Firma NXP oferuje ekosystem rozwojowy Arm® Cortex®-M33

Procesory z rdzeniem Arm® Cortex®-M33 należą do grupy wysokowydajnych mikrokontrolerów (MCU) niskiej mocy, które oferują zwiększone bezpieczeństwo i możliwości cyfrowego przetwarzania sygnałów. Są one odpowiednie do szerokiej gamy zastosowań wbudowanych i Internetu rzeczy (IoT), jednak projektowanie produktów z użyciem wspomnianych mikrokontrolerów MCU może być trudne, szczególnie dla deweloperów, którzy nie znają architektury ARM. Firma NXP Semiconductors - wiodący dostawca mikrokontrolerów opartych na architekturze Arm - stawia sobie za cel rozwiązanie tego problemu dzięki platformie rozwojowej MCUXpresso.

Procesory Arm o zredukowanym zbiorze instrukcji (RISC) dominują w segmentach rynku, takich jak smartfony i elektronika użytkowa, gdzie niski pobór mocy i wysokie parametry działania mają kluczowe znaczenie.

Procesory Cortex-M33 zaprojektowano z myślą o sprawności energetycznej i oferowaniu trybów niskiej mocy, które zmniejszają pobór prądu w stanie aktywnym i uśpienia. Mogą być używane w szerokim zakresie zastosowań, takich jak sterowanie przemysłowe, domy inteligentne, urządzenia ubieralne oraz Internet rzeczy (IoT). Zapewniają one deweloperom wysoki stopień elastyczności i skalowalności, ale wymagają również starannej optymalizacji, aby osiągnąć idealny kompromis między parametrami działania, poborem mocy oraz zajmowaną powierzchnią.

Mikrokontrolery MCU Cortex-M33 obsługują wbudowany binarny interfejs aplikacji Arm (EABI), który zapewnia binarną kompatybilność z innymi procesorami Cortex-M, umożliwiając uruchamianie istniejącego kodu Cortex-M bez modyfikacji. Ta kompatybilność zapewnia możliwość korzystania z istniejących narzędzi programowych, bibliotek i oprogramowania pośredniczącego.

Portfolio urządzeń MCX firmy NXP

Firma NXP jest jednym z wiodących producentów mikrokontrolerów MCU opartych na architekturze Arm, w tym produktów ogólnego przeznaczenia i branżowych. Jej portfolio urządzeń MCX stanowi fundament dla energooszczędnych urządzeń brzegowych w przemyśle i Internecie rzeczy (IoT), zapewniając zwiększoną skalowalność oraz przełomowe możliwości produktów.

Mikrokontrolery MCU MCX obejmują dwie odrębne linie produktów:

• Seria MCX N to mikrokontrolery MCU do przemysłu i Internetu rzeczy (IoT) z dwoma rdzeniami Cortex-M33 działającymi z częstotliwością do 150MHz, wyposażone w procesor neutronowy (NPU) eIQ® własnej produkcji firmy NXP do przyspieszenia uczenia maszynowego (ML). Te wysokowydajne mikrokontrolery MCU niskiej mocy zawierają inteligentne peryferia i akceleratory, zapewniając wielozadaniowość i wysoką sprawność działania.
• Seria MCX A Essential to linia jednordzeniowych mikrokontrolerów MCU Cortex-M33 zoptymalizowanych pod kątem zapewnienia krytycznych funkcji w zastosowaniach, w których kluczowe znaczenie mają zaawansowane możliwości analogowe, takie jak przetworniki danych wysokiej precyzji, ograniczenia kosztowe i krótki czas wprowadzenia produktu na rynek.

W niniejszym artykule skupimy się na mikrokontrolerach MCU MCX A (ilustracja 1) i towarzyszących narzędziach rozwojowych. Seria MCX A może być używana w szerokiej gamie zastosowań w różnych branżach, takich jak komunikacja przemysłowa, inteligentne systemy pomiarowe, automatyka i sterowanie, czujniki oraz urządzenia niskiej mocy z zasilaniem bateryjnym. Dzięki wspólnemu rdzeniowi i urządzeniom peryferyjnym, deweloperzy zyskują możliwość uproszczonego tworzenia oprogramowania, łatwiejszej migracji i aktualizacji.

