Az NXP ARM® Cortex®-M33 fejlesztői ökorendszert kínál

Az ARM® Cortex®-M33 processzormagok egy kis fogyasztású, nagy teljesítményű mikrovezérlőkből (MCU, microcontroller unit) álló termékcsalád alapját képezik, amelyeket megnövelt biztonsági és digitális jelfeldolgozási képességek jellemeznek. Ezek az eszközök a dolgok internetére kapcsolódó és a beágyazott eszközök széles skálájához használhatóak, de az ilyen mikrovezérlőket tartalmazó termékek tervezése komoly feladatot jelenthet, különösen az ARM architektúrát nem ismerő fejlesztők számára. Az NXP Semiconductors, az ARM-alapú mikrovezérlők vezető gyártója ezen a nehézségen szeretne könnyíteni MCUXpresso fejlesztőplatformjával.

Az ARM csökkentett utasításkészletű (RISC, reduced instruction set computing) processzora dominál az olyan piaci szegmensekben, mint az okostelefonok és a szórakoztató elektronika, ahol kulcsfontosságú a kis fogyasztás és a nagy teljesítmény.

A Cortex-M33 processzorokat úgy tervezték, hogy energiatakarékosak legyenek, és kis fogyasztású üzemmódokat tegyenek lehetővé, csökkentve az áramfelvételt aktív és alvó üzemmódban is, és sokféle felhasználási területen használhatóak vezérlési feladatokra, például az iparban, az okosotthonokban, a viselhető eszközökben és a dolgok internetére kapcsolódó eszközökben. Nagyfokú rugalmasságot és méretezhetőséget kínálnak a fejlesztőknek, de emellett gondos optimalizálást igényelnek a teljesítmény, a fogyasztás és a helyigény közötti ideális kompromisszum eléréséhez.

A Cortex-M33 alapú mikrovezérlők támogatják az ARM EABI (Embedded Application Binary Interface, bináris illesztőfelület beágyazott eszközökhöz) illesztőfelületet, amely biztosítja a bináris kompatibilitást más Cortex-M processzorokkal, hogy azokon is módosítások nélkül futtatni lehessen a meglévő Cortex-M-kódokat. Ez a kompatibilitás lehetőséget ad a meglévő szoftvereszközökhöz, könyvtárakhoz és köztes szoftverekhez való hozzáférésre.

Az NXP MCX-termékválasztéka

Az NXP az ARM-alapú mikrovezérlők egyik vezető gyártója, beleértve az általános célú és a kifejezetten a gépjárműipar számára készült termékeket is. A cég MCX-termékválasztékát az ipar és dolgok internetére kapcsolódó eszközök piacára készülő energiatakarékos helyi készülékek alapeszközének szánta, jobb méretezhetőséggel és újdonságot jelentő termékjellemzőkkel.

Az MCX mikrovezérlők két különböző termékcsaládot alkotnak:

• MCX N sorozat, ipari területre és a dolgok internetére kapcsolódó eszközökhöz készült mikrovezérlők, amelyekben két, maximum 150 MHz-es órajellel működő Cortex-M33 mag található, valamint a vállalat eIQ® Neutron neurális feldolgozóegysége (NPU, Neural Processing Unit) a gépi tanulás (ML, machine learning) gyorsítása érdekében. Ezek a nagy teljesítményű, kis fogyasztású mikrovezérlők okosperifériákat és gyorsítókat tartalmaznak, amelyek többfeladatos képességekkel és jó hatásfokkal ruházzák fel az eszközt.
• MCX A Essential sorozat, az egymagos Cortex-M33 mikrovezérlők termékcsaládja, amelyet arra optimalizáltak, hogy kritikus funkciókat tegyen lehetővé olyan felhasználási területeken, ahol kulcsfontosságú szempontok a korszerű analóg jellemzők, például a nagy pontosságú adatátalakítók, a költségkorlátok és a rövid piacra kerülési idő.

Ez a cikk az MCX A mikrovezérlőkre (1. ábra) és a hozzájuk tartozó fejlesztőeszközökre összpontosít. Az MCX A sorozat számos felhasználási területre alkalmas a különböző piacokon, beleértve az ipari kommunikációt, az intelligens mérőeszközöket, az automatizálást és vezérlést, az érzékelőket, valamint a kis fogyasztású és akkumulátoros eszközöket. A közös mag és a perifériák segítségével a fejlesztők kihasználhatják az egyszerűsített szoftverfejlesztés, a más szoftverekre való könnyebb áttérés és a továbbfejlesztési lehetőségek előnyeit.

