Renesasin RA0E1-mikrokontrolleri helpottaa hinnan ja suorituskyvyn välisen suunnitteluhaasteen ratkaisemista

”Vihreän valon” saanti ja elektroniikkasovellusten menestys voi olla kiinni pennin suuruisista summista. Sen vuoksi sopivaa mikrokontrolleriyksikköä (MCU) valitsevat insinöörit joutuvat usein piinaavaan haasteeseen suorituskyvyn ja hinnan välisen tasapainon löytämiseksi. Renesas Electronics Corporation pyrkii helpottamaan tätä valintaa erittäin vähävirtaisella Arm®-pohjaisella mikrokontrollerilla, joka on tarkoitettu kustannusherkkiin sulautettuihin sovelluksiin.

Insinööreihin kohdistuvia paineita kehittää energiatehokkaita ja edullisia sovelluksia on vaikea yliarvioida. Kilpailukysymykset, kuluttajien ja yritysasiakkaiden odotukset sekä nopea innovaatiovauhti lisäävät todennäköisyyttä, että pienikin virhearviointi lopputuotteen kustannuksissa tai mikrokontrollerin suorituskyvyssä voi heikentää menestystä.

Mikrokontrolleri on vain yksi komponentti, mutta sillä on ratkaiseva merkitys järjestelmien kokonaiskustannuksia laskettaessa. Vain 50 sentin hintaero yksikköä kohti voi johtaa 50 000 dollarin lisäkustannuksiin 100 000 lopputuotteen kokoisessa suunnitellussa tuotantosarjassa.

Tämä voi olla vain jäävuoren huippu: mikrokontrollerin todellisten yksikkökohtaisten kustannusten lisäksi kehittäjien on otettava huomioon useita mahdollisia piilokustannustekijöitä, jotka voivat vaikuttaa projektin budjettiin, kuten seuraavia:

• ohjelmistotyökalujen ja kehitysympäristöjen lisenssimaksut
• koulutusaika
• testaus ja vianmääritys
• oheiskomponenttien tarve
• laiteohjelmiston luonti
• tehonhallinta
• vaatimustenmukaisuus ja sertifiointi.

Jopa paljon pienemmissä tuotantosarjoissa, joissa mikrokontrollerien välinen hintaero ei välttämättä muodosta suurta tekijää, lisäkustannukset ovat usein suhteellisesti kalliimpia, koska ne kohdistuvat pienempään määrään tuotantoyksiköitä. Tämä voi estää projektin hyväksymisen.

Virrankulutus ja lämmönhallinta voivat vaikeuttaa sopivan mikrokontrollerin valintaa.

Mitä enemmän virtaa mikrokontrolleri kuluttaa, sitä todennäköisemmin suunnittelija tarvitsee lisäkomponentteja ja mahdollisesti kalliimpia paristoja kannettaviin ja mobiilisovelluksiin. Vastaavasti mitä korkeampi virrankulutus on, sitä enemmän lämpöä syntyy, mikä saattaa vaatia lisää jäähdytystekniikoita.

Kukaan ei halua maksaa liikaa komponenteista, jotka tarjoavat enemmän suorituskykyä kuin on tarpeen. Kukaan ei myöskään halua luoda sovellusta, jonka suorituskyky ei riitä käyttöön. Siksi kustannusten ja suorituskyvyn välisen optimaalisen tasapainon löytäminen voi olla ratkaisevaa sovelluksen menestyksen kannalta.

Optimaalisen tasapainon saavuttaminen

Mikrokontrollerin valinnan täytyy luonnollisesti vastata suunnitellun sovelluksen erityisominaisuuksia ja toiminnallisia vaatimuksia. Sen täytyy kuitenkin myös sopia haluttuun budjettiin, varsinkin jos kyseessä on hintakriittinen sovellus. Tämä vaatii optimaalisen yhdistelmän löytämistä suorituskyvyn, virrankulutuksen ja integroitujen oheislaitteiden väliltä.