Ilustracją 1: mikrokontroler z serii MCX A firmy NXP. (Źródło ilustracji: NXP)

Każde urządzenie z serii MCX A zawiera szereg inteligentnych urządzeń peryferyjnych, które mogą działać niezależnie od jednostki centralnej, co pozwala na pracę z niższą częstotliwością i mniejszym poborem mocy. Wspomniane peryferia pozwalają projektantom na stosowanie mniejszych obudów, prostszej konstrukcji płytki i umożliwiają obniżenie kosztów wykazu materiałów (BOM).

Peryferia w zestawie:

• Komunikacja szeregowa z wbudowanymi buforami, programowalny zakres zbierania danych oraz DMA
• Przetwornik analogowo-cyfrowy (ADC) sygnałów mieszanych
• Przetwornik cyfrowo-analogowy (DAC)
• Wzmacniacz operacyjny z wbudowaną inteligencją do uśredniania i wykrywania wartości szczytowych
• Modulator szerokości impulsów FlexPWM ze sterowaniem czasem martwym i enkoderem do zastosowań silnikowych

Mikrokontrolery MCU MCX A są również wyposażone w jednostkę zarządzania zasilaniem (PMU), która umożliwia dynamiczne skalowanie napięcia i częstotliwości (DVFS) oraz adaptacyjne sterowanie zasilaniem (APC) w celu optymalizacji poboru mocy w zależności od obciążenia i warunków pracy. Urządzenia zawierają 64kB lub 128kB pamięci flash oraz 16kB lub 32kB pamięci SRAM - wszystkie dane RAM mogą być przechowywane aż do trybu głębokiego wyłączenia zasilania.

Kontroler pamięci podręcznej niskiej mocy (LPCAC) 4kB dołączony do magistrali kodowej Cortex-M33 zapewnia dostępność danych i instrukcji z niską latencją. Dostępność magistrali dla innych peryferiów jest lepsza, ponieważ parametry działania procesora mogą być oddzielone od parametrów działania pamięci systemowej. Ta funkcja pomaga deweloperom w osiągnięciu najlepszych parametrów wejścia-wyjścia i przetwarzania w zastosowaniach związanych z pomiarami i sterowaniem.

Urządzenia MCX A pracują z częstotliwością 48MHz w przypadku serii A14x oraz 96MHz w przypadku serii A15x. Urządzenia MCX A wykorzystują podsystem zasilania z bezkondensatorowym regulatorem napięcia o niskim spadku (LDO), który może pracować przy napięciach od 1,7V do 3,6V. Urządzenia charakteryzują się niskim poborem mocy w różnych trybach:

• 59µA/MHz (3V, przy +25°C) w trybie aktywnym przy uruchomieniu testów Coremark z wewnętrznej pamięci flash
• 6,5µA w trybie głębokiego uśpienia, 10µs przy wybudzeniu z pełną retencją pamięci SRAM, 3V przy +25°C
• Poniżej 400nA w trybie głębokiego wyłączenia z możliwością wybudzenia w 2,78ms

Urządzenia MCX A posiadają kontroler urządzenia USB pełnej prędkości z wbudowaną warstwą fizyczną (PHY), który umożliwia łączność z komputerami PC i innymi urządzeniami. Podsystem USB umożliwia programowanie w systemie (ISP) za pośrednictwem rozruchowej pamięci ROM, a produkty można aktualizować w terenie za pomocą interfejsu USB.

W zależności od modelu, deweloperzy mogą wykorzystywać od 26 do 52 wtyków wejścia-wyjścia ogólnego przeznaczenia (GPIO). Dostępne są między innymi szeregowe interfejsy komunikacyjne: jeden interfejs I²C, dwa SPI i trzy UART. Zestaw zawiera trzy 32-bitowe układy czasowe, które mogą generować komplementarne pary modulacji szerokości impulsu z funkcją wprowadzania w strefę nieczułości, a także jeden układ czasowy niskiej mocy. Napięcie zasilania może wynosić od 1,71 do 3,6V, a temperatura robocza wynosi od -40°C do +125°C.

Przykładowe urządzenie MCXA143VLH serii A14x posiada 52 wtyki wejścia-wyjścia ogólnego przeznaczenia (GPIO), działa z częstotliwością do 48MHz, posiada 128kB pamięci flash i 32kB pamięci SRAM oraz jest zamknięte w obudowie LQFP64. Urządzenie MCXA152VFT serii 15x również posiada 52 wtyki GPIO, działa z częstotliwością do 96MHz, zawiera 64kB pamięci flash i 16kB pamięci SRAM oraz jest zamknięte w obudowie QFN48.

