NXP tarjoaa Arm® Cortex®-M33 -kehitysekosysteemin

Arm® Cortex®-M33 -ydinprosessorit ovat vähävirtaisten ja huipputehokkaiden mikrokontrollereiden (MCU) tuoteperhe, joka tarjoaa parannetut tietoturva- ja digitaaliset signaalinkäsittelyominaisuudet. Nämä mikrokontrollerit soveltuvat monenlaisiin IoT- ja sulautettuihin sovelluksiin, mutta tuotteiden suunnittelu niiden kanssa voi olla haastavaa erityisesti kehittäjille, jotka eivät tunne Arm-arkkitehtuuria. NXP Semiconductors, Arm-pohjaisten mikrokontrollerien johtava toimittaja, pyrkii helpottamaan tätä haastetta MCUXpresso-kehitysalustallaan.

Armin RISC (Reduced Instruction Set Computing) -prosessori hallitsee sellaisia markkinasegmenttejä kuten älypuhelimia ja kuluttajaelektroniikkaa, joissa pieni virrankulutus ja korkea suoritusteho ovat ratkaisevan tärkeitä.

Cortex-M33-prosessorit on suunniteltu energiatehokkaiksi, ja ne tarjoavat aktiivista ja lepotilan virrankulutusta vähentäviä virransäästötiloja. Ne sopivat monenlaisiin sovelluksiin, kuten teollisuuden ohjausyksikköihin, älykoteihin, puettaviin laitteisiin ja IoT-ympäristöön. Ne tarjoavat kehittäjille paljon joustavuutta ja skaalautuvuutta, mutta vaativat myös huolellista optimointia, jotta suorituskyvyn, virrankulutuksen ja tilantarpeen välillä saavutettaisiin ihanteellinen kompromissi.

Cortex-M33-mikrokontrollerit tukevat Armin Embedded Application Binary Interface (EABI) -rajapintaa, joka takaa binääriyhteensopivuuden muiden Cortex-M-prosessoreiden kanssa ja mahdollistaa olemassa olevan Cortex-M-koodin suorittamisen ilman muutoksia. Tämä yhteensopivuus mahdollistaa olemassa olevien ohjelmistotyökalujen, kirjastojen ja väliohjelmistojen käytön.

NXP:n MCX-tuotevalikoima

NXP on yksi johtavista Arm-pohjaisten mikrokontrollereiden valmistajista, mukaan lukien sekä yleiskäyttöön että autoteollisuuteen tarkoitetut tuotteet. Se on asettanut oman MCX-valikoimansa energiatehokkaiden reunalaitteiden perustaksi teollisuus- ja IoT-markkinoilla sen laajennetun skaalautuvuuden ja ennennäkemättömien tuoteominaisuuksien ansiosta.

MCX-mikrokontrollerit tarjoavat kaksi erilaista tuoteperhettä:

• MCX N -sarjan teollisuus- ja IoT-mikrokontrollerit kahdella Cortex-M33-ytimellä, jotka toimivat jopa 150 MHz:n taajuudella. Nämä sisältävät myös yrityksen neuraalisen prosessoriyksikön (NPU) eIQ® Neutron tekoälykiihdytystä (ML) varten. Nämä suorituskykyiset ja vähävirtaiset mikrokontrollerit sisältävät älykkäitä oheislaitteita ja kiihdyttimiä sekä tarjoavat moniajo-ominaisuudet ja korkean suorituskyvyn.
• MCX A Essential -sarja, yksiytimisten Cortex-M33-mikrokontrollereiden tuoteperhe, on optimoitu tarjoamaan kriittisiä toimintoja sovelluksiin, joissa edistyneet analogiset ominaisuudet, kuten korkean tarkkuuden datamuuntimet, kustannusrajoitukset ja nopea markkinoilletuontiaika ovat keskeisiä vaatimuksia.

Tämä artikkeli keskittyy MCX A -mikrokontrollereihin (kuva 1) ja niiden kehitystyökaluihin. MCX A -sarja tukee monia erilaisia sovelluksia eri markkinoilla, kuten teollisuuskommunikaatiota, älykästä mittausta, automaatiota ja ohjausta, antureita sekä vähävirtaisia ja akku/paristokäyttöisiä laitteita. Yhteisen ytimen ja oheislaitteiden ansiosta kehittäjät voivat hyödyntää yksinkertaistettua ohjelmistokehitystä, helpompaa migraatiota ja päivityksiä.

