Mikrokontroler MCU RA0E1 firmy Renesas pozwala sprostać wyzwaniom projektowania rozwiązań z uwzględnieniem oczekiwanego stosunku ceny do parametrów działania

Nawet najdrobniejsze różnice w kosztach mogą mieć wpływ na to, czy dane rozwiązanie dostanie „zielone światło” i okaże się sukcesem, czy nie. Dlatego inżynierowie, wybierając odpowiedni mikrokontroler MCU, często stają przed niesłychanie trudnym wyzwaniem wyważenia parametrów działania i ceny. Celem firmy Renesas Electronics Corporation jest ułatwienie tego wyboru dzięki bazującym na architekturze Arm® mikrokontrolerom MCU ultraniskiej mocy przeznaczonym do ekonomicznych zastosowań wbudowanych.

Trudno zatem powiedzieć, że presja wywierana na inżynierów w celu opracowywania energooszczędnych i tanich rozwiązań jest zbyt duża. Konkurencja, oczekiwania konsumentów i klientów biznesowych oraz szybkie tempo innowacji zwiększają niebezpieczeństwo, że nawet niewielkie błędy obliczeniowe w kosztach gotowego produktu lub parametrach działania mikrokontrolera MCU zniweczą szanse na sukces.

Mikrokontroler MCU to tylko jeden z komponentów, ale jego znaczenie jest kluczowe dla obniżenia ogólnych kosztów systemu. Weźmy pod uwagę, że różnica cen wynosząca 50 centów na jednej sztuce może w sumie dać dodatkowe 50 tysięcy dolarów przy planowanej serii 100 tysięcy produktów końcowych.

To może być tylko wierzchołek góry lodowej: oprócz rzeczywistego kosztu jednostkowego mikrokontrolera MCU, deweloperzy muszą wziąć pod uwagę szereg potencjalnych kosztów ukrytych, które mogą mieć wpływ na budżet projektu, takich jak:

• Opłaty licencyjne za narzędzia programowe i środowiska rozwojowe
• Czas szkolenia
• Testowanie i rozwiązywanie problemów
• Potrzeba komponentów peryferyjnych
• Tworzenie oprogramowania układowego
• Zarządzanie zasilaniem
• Zgodność i certyfikacja

Nawet w przypadku znacznie mniejszych serii produkcyjnych, w których różnica cen mikrokontrolerów MCU może nie sumować się do dużej kwoty, powiązane koszty dodatkowe często spowodują, że seria taka będzie stosunkowo droższa ze względu na amortyzację przy mniejszej liczbie jednostek produkcyjnych. To może sprawić, że zatwierdzenie projektu nie będzie możliwe.

Pobór mocy i odprowadzanie ciepła mogą skomplikować dobór właściwego mikrokontrolera MCU.

Im więcej energii zużywa mikrokontroler MCU, tym bardziej prawdopodobne jest, że projektant będzie musiał uwzględnić dodatkowe komponenty i być może droższe baterie w zastosowaniach mobilnych i przenośnych. Podobnie im większy pobór mocy, tym więcej ciepła zostanie wygenerowane, co może wymagać dodatkowych technik chłodzenia.

Nikt nie chce przepłacać za komponenty o parametrach lepszych niż to potrzebne. Ale nie nikt nie chce też tworzyć rozwiązań, których działanie po wdrożeniu nie będzie spełniać oczekiwań. Dlatego osiągnięcie optymalnej równowagi między kosztami a parametrami działania może zadecydować o sukcesie danego rozwiązania.

Osiągnięcie optymalnej równowagi

Wybór mikrokontrolera MCU musi oczywiście odpowiadać konkretnym cechom i wymaganiom funkcjonalnym planowanego zastosowania. Ale musi również zmieścić się w pożądanym budżecie, szczególnie jeśli chodzi o scenariusz, w którym ważna jest cena. Wymaga to znalezienia optymalnego zestawienia parametrów działania, poboru mocy i zintegrowanych peryferiów.

