCU) obvykle obsahují několik integrovaných periferií, což snižuje potřebu přidaných součástí, i když často s vyššími náklady na vývoj a ladění softwaru.

Mikrokontroléry (MCU) navržené pro cenově citlivé aplikace často přinášejí problémy menšího počtu integrovaných periferií, omezené paměti a snížené flexibility návrhu. Nabízejí však výhodu snížené spotřeby energie a prodloužené životnosti baterie.

Společnost Renesas nabízí mikrokontroléry (MCU) s bohatými funkcemi pro cenově citlivé aplikace

S cílem zjednodušit proces výběru levných aplikací nabízí společnost Renesas funkčně bohaté mikrokontroléry (MCU) skupiny RA0E1 s extrémně nízkou spotřebou a optimalizovanými periferiemi, který vývojářům poskytují způsob vylepšení návrhů snížením nákladů na materiál.

Mikrokontroléry (MCU) řady RA0E1, navržené s energeticky účinným jádrem Arm Cortex-M23 a působivou sadou integrovaných časovačů, sériových komunikačních rozhraní, analogových a bezpečnostních funkcí, jsou zaměřeny přímo na trh cenově citlivých aplikací.

Jádro Arm Cortex-M23 bylo navrženo jako základní 32bitový procesor pro energeticky úsporný provoz. Toto mikroprocesorové jádro používající jednoduchou architekturu se snadným učením a programováním je vybaveno bezpečnostní technologií Arm® TrustZone®, funkcemi ladění a sledování na diagnostiku a optimalizaci aplikací, a podporou energeticky účinných režimů s nízkou spotřebou.

Mikrokontrolér RA0E odebírá proud 84,3 μA/MHz v aktivním režimu a 0,82 mA v režimu spánku, čímž je velmi vhodný a energeticky citlivé aplikace napájené z baterií. Jeho sada funkcí nabízí všestrannost a efektivitu pro různé aplikace, včetně spotřební elektroniky, průmyslové automatizace, zabezpečených zařízení IoT, automatizace budov a malých spotřebičů.

Díky rozsahu napájecího napětí 1,6 V až 5,5 V mohou konstruktéři mikrokontrolér RA0E1 využívat bez potřeby posouvače úrovní nebo regulátoru napětí v 5V systémech. Mikrokontrolér RA0E1 je dále odsazen vysoce přesným oscilátorem na čipu, díky kterému konstruktéři již nemusejí přidávat do svých návrhů samostatný oscilátor. Tento oscilátor zlepšuje přesnost přenosové rychlosti a udržuje frekvenční přesnost ±1,0 % v prostředích s teplotním rozsahem -40 °C až +105 °C.

Jednotky MCU kombinující více funkcí do jednoho čipu mohou výrazně snížit potřebu dalších součástí. Tato integrace zjednodušuje návrh, snižuje nároky na plochu desky plošných spojů (PCB) a v konečném důsledku snižuje celkové náklady na systém. S cílem pomoci minimalizovat počet externích periferií mikrokontrolér RA0E1 integruje širokou škálu součástí včetně následujících:

• Až 64 kB integrované kódové paměti flash a 12 kB vysokorychlostní paměti SRAM s paritním bitem
• Analogové periferie, včetně 12bitového A/D převodníku, teplotního senzoru a interního referenčního napětí
• Komunikační periferie, včetně 3 rozhraní UART, 1 asynchronního rozhraní UART, 3 zjednodušených sériových periferních rozhraní (SPI), 1 inter-integrovaného obvodu (IIC) a 3 zjednodušených rozhraní IIC
• Bezpečnostní funkce, včetně kontroly parity paměti SRAM, detekce neplatného přístupu do paměti, detekce frekvence, A/D testu, neměnného úložiště, kalkulátoru CRC a ochrany proti zápisu do registru
• Funkce zabezpečení včetně jedinečného ID, generátoru skutečných náhodných čísel (TRNG) a ochrany před čtením paměti flash

Vývojové prostředí a vzestupná kompatibilita

Společnost Renesas nabízí vývojářům společné vývojové prostředí s názvem Flexible Software Package zahrnující ovladače připravené k produkci, Azure RTOS, FreeRTOS a další middlewarové zásobníky. Vývojářům také otevírá cestu k migraci aplikací na výkonnější mikrokontroléry RA MCU.

Jádra ARM se vyznačují vysokým stupněm kompatibility. Jádro Cortex-M23 využívá instrukční sadu Armv8-M, která je kompatibilní s instrukčními sadami používanými jinými architekturami jader Cortex-M.

Mikrokontroléry (MCU) RA01E jsou z hlediska pinů i periferií kompatibilní s mikrokontroléry (MCU) řady RA2E1 od společnosti Renesas postavenými na jádru Arm Cortex-M23 na frekvenci 48 MHz, které je osazeno až 128 kB kódové paměti flash a 16 kB paměti SRAM. Toto řešení tak nabízí možnost upgradu návrhů postavených na mikrokontroléru RA0E1 na výkonnější jednotky MCU.

Společnost Renesas dále nabízí desku pro rychlé prototypování FPB-RA0E1 (obrázek 1) navrženou na vyhodnocování, prototypování a vývoj aplikací založených na mikrokontroléru (MCU) RA0E1.

Obrázek 1: deska FPB-RA0E1 na prototypování aplikací mikrokontroléru RA0E1. (Zdroj obrázku: Renesas)

Vyhodnocovací deska je vybavena rozhraním Arduino UNO R3 a dvěma konektory Pmod. Vývojáři mohou dále využívat vestavěný obvod emulátoru SEGGER J-Link™ umožňující tvorbu a ladění programů bez potřeby dalších nástrojů.

Závěr

Mikrokontrolér (MCU) RA01E od společnosti Renesas poskytuje působivou sadu funkcí a integrovaných periferií na vývoj cenově citlivých aplikací s extrémně nízkou spotřebou energie bez kompromisu na poměru cena/výkon. Mikrokontrolér je dodáván s více možnostmi připojení a bohatým ekosystémem s komplexním vývojovým prostředím schopným pomoci při vytváření aplikací se sníženými náklady na rozpis materiálu a otevřít cestu k pozdější migraci aplikací na výkonnější zařízení.