Kuva 1: NXP:n MCX A -sarjan -mikrokontrolleri. (Kuvan lähde: NXP)

Jokainen MCX A-sarjan laite sisältää valikoiman älykkäitä oheislaitteita, joita voi käyttää prosessorista riippumattomasti, jolloin prosessori voi toimia pienemmällä taajuudella ja alhaisemmalla virrankulutuksella. Näiden oheislaitteiden ansiosta suunnittelijat voivat käyttää pienempää koteloa, yksinkertaisempaa piirilevyrakennetta ja vähentää järjestelmän BOM-kustannuksia.

Mukana tuleviin oheislaitteisiin kuuluvat:

• sarjakommunikaatio integroiduilla puskureilla, ohjelmoitavalla tiedonkeruualueella ja DMA:lla
• sekasignaaleja tukeva analogi-digitaalimuunnin (ADC)
• digitaali-analogimuunnin (DAC)
• operaatiovahvistin integroidulla älyllä keskiarvojen laskentaa ja huippujen tunnistusta varten
• FlexPWM (pulssinleveysmodulaattori) virrattoman ajan ohjauksella sekä enkooderilla moottorisovelluksia varten.

MCX A -mikrokontrolleriin kuuluu myös tehonhallintayksikkö (PMU), joka mahdollistaa dynaamisen jännitteen ja taajuuden skaalauksen (DVFS) sekä mukautuvan tehonsäädön (APC) virrankulutuksen optimointiin työkuorman ja käyttöolosuhteiden mukaan. Laitteisiin kuuluu 64 tai 128 KB flash-muistia ja 16 tai 32 KB SRAM-muistia – koko RAM-data voidaan säilyttää jopa syvässä virrankatkaisutilassa.

Cortex-M33-koodiväylään liitetty 4 KB:n Low-Power Cache Controller (LPCAC) varmistaa, että data ja käskyt ovat käytettävissä lyhyellä viiveajalla. Muut oheislaitteet voivat käyttää väylää paremmin, kun prosessorin suorituskyky voidaan irrottaa järjestelmämuistin suorituskyvystä. Tämän toiminnon avulla kehittäjät voivat saavuttaa parhaan I/O- ja prosessointitehon anturi- ja ohjaussovelluksissa.

MCX A -laitteet toimivat A14x-sarjassa 48 MHz:n taajuudella ja A15x-sarjassa 96 MHz:n taajuudella. MCX A käyttää kondensaattoritonta LDO-virta-alijärjestelmää, joka voi toimia jännitteellä 1,7–3,6  V. Laitteilla on alhainen virrankulutus eri tiloissa:

• 59 µA/MHz (3 V, lämpötila +25 °C) aktiivitilassa suoritettaessa Coremark-ohjelmaa sisäisestä flash-muistista
• 6,5 µA syvä lepotila, 10 µs:n heräämisaika täydellä SRAM-palautuksella, 3 V lämpötilassa +25°C
• alle 400 nA syvässä virransäästötilassa 2,78 ms:n heräämisajalla.

MCX A -laitteissa on täyden nopeuden USB-laiteohjain sisäänrakennetulla fyysisellä kerroksella (PHY), joka mahdollistaa liitännän tietokoneisiin ja muihin laitteisiin. USB-alijärjestelmän ominaisuuksiin kuuluu järjestelmän sisäinen ohjelmointi (ISP) käynnistys-ROM:n kautta, ja tuotteet voidaan päivittää paikan päällä USB-liitännän kautta.

Kehittäjät voivat käyttää mallista riippuen 26–52 GPIO (General-Purpose Input/Output) -nastaa. Sarjaliikennerajapintoihin kuuluu yksi I²C-, kaksi SPI- ja kolme UART-liitäntää. Laite sisältää kolme 32-bittistä ajastinta, joiden avulla voidaan generoida komplementaarisia PWM-pareja kuolleen kaistan lisäyksellä, sekä yhden vähävirtaisen ajastimen. Syöttöjännitealue on 1,71–3,6 V ja käyttölämpötila-alue −40 ... +125 °C.

