MCU RA0E1 de la Renesas simplifică provocarea alegerii între preț și performanță pentru proiectare

Obținerea aprobării și succesul aplicațiilor electronice pot depinde de mărunțișuri. Acesta este motivul pentru care inginerii care aleg unitatea de microcontroler (MCU) potrivită se confruntă adesea cu dificila provocare de a echilibra performanța cu prețul. Renesas Electronics Corporation își propune să faciliteze această alegere cu un MCU cu consum de energie ultra-redus, bazat pe Arm®, destinat aplicațiilor integrate sensibile la costuri.

Este greu de supraestimat presiunea sub care se află inginerii de a dezvolta aplicații eficiente din punct de vedere energetic și necostisitoare. Problemele legate de concurență, așteptările consumatorilor și ale clienților din mediul de afaceri, precum și ritmul rapid al inovării cresc șansele ca și o ușoară eroare de calcul privind costurile produsului finit sau performanța MCU-ului să submineze succesul.

Un MCU este doar o componentă, dar este una extrem de importantă pentru estimarea costurilor generale ale sistemului. Luați în considerare faptul că o diferență de preț de 50 de cenți pe unitate ar putea adăuga o sumă suplimentară de 50.000 de dolari pentru o producție planificată de 100.000 de produse finite.

Asta ar putea fi doar vârful icebergului: pe lângă costul unitar real al MCU-ului, dezvoltatorii trebuie să ia în considerare și o serie de factori potențiali de costuri ascunse care pot afecta bugetele proiectelor, cum ar fi:

• Taxele de licențiere pentru instrumente software și medii de dezvoltare
• Timpul de instruire
• Testarea și depanarea
• Necesitatea de a adăuga componente periferice
• Crearea firmware-ului
• Gestionarea energiei
• Conformitatea și certificarea

Chiar și pentru serii de producție mult mai mici, în care diferența de preț a MCU-ului poate să nu reprezinte o sumă mare, costurile suplimentare aferente vor fi adesea relativ mai mari ca urmare a amortizării pe un număr mai mic de unități de producție. Acest lucru ar putea face ca aprobarea proiectului să nu fie posibilă.

Consumul de energie și gestionarea termică pot complica selectarea MCU-ului potrivit.

Cu cât MCU consumă mai multă energie, cu atât este mai probabil ca proiectantul să fie nevoit să instaleze componente suplimentare și, eventual, baterii mai costisitoare pentru aplicații mobile și portabile. În mod similar, cu cât consumul de energie este mai mare, cu atât va fi generată mai multă căldură, ceea ce poate necesita tehnici suplimentare de răcire.

Nimeni nu dorește să plătească prea mult pentru componente care oferă mai multă performanță decât este necesar. Dar nici nu se dorește crearea unei aplicații cu performanțe nesatisfăcătoare după implementare. De aceea, atingerea unui echilibru optim între costuri și performanță poate determina succesul unei aplicații.

Atingerea echilibrului optim

Evident, alegerea MCU-ului trebuie să îndeplinească caracteristicile specifice și cerințele de funcționalitate ale aplicației planificate. Dar trebuie, de asemenea, să se încadreze în bugetul dorit, în special atunci când este vorba de o aplicație sensibilă la preț. Acest lucru necesită găsirea combinației optime de performanță, consum de energie și periferice integrate.

Unele aplicații sunt mai sensibile la preț decât altele. Dispozitivele IoT pentru casă, de exemplu, se confruntă adesea cu o presiune concurențială intensă în ceea ce privește prețurile, reflectând așteptările consumatorilor pentru dispozitive mai ieftine. Aplicațiile de automatizare industrială necesită, în general, dispozitive mai robuste și extrem de fiabile pentru o utilizare adesea nesupravegheată, dar, cel mai probabil, concurează în continuare în funcție de preț și alte considerente.

Găsirea echilibrului corect între preț și performanță începe cu selectarea MCU-ului potrivit care îndeplinește cerințele de performanță, este eficient din punct de vedere energetic și oferă flexibilitate proiectanților de aplicații.

De obicei, aplicațiile de înaltă performanță oferă mai multă putere de procesare, viteze de ceas mai mari și capacitatea de a îndeplini sarcini mai complexe. Aceste MCU-uri mai costisitoare încorporează, de obicei, mai multe periferice integrate, reducând astfel nevoia de componente suplimentare, deși implică deseori cheltuieli mai mari pentru dezvoltarea și depanarea software-ului.

MCU-urile concepute pentru aplicații sensibile la costuri sunt adesea împovărate de un număr redus de periferice integrate, memorie limitată și flexibilitate redusă pentru proiectare. Cu toate acestea, ele oferă avantajul unui consum redus de energie și al unei autonomii prelungite a bateriei.

Renesas oferă MCU-uri bogate în caracteristici pentru aplicații sensibile la preț

Cu scopul de a simplifica procesul de selecție pentru aplicații necostisitoare, Renesas oferă grupul RA0E1, un MCU bogat în caracteristici, cu un consum de energie extrem de redus și periferice optimizate, care oferă dezvoltatorilor o modalitate de a-și îmbunătăți proiectele pentru o listă de materiale redusă.