Jotkin sovellukset ovat hintakriittisempiä kuin toiset. Esimerkiksi kodin IoT-laitteisiin kohdistuu usein kova hintakilpailupaine, joka heijastaa kuluttajien odotuksia edullisemmista laitteista. Teollisuusautomaatiosovellukset vaativat yleensä kestävämpiä ja luotettavampia laitteita usein valvomattomaan käyttöön, mutta ne kilpailevat silti todennäköisesti myös hinnan ja muiden ominaisuuksien suhteen.

Sopivan tasapainon löytäminen hinnan ja suorituskyvyn välillä alkaa sopivan mikrokontrollerin valinnasta, joka täyttää suorituskykyvaatimukset, on energiatehokas ja tarjoaa joustavuutta sovellussuunnittelijoille.

Suorituskykyisemmät sovellukset tarjoavat tyypillisesti enemmän prosessointitehoa, korkeammat kellotaajuudet ja kyvyn suorittaa kompleksisempia tehtäviä. Näihin kalliimpiin mikrokontrollereihin kuuluu tyypillisesti useita integroituja oheislaitteita, mikä vähentää lisäkomponenttien tarvetta. Toisaalta ohjelmistokehitys ja debuggaus kasvattavat usein niihin liittyviä kustannuksia.

Kustannusherkkiin sovelluksiin suunniteltujen mikrokontrollereiden huonoihin puoliin kuuluvat usein pienempi määrä integroituja oheislaitteita, rajallinen muisti ja rajoittuneempi joustavuus suunnittelussa. Niiden etuihin kuuluvat kuitenkin alhaisempi virrankulutus ja akun pidempi kesto.

Renesas tarjoaa ominaisuuksiltaan monipuolisia mikrokontrollereita hintakriittisiin sovelluksiin

Renesas pyrkii yksinkertaistamaan valintaprosessia edullisia sovelluksia varten tarjoamalla RA0E1-tuoteryhmän. Se on ominaisuuksiltaan monipuolinen mikrokontrolleri erittäin alhaisella virrankulutuksella ja optimoiduilla oheislaitteilla, ja se tarjoaa kehittäjille tavan tehostaa suunnittelua pienemmällä osaluettelolla.

RA0E1-mikrokontrollerit on rakennettu energiatehokkaalla Arm Cortex-M23 -ytimellä ja vaikuttavalla joukolla integroituja ajastimia, sarjaliikennelaitteita, analogisia toimintoja sekä tietoturva- ja turvallisuustoimintoja ja ne on suunnattu suoraan kustannusherkkien sovellusten markkinoille.

Arm Cortex-M23 -ydin on suunniteltu 32-bittiseksi lähtötason prosessoriksi energiatehokkaaseen käyttöön. Tämän MPU-ytimen yksinkertainen arkkitehtuuri on helppo oppia ja ohjelmoida. Se sisältää Armin TrustZone-turvatekniikan, sovellusten diagnosointiin ja optimointiin tarkoitetut debuggaus- ja jäljitystoiminnot sekä tuen energiatehokkaille virransäästötiloille.

RA0E1-mikrokontrollerin virrankulutus on 84,3 μA/MHz aktiivitilassa ja 0,82 mA lepotilassa, joten se soveltuu erinomaisesti paristokäyttöisiin ja energiakriittisiin sovelluksiin. Sen ominaisuudet tekevät siitä monipuolisen ja tehokkaan erilaisiin sovelluksiin, kuten kulutuselektroniikkaan, teollisuusautomaatioon, suojattuihin IoT-laitteisiin, rakennusautomaatioon ja pienkoneisiin.

Syöttöjännitealue on 1,6–5,5 V, joten suunnittelijat voivat käyttää RA0E1-mikrokontrolleria 5 V:n järjestelmissä ilman tasosiirrintä tai jänniteregulaattoria. RA0E1 sisältää myös erittäin tarkan sirulla sijaitsevan oskillaattorin, joten suunnittelijoiden ei tarvitse lisätä erillistä oskillaattoria. Oskillaattori parantaa baudinopeuden tarkkuutta ja säilyttää ±1,0 %:n tarkkuuden ympäristölämpötila-alueella −40 °C ... +105 °C.

