NXP oferă un ecosistem de dezvoltare Arm® Cortex®-M33

Procesoarele cu nucleu Arm® Cortex®-M33 reprezintă o familie de microcontrolere (MCU) de înaltă performanță și cu consum redus de energie, care oferă capacități îmbunătățite de securitate și de procesare a semnalelor digitale. Acestea sunt potrivite pentru o gamă largă de aplicații IoT și încorporate, dar proiectarea de produse cu aceste MCU-uri poate fi o provocare, în special pentru dezvoltatorii care nu sunt familiarizați cu arhitectura Arm. NXP Semiconductors, unul dintre principalii furnizori de microcontrolere bazate pe Arm, își propune să ușureze această provocare cu platforma sa de dezvoltare MCUXpresso.

Procesorul de calcul cu set de instrucțiuni reduse (RISC) de la Arm domină segmentele de piață precum smartphone-urile și electronicele de consum, unde consumul redus de energie și performanța ridicată sunt esențiale.

Procesoarele Cortex-M33 sunt concepute pentru a fi eficiente din punct de vedere energetic și oferă moduri de consum redus de energie care reduc consumul de curent activ și în stare de veghe și pot acționa o gamă largă de aplicații, cum ar fi controlul industrial, casele inteligente, dispozitivele purtabile și IoT. Acestea oferă dezvoltatorilor un grad ridicat de flexibilitate și scalabilitate, dar necesită, de asemenea, o optimizare atentă pentru a obține compromisul ideal între performanță, consum de energie și amprentă.

MCU-urile Cortex-M33 acceptă interfața binară pentru aplicații integrate (EABI) Arm, care asigură compatibilitatea binară cu alte procesoare Cortex-M, permițându-le să ruleze codul Cortex-M existent fără modificări. Această compatibilitate oferă acces la instrumente software, biblioteci și middleware existente.

Portofoliul MCX de la NXP

NXP este unul dintre cei mai importanți producători de MCU-uri bazate pe Arm, inclusiv produse de uz general și produse specifice industriei auto. Acesta și-a poziționat portofoliul MCX ca bază pentru dispozitive periferice eficiente din punct de vedere energetic pe piețele industriale și IoT, cu o scalabilitate extinsă și capacități de produs revoluționare.

MCU-urile MCX cuprind două linii de produse distincte:

• Seria MCX N de MCU-uri industriale și IoT cu două nuclee Cortex-M33 care funcționează la o frecvență de până la 150 MHz și dispun de unitatea de procesare neuronală (NPU) eIQ® Neutron a companiei pentru accelerarea învățării automate (ML). Aceste MCU-uri de înaltă performanță și cu consum redus de energie încorporează periferice și acceleratoare inteligente, oferind capabilități de multitasking și performanțe eficiente.
• Seria MCX A Essential, o gamă de MCU-uri Cortex-M33 cu un singur nucleu, optimizată pentru a oferi funcționalități critice pentru aplicații în care capacitățile analogice avansate, cum ar fi convertoarele de date de înaltă precizie, constrângerile de cost și timpul rapid de lansare pe piață sunt considerente cheie.

Acest articol se va concentra asupra MCU-urilo MCX A (Figura 1) și a instrumentelor de dezvoltare a acestora. Seria MCX A acceptă o gamă largă de aplicații pe diverse piețe, inclusiv comunicații industriale, contorizare inteligentă, automatizare și control, senzori și dispozitive de joasă putere și alimentate cu baterii. Cu un nucleu comun și periferice comune, dezvoltatorii pot profita de dezvoltarea simplificată a software-ului, de migrarea mai ușoară și de upgradări.

Figura 1: Reprezentare a microcontrolerului din seria MCX A de la NXP. (Sursă imagine: NXP)

Fiecare dispozitiv din seria MCX A include o selecție de periferice inteligente care pot funcționa independent de procesor, permițându-i acestuia să funcționeze la o frecvență mai mică și cu un consum redus de energie. Aceste periferice permit proiectanților să utilizeze o capsulă mai mică, o proiectare mai simplă a plăcii și costuri mai mici ale listei de materiale (BOM).

Perifericele incluse sunt:

• Comunicații seriale cu buffere încorporate, interval de colectare a datelor programabil și DMA
• Convertor analogic-digital (ADC) cu semnal mixt
• Convertor digital-analogic (DAC)
• Amplificator operațional cu inteligență încorporată pentru calcularea mediei și detectarea vârfurilor
• FlexPWM (modulator de lățime a impulsurilor) cu control al timpului de nefuncționare și codificator pentru aplicații cu motor

De asemenea, MCU-urile MCX A dispun de o unitate de gestionare a puterii (PMU) care permite scalarea dinamică a tensiunii și frecvenței (DVFS) și controlul adaptiv al puterii (APC) pentru a optimiza consumul de energie în funcție de volumul de lucru și de condițiile de funcționare. Dispozitivele includ 64 KB sau 128 KB de memorie flash și 16 KB sau 32 KB de SRAM – toate datele RAM pot fi reținute până în modul de dezactivare profundă.

Un controler LPCAC (Low-Power Cache Controller) de 4 KB atașat la magistrala de cod Cortex-M33 asigură disponibilitatea datelor și instrucțiunilor cu o latență redusă. Disponibilitatea magistralei pentru alte periferice este îmbunătățită, deoarece performanța procesorului poate fi separată de performanța memoriei de sistem. Această caracteristică îi poate ajuta pe dezvoltatori să obțină cele mai bune performanțe de I/O și de procesare pentru aplicațiile de detecție și control.