Wykorzystanie środowiska MCUXpresso

Omawiane mikrokontrolery MCU zapewniają równowagę pomiędzy kosztami, parametrami działania i sprawnością energetyczną. Dzięki obsłudze większej liczby wtyków wejścia-wyjścia ogólnego przeznaczenia (GPIO), projektanci mogą wykorzystywać mniejsze obudowy i prostsze konstrukcje płytek.

Omawiana seria wykorzystuje środowisko rozwojowe MCUXpresso do usprawnienia procesu rozwoju dzięki oprogramowaniu, narzędziom i bezpiecznej aprowizacji, aby przyspieszyć cykle projektowe i pomóc deweloperom w tworzeniu, debugowaniu i optymalizacji aplikacji. Platforma MCUXpresso obejmuje:

• Zintegrowane środowisko deweloperskie (IDE) MCUXpresso - zintegrowane środowisko deweloperskie z funkcjami edycji kodu, kompilacji, debugowania i programowania pamięci flash
• Narzędzia konfiguracyjne MCUXpresso - zestaw narzędzi graficznych, które pomagają deweloperom w konfiguracji wtyków, zegarów, peryferii i funkcji zabezpieczeń
• Zestaw rozwojowy oprogramowania MCUXpresso - zestaw rozwojowy oprogramowania zawierający zbiór sterowników, oprogramowania pośredniczącego, bibliotek i przykładów

Płytki rozwojowe firmy NXP do serii MCX A, w tym FRDM-MCXA153 (ilustracja 2), są przeznaczone do szybkiego prototypowania i rozwoju aplikacji z wykorzystaniem mikrokontrolerów A14x i A15x.

Ilustracja 2: płytka rozwojowa FRDM-MCXA153. (Źródło ilustracji: NXP)

Kompaktowość omawianych płytek pozwala na łatwą integrację w prototypach projektów. Ustandaryzowane listwy zapewniają prosty dostęp do wejść-wyjść na potrzeby szybkiej ewaluacji i szybkiego prototypowania. Opcje rozszerzeń, takie jak listwa Arduino®, listwa FRDM, Pmod™ oraz mikroBUS™ pozwalają deweloperom na łatwe dodawanie kolejnych funkcji i komponentów.

Inne funkcje przyjazne dla deweloperów to m.in. zintegrowane otwarte interfejsy szeregowe, zewnętrzna pamięć flash oraz wbudowany debugger MCU-Link z protokołem CMSIS-DAP. Deweloperzy mogą według uznania pracować w MCUXpresso for Visual Studio Code lub opartym na Eclipse zintegrowanym środowisku deweloperskim (IDE) MCUXpresso firmy NXP, bądź też w zintegrowanym środowisku deweloperskim (IDE) firm IAR i Keil, które również oferują certyfikaty bezpieczeństwa.

Firma NXP udostępnia również repozytorium Application Code Hub (ACH) z przykładami oprogramowania wysokiego poziomu, fragmentami kodu i wersjami demonstracyjnymi. Wspomniane przykłady są kompatybilne z zestawem rozwojowym oprogramowania (SDK) i można uzyskać do nich bezpośredni dostęp ze zintegrowanych środowisk deweloperskich (IDE) firmy NXP lub za pośrednictwem interfejsu internetowego ACH.

Podsumowanie

Mikrokontrolery z serii MCX A firmy NXP stanowią ekonomiczne i zajmujące niewiele miejsca rozwiązanie dla deweloperów, wyposażone w podstawowe funkcje i innowacyjną architekturę zasilania, dzięki czemu sprawdzają się dobrze w szerokim zakresie zastosowań wbudowanych, takich jak inteligentne systemy pomiarowe, automatyka i sterowanie oraz urządzenia niskiej mocy / urządzenia z zasilaniem bateryjnym. Mikrokontrolery, płytki ewaluacyjne i platforma MCUXpresso firmy NXP pomagają deweloperom w wykorzystaniu zaawansowanych funkcji edycji, kompilacji i debugowania w celu wdrażania innowacji, optymalizacji i wprowadzania produktów na rynek.