1. ábra: NXP MCX A sorozatú mikrovezérlő (kép: NXP)

Minden MCX A sorozatú eszköz tartalmaz olyan okosperifériákat, amelyek képesek a CPU-tól függetlenül futni, így alacsonyabb frekvencián és kisebb fogyasztással működnek. Ezek a perifériák lehetővé teszik a tervezők számára, hogy kisebb tokozást használjanak, egyszerűsítsék a nyomtatott áramköri lap kialakítását, és kisebb rendszer-anyagköltséggel dolgozzanak.

A beépített perifériák a következők:

• soros kommunikáció beépített pufferekkel, programozható adatgyűjtési tartomány és közvetlen memória-hozzáférés (DMA, direct memory access)
• kevert jelű analóg–digitális átalakító (ADC)
• digitális–analóg átalakító (DAC)
• műveleti erősítő beépített intelligenciával az átlagoláshoz és a csúcsértékek felismeréséhez
• FlexPWM (impulzusszélesség-modulátor) holtidő-szabályozással és kódolóval villanymotoros készülékekhez

Az MCX A mikrovezérlők energiagazdálkodási egységgel (PMU, power management unit) is el vannak látva, ami lehetővé teszi a dinamikus feszültség- és frekvenciaméretezést (DVFS, dynamic voltage and frequency scaling), valamint az alkalmazkodó teljesítményszabályozást (APC, adaptive power control), amelyre a fogyasztásnak az üzemi terheléshez és az üzemeltetési körülményekhez illeszkedő optimalizálása érdekében van szükség. Az eszközök 64 kB vagy 128 kB flashmemóriát és 16 kB vagy 32 kB SRAM-ot tartalmaznak – a RAM-ban tárolt adatok Deep Power-down (csaknem teljesen áramtalanított) üzemmódban is megőrizhetők.

A Cortex-M33 kódsínhez csatlakozó 4 kB-os kis fogyasztású gyorsítótár-vezérlő (LPCAC, Low-Power Cache Controller) biztosítja, hogy az adatoknak és utasításoknak kicsi legyen a késleltetése. Mivel a processzor teljesítménye függetleníthető a rendszermemória teljesítményétől, az egyéb perifériák számára javul a sín elérhetősége. Ez a funkció az érzékelő- és vezérlőeszközök esetében segíthet a fejlesztőknek, hogy a legjobb be- és kimeneti és feldolgozási teljesítményt érjék el.

Az MCX A eszközök az A14x sorozat esetében 48 MHz-en, az A15x sorozat esetében 96 MHz-en működnek. Az MCX A egy kimeneti kondenzátor nélküli (capless) kis feszültségkülönbségű (LDO, low dropout) feszültségszabályozós áramellátó alrendszert használ, amely 1,7 V és 3,6 V között működhet. Az eszközöknek a különböző üzemmódokban kicsi a fogyasztásuk:

• aktív üzemmódban 59 µA/MHz (3 V, +25 °C-on) a Coremark belső flashmemóriából történő futtatásával
• mély alvás üzemmódban 6,5 µA, 10 µs ébredési idővel, teljes SRAM-megtartással, 3 V +25 °C-on
• Deep Power-down üzemmódban kevesebb mint 400 nA, 2,78 ms ébredési idővel

Az MCX A eszközök tartalmaznak egy teljes sebességű USB-eszközvezérlőt beépített fizikai réteggel (PHY), amely lehetővé teszi a számítógépekhez és más eszközökhöz való csatlakozást. Az USB-alrendszer a rendszerbe építve programozható (ISP, in-system programming) a rendszerindító ROM-on keresztül, és a termékek az USB-illesztőfelületen keresztül frissíthetőek.

A fejlesztők típustól függően 26–52 általános célú be- és kimeneti (GPIO, general purpose input/output) lábat használhatnak. A soros kommunikációs csatlakozók közé tartozik egy I²C-, két SPI- és három UART-csatoló. Három 32 bites időzítő, amelyek komplementer PWM-párokat képesek előállítani holtsávbeillesztéssel, valamint egy kis fogyasztású időzítő. A tápfeszültség 1,71 V és 3,6 V, az üzemi hőmérséklet pedig -40 °C és +125 °C közötti lehet.