Dispozitivele MCX A funcționează la 48 MHz pentru seria A14x și la 96 MHz pentru seria A15x. MCX A utilizează un subsistem de alimentare LDO fără capac, care poate funcționa de la 1,7 V la 3,6 V. Dispozitivele au un consum redus de energie în diferite moduri:

• 59 µA/MHz (3 V, la +25 °C) în modul activ care rulează Coremark din memoria flash internă
• 6,5 µA în starea de „somn profund”, cu trezire în 10 µs cu retenție completă SRAM, 3 V la +25 °C
• Mai puțin de 400 nA în modul de oprire profundă cu trezire de 2,78 ms

Dispozitivele MCX A includ un controler de dispozitive USB de viteză maximă cu PHY integrat, permițând conectivitatea cu PC-urile și alte dispozitive. Subsistemul USB dispune de programare în sistem (ISP) prin intermediul ROM-ului de pornire, iar produsele pot fi actualizate pe teren utilizând interfața USB.

În funcție de model, dezvoltatorii pot profita de 26 până la 52 de pini de intrare/ieșire de uz general (GPIO). Interfețele de comunicații seriale includ un I²C, două SPI și trei UART. Sunt incluse trei temporizatoare pe 32 de biți care pot genera perechi PWM complementare cu inserție de bandă de insensibilitate, împreună cu un temporizator cu consum redus de energie. Tensiunea de alimentare poate fi cuprinsă între 1,71 și 3,6 V, iar temperatura de funcționare este cuprinsă între -40 °C și +125 °C.

MCXA143VLH din seria A14x, de exemplu, are 52 de pini GPIO și funcționează până la 48 MHz, cu o memorie flash de 128 KB și 32 KB de SRAM, într-o capsulă LQFP64. De asemenea, MCXA152VFT din seria 15x are 52 de pini GPIO și funcționează la o frecvență de până la 96 MHz, cu o memorie flash de 64 KB și 16 KB SRAM, într-o capsulă QFN48.

Folosirea MCUXpresso

Aceste MCU-uri oferă un echilibru între cost, performanță și eficiență energetică. Datorită suportului pentru mai mulți pini GPIO, proiectanții pot profita de capsule mai mici și de proiecte de plăci mai simple.

Seria se folosește de MCUXpresso Developer Experience pentru a facilita procesul de dezvoltare cu software, instrumente și aprovizionare securizată pentru a accelera ciclurile de proiectare și pentru a- ajuta pe dezvoltatori să creeze, să depaneze și să optimizeze aplicațiile. Platforma MCUXpresso include:

• IDE MCUXpresso IDE – un mediu de dezvoltare integrat care acceptă editarea, compilarea, depanarea și programarea flash a codului.
• MCUXpresso Config Tools – un set de instrumente grafice care îi ajută pe dezvoltatori să configureze pinii, ceasurile, perifericele și caracteristicile de securitate.
• SDK MCUXpresso – un kit de dezvoltare software care oferă o colecție de drivere, middleware, biblioteci și exemple.

Plăcile de dezvoltare NXP pentru seria MCX A, inclusiv FRDM-MCXA153 (Figura 2), sunt concepute pentru prototiparea și dezvoltarea rapidă a aplicațiilor care utilizează atât microcontrolerele A14x, cât și A15x.

Figura 2: Placa de dezvoltare FRDM-MCXA153. (Sursă imagine: NXP)

Aceste plăci sunt compacte, permițând o integrare ușoară în prototipurile de proiectare. Regletele standard din industrie oferă acces direct la I/O pentru o evaluare rapidă și prototipuri rapide. Opțiunile de expansiune precum regleta Arduino®, regleta FRDM, Pmod™ și MikroBUS™ permit dezvoltatorilor să adauge cu ușurință funcționalități și componente suplimentare.

Alte caracteristici utile pentru dezvoltatori includ interfețe seriale integrate cu standard deschis, memorie flash externă și un depanator MCU-Link integrat cu protocol CMSIS-DAP. Dezvoltatorii pot alege să lucreze fie cu MCUXpresso for Visual Studio Code sau cu IDE MCUXpresso bazat pe Eclipse de la NXP, fie cu IDE-uri de la IAR și Keil care oferă, de asemenea, certificare de siguranță.

În plus, NXP oferă un depozit Application Code Hub (ACH) cu exemple de software de nivel înalt, fragmente de cod și demonstrații. Aceste exemple se asociază cu SDK și pot fi accesate direct din IDE-urile NXP sau prin interfața web ACH.

Concluzie

Microcontrolerele din seria MCX A de la NXP oferă dezvoltatorilor o soluție necostisitoare și cu dimensiuni reduse, cu caracteristici esențiale și o arhitectură energetică inovatoare care le fac potrivite pentru o gamă largă de aplicații integrate, cum ar fi contorizarea inteligentă, automatizarea și controlul, dar și pentru dispozitive cu consum redus de energie/alimentate pe baterii. Microcontrolerele, plăcile de evaluare și platforma MCUXpresso de la NXP îi pot ajuta pe dezvoltatori să profite de caracteristicile avansate de editare, compilare și depanare pentru inovare, optimizare și lansare pe piață.