Esimerkiksi A14x-sarjan MCXA143VLH sisältää 52 GPIO-nastaa ja toimii jopa 48 MHz:n taajuudella sekä tarjoaa 128 KB flash-muistia ja 32 KB SRAM-muistia LQFP64-kotelossa. Myös 15x-sarjan MCXA152VFT sisältää 52 GPIO-nastaa ja toimii jopa 96 MHz:n taajuudella sekä tarjoaa 64 KB flash-muistia ja 16 KB SRAM-muistia QFN48-kotelossa.

MCUXpresson hyödyntäminen

Nämä mikrokontrollerit tarjoavat hyvän kustannusten, suorituskyvyn ja energiatehokkuuden välisen tasapainon. Koska ne tukevat suurempaa GPIO-nastamäärää, suunnittelijat voivat valita pienemmän kotelon ja yksinkertaistaa piirilevysuunnittelua.

Tuotesarja hyödyntää MCUXpresso-kehittäjäkokemusta kehitysprosessin helpottamiseksi ohjelmistoilla, työkaluilla ja turvallisella käyttöönotolla, jotka puolestaan nopeuttavat suunnittelusyklejä ja auttavat kehittäjiä luomaan, debuggaamaan ja optimoimaan sovelluksia. MCUXpresso-alusta sisältää:

• MCUXpresso IDE – integroitu kehitysympäristö, joka tukee koodin muokkausta, kääntämistä, debuggausta ja flash-ohjelmointia
• MCUXpresso Config Tools – joukko graafisia työkaluja, joiden avulla kehittäjät voivat konfiguroida nastat, kellot, oheislaitteet ja tietoturvaominaisuudet
• MCUXpresso SDK – ohjelmistokehityspaketti, joka sisältää kokoelman ohjaimia, väliohjelmistoja, kirjastoja ja esimerkkejä.

NXP:n MCX A -sarjan kehitysalustat, mukaan lukien FRDM-MCXA153 (kuva 2), on suunniteltu nopeaan prototyyppien luontiin ja sovellusten kehittämiseen käytettäessä sekä A14x- että A15x-mikrokontrollereita.

Kuva 2: FRDM-MCXA153-kehitysalusta. (Kuvan lähde: NXP)

Nämä kortit ovat kompakteja, joten ne on helppo integroida suunnitteluprototyyppeihin. Teollisuusstandardien mukaiset piirilevyliittimet tarjoavat suoran I/O-yhteyden nopeaa arviointia ja nopeaa prototyyppien luontia varten. Laajennusvaihtoehdot, joihin kuuluvat Arduino®-piirilevyliitin, FRDM-piirilevyliitin, Pmod™ ja mikroBUS™, mahdollistavat lisätoimintojen ja -komponenttien helpon lisäämisen.

Muihin kehittäjäystävällisiin ominaisuuksiin kuuluvat integroidut avoimen standardin sarjaliitännät, ulkoinen flash-muisti ja sisäinen CMSIS-DAP-protokollaa käyttävä MCU-Link-debuggeri. Kehittäjät voivat työskennellä joko NXP:n MCUXpresso for Visual Studio Code- tai Eclipse-pohjaisella MCUXpresso IDE- tai IAR:n ja Keilin IDE-versioilla, jotka tarjoavat myös turvallisuussertifioinnin.

NXP tarjoaa myös Application Code Hub (ACH) -repositorion, joka sisältää korkeatasoisia ohjelmistoesimerkkejä, koodinpätkiä ja demoja. Nämä esimerkit sopivat yhteen ohjelmistokehityssarjan kanssa, ja niitä voi käyttää suoraan NXP:n IDE-ympäristöjen tai ACH-verkkokäyttöliittymän kautta.

Yhteenveto

NXP:n MCX A -sarjan mikrokontrollerit tarjoavat kehittäjille edullisen ja kompaktin ratkaisun tärkeimmillä ominaisuuksilla ja innovatiivisella virta-arkkitehtuurilla. Ne soveltuvat tämän ansiosta hyvin monenlaisiin sulautettuihin sovelluksiin, kuten älykkääseen mittaukseen, automaatioon ja ohjaukseen sekä vähävirtaisiin paristo/akkukäyttöisiin laitteisiin. NXP:n mikrokontrollerit, arviointialustat ja MCUXpresso-alusta voivat auttaa kehittäjiä hyödyntämään edistyneitä muokkaus-, kääntämis- ja debuggausominaisuuksia innovoinnissa, optimoinnissa ja markkinoilletuonnissa.