Mikrokontrollerit, jotka yhdistävät useita toimintoja yhteen siruun, voivat vähentää huomattavasti lisäkomponenttien tarvetta. Tämä integrointi yksinkertaistaa ratkaisua, pienentää piirilevyn kokoa ja laskee viime kädessä järjestelmän kokonaiskustannuksia. RA0E1 sisältää lukuisia komponentteja ulkoisten oheislaitteiden tarpeen minimoimiseksi, muun muassa:

• jopa 64 KB integroitua flash-koodimuistia ja 12 KB huippunopeaa SRAM-muistia pariteettibitillä
• analogiset oheislaitteet, mukaan lukien 12-bittinen ADC, lämpötila-anturi ja sisäinen referenssijännite
• oheislaitteet tiedonsiirtoon, mukaan lukien 3 UART-liitäntää, 1 asynkroninen UART-liitäntä, 3 yksinkertaistettua SPI (Serial Peripheral Interface) -liitäntää, 1 IIC (Inter-Integrated Circuit) ja 3 yksinkertaistettua IIC-piiriä
• turvallisuusominaisuudet, mukaan lukien SRAM-muistin pariteettitarkistus, muistin virheellisen käytön tunnistus, taajuuden tunnistus, A/D-testi, muuttumaton tallennus, CRC-laskuri ja rekisterien kirjoitussuojaus
• tietoturvaominaisuudet, kuten yksilöivä tunnus, TRNG (True Random Number Generator) -satunnaislukugeneraattori ja flash-lukusuojaus.

Kehitysympäristö ja yhteensopivuus ylöspäin

Renesas tarjoaa kehittäjille yhteisen suunnitteluympäristön Flexible Software Package, johon kuuluvat tuotantovalmiit ohjaimet, Azure RTOS, FreeRTOS ja muut väliohjelmistopinot. Se tarjoaa kehittäjille myös tavan siirtää omat sovelluksensa tehokkaampiin RA-mikrokontrollereihin.

Arm-ytimillä on korkea yhteensopivuusaste. Cortex-M23 käyttää Armv8-M-käskyjoukkoa, joka on yhteensopiva muiden Cortex-M-ydinarkkitehtuurien käyttämien käskyjoukkojen kanssa.

Renesasin RA01E-mikrokontrollerit ovat nasta- ja oheislaiteyhteensopivia Renesasin RA2E1-mikrokontrollerisarjan kanssa, joka perustuu 48 MHz:n Arm Cortex-M23 -ytimeen, joka puolestaan sisältää jopa 128 KB flash-koodimuistia ja 16 KB SRAM-muistia. Näin RA0E1-malliin perustuvat ratkaisut voidaan päivittää suorituskykyisempiin mikrokontrollereihin.

Renesas tarjoaa myös FPB-RA0E1 Fast Prototyping Board -piirilevyä (kuva 1) RA0E1-mikrokontrolleripohjaisten sovellusten arviointiin, prototyyppien luontiin ja sovellusten kehittämiseen.

Kuva 1: FPB-RA0E1-kortti prototyyppien luontiin RA0E1-mikrokontrollerisovelluksia varten. (Kuvan lähde: Renesas)

Arviointialusta sisältää Arduino UNO R3 -liitännän ja kaksi Pmod-liitintä. Lisäksi kehittäjät voivat hyödyntää sisäänrakennettua SEGGER J-Link™ -emulaattoripiiriä, joka mahdollistaa ohjelmien kirjoittamisen ja debuggauksen ilman lisätyökaluja.

Yhteenveto

Renesas RA01E -mikrokontrolleri tarjoaa vaikuttavan joukon ominaisuuksia ja integroituja oheislaitteita erittäin vähävirtaisten ja kustannusherkkien sovellusten kehittämiseen ilman hinnan ja suorituskyvyn välisiä kompromisseja. Se tarjoaa myös useita yhteysvaihtoehtoja sekä rikkaan ekosysteemin ja kattavan kehitysympäristön, joka voi auttaa luomaan sovelluksia alhaisemmilla materiaalikustannuksilla ja tarjoaa väylän sovellusten myöhempään siirtämiseen tehokkaampiin laitteisiin.