Niektóre zastosowania są bardziej wrażliwe na cenę niż inne. Na przykład domowe urządzenia Internetu rzeczy (IoT) często podlegają silnej presji cenowej ze względu na konkurencję, co odzwierciedla oczekiwania konsumentów dotyczące tańszych urządzeń. Zastosowania w automatyce przemysłowej generalnie wymagają solidniejszych i bardziej niezawodnych urządzeń do użytku bez nadzoru, jednak nadal najprawdopodobniej konkurują ceną i innymi względami.

Znalezienie odpowiedniej równowagi między ceną a parametrami działania rozpoczyna się od wyboru właściwego mikrokontrolera MCU, który spełnia wymagania dotyczące parametrów działania, jest energooszczędny i zapewnia projektantom elastyczność.

Zazwyczaj zastosowania o wyższych parametrach działania zapewniają większą moc obliczeniową, wyższe prędkości zegara oraz możliwość realizacji bardziej złożonych zadań. Te droższe mikrokontrolery MCU zwykle zawierają kilka zintegrowanych peryferiów, co zmniejsza potrzebę stosowania dodatkowych komponentów, chociaż często wiąże się z wyższymi kosztami rozwoju oprogramowania i debugowania.

Mikrokontrolery MCU zaprojektowane do ekonomicznych zastosowań często wiążą się z mniejszą liczbą zintegrowanych peryferiów, ograniczoną pamięcią i ograniczoną elastycznością projektowania. Jednak oferują one korzyści w postaci mniejszego poboru mocy i wydłużenia czasu pracy baterii.

Firma Renesas oferuje bogate w funkcje mikrokontrolery MCU do zastosowań ekonomicznych

Dążąc do uproszczenia procesu doboru niedrogich produktów, firma Renesas oferuje grupę bogatych w funkcje mikrokontrolerów MCU RA0E1 o wyjątkowo niskim poborze mocy i zoptymalizowanych peryferiach, które umożliwiają deweloperom ulepszanie projektów w celu skrócenia wykazu materiałów.

Mikrokontrolery MCU RA0E1, zbudowane z wykorzystaniem energooszczędnego rdzenia Arm Cortex-M23 i imponującego zestawu zintegrowanych układów czasowych, komunikacji szeregowej, funkcji analogowych oraz funkcji zabezpieczeń, są przeznaczone do ekonomicznych zastosowań.

Procesor Arm Cortex-M23 został zaprojektowany jako podstawowy procesor 32-bitowy z myślą o energooszczędnej pracy. Omawiany rdzeń jednostki mikroprocesorowej (MPU) charakteryzuje się prostą, łatwą do nauczenia i programowania architekturą, a także technologią zabezpieczeń TrustZone firmy Arm, funkcją debugowania i śledzenia do diagnozowania i optymalizacji aplikacji oraz obsługą energooszczędnych trybów niskiej mocy.

Urządzenie RA0E1 zużywa 84,3μA/MHz prądu w trybie aktywnym i 0,82mA w trybie uśpienia, dzięki czemu doskonale nadaje się do zastosowań z zasilaniem bateryjnym i wrażliwych na zużycie energii. Jego zestaw funkcji zapewnia wszechstronność i wydajność w różnorodnych zastosowaniach, w tym w elektronice użytkowej, automatyce przemysłowej, bezpiecznych urządzeniach Internetu rzeczy (IoT), automatyce budynków i małych urządzeniach AGD.

Dzięki napięciu zasilania w zakresie od 1,6V do 5,5V, projektanci mogą wykorzystywać urządzenia RA0E1 bez konieczności stosowania zmieniacza poziomów lub regulatora napięcia w układach 5V. Urządzenie RA0E1 zawiera również wysoce precyzyjny oscylator w mikroukładzie, co pozwala projektantom uniknąć konieczności dodawania autonomicznego oscylatora do projektów. Jego oscylator zwiększa dokładność szybkości transmisji i utrzymuje precyzję ±1,0% w temperaturach od -40°C do +105°C.