Construite cu un nucleu Arm Cortex-M23 eficient din punct de vedere energetic și un set impresionant de temporizatoare integrate, comunicații seriale, funcții analogice și funcții de securitate și siguranță, MCU-urile RA0E1 sunt destinate direct pieței pentru aplicații sensibile la costuri.

Arm Cortex-M23 a fost proiectat ca un procesor entry-level pe 32 de biți pentru funcționare cu consum redus de energie. Cu o arhitectură simplă, ușor de învățat și de programat, acest nucleu MPU încorporează tehnologia de securitate TrustZone de la Arm, caracteristici de depanare și urmărire pentru diagnosticarea și optimizarea aplicațiilor, precum și suport pentru moduri cu consum redus de energie.

RA0E1 consumă 84,3 μA/MHz de curent în modul activ și 0,82 mA în modul inactiv, ceea ce îl face foarte potrivit pentru aplicații alimentate de baterii și sensibile la energie. Setul său de caracteristici oferă versatilitate și eficiență pentru diverse aplicații, inclusiv electronice de consum, automatizare industrială, dispozitive IoT securizate, automatizarea clădirilor și aparate mici.

Cu o tensiune de alimentare cuprinsă între 1,6 V și 5,5 V, proiectanții pot utiliza RA0E1 fără a fi nevoiți să utilizeze un schimbător de nivel sau un regulator de tensiune în sistemele de 5 V. De asemenea, RA0E1 încorporează un oscilator pe cip de înaltă precizie, permițând proiectanților să evite adăugarea unui oscilator de sine stătător la proiectele lor. Oscilatorul său îmbunătățește acuratețea vitezei de transmisie și menține o precizie de ±1,0 % în medii cuprinse între -40 °C și +105 °C.

MCU-urile care combină mai multe funcții într-un singur cip pot reduce drastic nevoia de componente suplimentare. Această integrare simplifică proiectarea, reduce amprenta PCB și, în cele din urmă, reduce costul general al sistemului. Pentru a ajuta la minimizarea perifericelor externe, RA0E1 integrează numeroase componente, inclusiv:

• Până la 64 KB de memorie flash de cod integrată și 12 KB de SRAM de mare viteză cu un bit de paritate
• Periferice analogice, inclusiv un ADC pe 12 biți, un senzor de temperatură și o tensiune de referință internă
• Periferice de comunicații, inclusiv 3 interfețe UART, 1 interfață UART asincronă, 3 interfețe periferice seriale simplificate (SPI), 1 circuit inter-integrat (IIC) și 3 IIC-uri simplificate
• Caracteristici de siguranță, inclusiv verificarea parității SRAM, detectarea accesului nevalid la memorie, detectarea frecvenței, testul A/D, stocarea imuabilă, un calculator CRC și protecția la scrierea registrelor
• Caracteristici de securitate, inclusiv un ID unic, un generator de numere aleatorii reale (TRNG) și protecție împotriva citirii flash

Mediul de dezvoltare și compatibilitatea ascendentă

Renesas oferă dezvoltatorilor un mediu de proiectare comun, Flexible Software Package, care include drivere gata de producție, Azure RTOS, FreeRTOS și alte pachete middleware. De asemenea, oferă dezvoltatorilor o cale de migrare a aplicațiilor lor către MCU-uri RA mai puternice.

Nucleele Arm prezintă un grad ridicat de compatibilitate. Cortex-M23 utilizează setul de instrucțiuni Armv8-M, care este compatibil cu seturile de instrucțiuni utilizate de alte arhitecturi de nucleu Cortex-M.

MCU-urile Renesas RA01E sunt compatibile cu pinii și perifericele liniei de MCU-uri Renesas RA2E1, care sunt construite în jurul unui nucleu Arm Cortex-M23 de 48 MHz care încorporează până la 128 KB de cod flash și 16 KB SRAM. Acest lucru oferă posibilitatea de upgradare a proiectelor construite pe RA0E1 la MCU-uri cu performanțe superioare.

În plus, Renesas oferă placa de prototipare rapidă FPB-RA0E1 (Figura 1) pentru evaluarea, prototiparea și dezvoltarea aplicațiilor bazate pe MCU RA0E1.

Figura 1: Placa FPB-RA0E1 pentru prototiparea aplicațiilor microcontrolerului RA0E1. (Sursă imagine: Renesas)

Placa de evaluare include o interfață Arduino UNO R3 și doi conectori Pmod. În plus, dezvoltatorii pot utiliza un circuit emulator SEGGER J-Link™ încorporat care permite scrierea și depanarea programelor fără a avea nevoie de instrumente suplimentare.

Concluzie

MCU RA01E de la Renesas oferă un set impresionant de caracteristici și periferice integrate pentru dezvoltarea de aplicații cu consum foarte redus de energie, sensibile la costuri, fără a face compromisuri între preț și performanță. Acesta vine cu opțiuni multiple de conectivitate și un ecosistem bogat disponibil cu un mediu de dezvoltare cuprinzător care poate ajuta la crearea de aplicații cu costuri reduse de materiale și oferă o cale de migrare ulterioară a aplicațiilor către dispozitive mai puternice.