Az A14x sorozat MCXA143VLH jelű tagjának például 52 általános célú be- és kimeneti lába van, és 48 MHz-ig működik, 128 kB flashmemóriával és 32 kB SRAM-mal, LQFP64-es tokozásban. A 15x-sorozat MCXA152VFT jelű tagjának szintén 52 általános célú be- és kimeneti lába van, és egészen 96 MHz frekvenciáig használható, 64 kB flashmemóriával és 16 kB SRAM memóriával, QFN48-as tokozásban.

Az MCUXpresso használata

Ezek a mikrovezérlők egyensúlyt teremtenek a költségek, a teljesítmény és a hatásfok között. A több általános célú be- és kimeneti lábnak köszönhetően a tervezők kisebb tokozásokat használhatnak, és ennek révén egyszerűsíthetik a nyomtatott áramköri lap kialakítását.

A sorozat kihasználja az MCUXpresso Developer Experience előnyeit, hogy szoftverekkel, eszközökkel és biztonságos rendelkezésre állással segítse a fejlesztési folyamatot annak érdekében, hogy felgyorsítsa a tervezési ciklusokat, és segítse a fejlesztőket a készülékek létrehozásában, hibakeresésében és optimalizálásában. Az MCUXpresso platform a következőket tartalmazza:

• MCUXpresso IDE – beépített fejlesztőkörnyezet, amely segíti a kódszerkesztést, a kódfordítást, a hibakeresést és a flashmemória-programozást.
• MCUXpresso Config Tools – grafikus eszközkészlet, amely segít a fejlesztőknek a lábak, az órajelek, a perifériák és a biztonsági funkciók beállításában.
• MCUXpresso SDK – szoftverfejlesztő készlet, amely illesztőprogramok, köztes szoftverek, könyvtárak és mintaprogramok gyűjteményét tartalmazza.

Az NXP cégnek az MCX A sorozathoz készült fejlesztőkártyái – köztük az FRDM-MCXA153 (2. ábra) – az A14x és az A15x mikrovezérlőket használó készülékek prototípusának gyors elkészítésére és ilyen készülékek fejlesztésére szolgálnak.

2. ábra: Az FRDM-MCXA153 fejlesztőkártya (kép: NXP)

Ezek a kártyák kis méretűek, így könnyen beépíthetőek a készülékek prototípusába. Az ágazati szabványos csatlakozók a be- és kimenetekhez való egyszerű hozzáférést tesznek lehetővé a gyors értékelés és a gyors prototípuskészítés elősegítése érdekében. Az olyan bővítési lehetőségek, mint az Arduino®-, az FRDM-, a Pmod™- és a mikroBUS™-csatlakozó lehetővé teszik a fejlesztők számára, hogy egyszerűen bővíthessék további funkciókkal és részegységekkel a készüléküket.

A fejlesztőbarát funkciók közé tartoznak még a beépített nyílt szabványú soros csatolók, a külső flashmemória és a CMSIS-DAP protokollal felruházott, a kártyán elhelyezett MCU-Link hibakereső. A fejlesztők választhatnak, hogy az MCUXpresso for Visual Studio Code eszközzel, az NXP Eclipse-alapú MCUXpresso IDE beépített fejlesztőkörnyezettel vagy az IAR és a Keil beépített fejlesztőkörnyezeteivel dolgoznak-e. Ez utóbbiak szintén rendelkeznek biztonsági tanúsítvánnyal.

Az NXP egy Application Code Hub (ACH, alkalmazáskód-elosztó) tárházat is a fejlesztők rendelkezésére bocsátott, amely magas szintű szoftvermintákat, kódrészleteket és bemutatóanyagokat tartalmaz. Ezek a példák a szoftverfejlesztő környezettel együtt használhatóak, és közvetlenül elérhetőek az NXP IDE beépített fejlesztőkörnyezeteiből, valamint az ACH webes felületén keresztül.

Összegzés

Az NXP MCX A sorozatú mikrovezérlők olcsó, kis helyigényű megoldást kínálnak a fejlesztők számára, alapvető funkciókkal és újszerű áramellátási architektúrával, amelyek révén jól használhatóak a beágyazott eszközök széles skálájához, például intelligens mérőeszközökhöz, automatizáláshoz és vezérléshez, valamint kis fogyasztású vagy akkumulátorról működő eszközökhöz. Az NXP mikrovezérlői, fejlesztőkártyái és az MCUXpresso platform segíthetnek a fejlesztőknek, hogy az újítás, az optimalizálás és a piacra lépés érdekében kihasználják a fejlett szerkesztési, kódfordítási és hibakeresési funkciók előnyeit.