Mikrokontrolery MCU, które łączą wiele funkcji w jednym mikroukładzie, pozwalają drastycznie zmniejszyć potrzebę stosowania dodatkowych komponentów. Taka integracja upraszcza projekt, zmniejsza rozmiary płytki drukowanej i ostatecznie obniża ogólny koszt systemu. Aby pomóc w zminimalizowaniu liczby zewnętrznych peryferiów, urządzenie RA0E1 zawiera wiele komponentów, w tym:

• Do 64kB zintegrowanej pamięci flash na kod oraz 12kB szybkiej statycznej pamięci o dostępie swobodnym (SRAM) z bitem parzystości
• Peryferia analogowe, w tym 12-bitowy przetwornik analogowo-cyfrowy (ADC), czujnik temperatury i wewnętrzne napięcie referencyjne
• Peryferia komunikacyjne, w tym 3 interfejsy uniwersalnego asynchronicznego nadajniko-odbiornika (UART), 1 asynchroniczny interfejs uniwersalnego asynchronicznego nadajniko-odbiornika (UART), 3 uproszczone szeregowe interfejsy urządzeń peryferyjnych (SPI), 1 magistralę I²C (IIC) oraz 3 uproszczone magistrale I²C (IIC)
• Funkcje bezpieczeństwa, w tym kontrolę parzystości dla statycznej pamięci o dostępie swobodnym (SRAM), wykrywanie nieprawidłowego dostępu do pamięci, wykrywanie częstotliwości, test analogowo-cyfrowy, pamięć niezmienną, kalkulator cyklicznej kontroli nadmiarowej (CRC) oraz zabezpieczenie przed zapisem rejestru
• Funkcje zabezpieczeń, w tym unikalny identyfikator, generator liczb prawdziwie losowych (TRNG) oraz zabezpieczenie przed odczytem pamięci flash

Środowisko rozwojowe i kompatybilność w górę

Firma Renesas oferuje deweloperom wspólne środowisko projektowe, Flexible Software Package, które obejmuje sterowniki gotowe do produkcji, system operacyjny czasu rzeczywistego (RTOS) Azure, FreeRTOS i inne stosy oprogramowania pośredniczącego. Zapewnia również deweloperom ścieżkę migracji własnych aplikacji do bardziej zaawansowanych mikrokontrolerów MCU RA.

Rdzenie Arm charakteryzują się wysokim stopniem kompatybilności. Urządzenie Cortex-M23 wykorzystuje zestaw instrukcji Armv8-M, który jest kompatybilny z zestawami instrukcji używanymi przez inne architektury rdzeni Cortex-M.

Mikrokontrolery MCU RA01E firmy Renesas są kompatybilne pod względem wtyków i peryferiów z linią mikrokontrolerów MCU RA2E1 firmy Renesas zbudowanych na rdzeniu Arm Cortex-M23 48MHz, który może być wyposażony w nawet 128kB pamięci flash na kod oraz 16kB statycznej pamięci o dostępie swobodnym (SRAM). Daje to możliwość modernizacji projektów zbudowanych na bazie urządzeń RA0E1 do wysokowydajnych mikrokontrolerów MCU.

Firma Renesas oferuje również płytkę szybkiego prototypowania FPB-RA0E1 (ilustracja 1) do ewaluacji, prototypowania i opracowywania rozwiązań opartych na mikrokontrolerze MCU RA0E1.

Ilustracja 1: płytka FPB-RA0E1 do prototypowania rozwiązań z mikrokontrolerami RA0E1. (Źródło ilustracji: Renesas)

Omawiana płytka ewaluacyjna posiada interfejs Arduino UNO R3 i dwa złącza Pmod. Dodatkowo deweloperzy mogą skorzystać z wbudowanego obwodu emulatora J-Link™ SEGGER umożliwiającego pisanie i debugowanie programów bez konieczności użycia dodatkowych narzędzi.

Podsumowanie

Mikrokontroler MCU RA01E firmy Renesas zapewnia imponujący zestaw funkcji i zintegrowanych peryferiów do opracowywania ekonomicznych zastosowań ultraniskiej mocy bez uszczerbku dla ceny i parametrów działania. Posiada wiele opcji łączności i dostępny bogaty ekosystem z rozbudowanym środowiskiem rozwojowym, które może pomóc w tworzeniu aplikacji przy obniżonych kosztach wykazu materiałów i zapewnić możliwość późniejszej migracji aplikacji na bardziej wydajne urządzenia.