NXP tilbyder et Arm® Cortex®-M33 udviklingsøkosystem

Arm® Cortex®-M33-kerneprocessorer er en familie af strømbesparende, højtydende mikrocontrollere (MCU'er), der tilbyder forbedret sikkerhed og digitale signalbehandlingsfunktioner. De er velegnede til en lang række IoT- og indlejrede anvendelser, men det kan være en udfordring at designe produkter med disse MCU'er, især for udviklere, der ikke er fortrolige med Arm-arkitekturen. NXP Semiconductors, en førende leverandør af Arm-baserede mikrocontrollere, har til formål at lette den udfordring med sin MCUXpresso-udviklingsplatform.

Arms RISC-processor (reduced instruction set computing - computer med reduceret instruktionssæt) dominerer i markedssegmenter som smartphones og forbrugerelektronik, hvor lav effekt og høj ydeevne er afgørende.

Cortex-M33-processorerne er designet til at være energieffektive og tilbyder strømbesparende tilstande, der reducerer strømforbruget i både aktiv- og dvaletilstand, og kan drive en lang række anvendelser som f.eks. industriel styring, smart-hjem, kropsbårne enheder og IoT. De giver udviklere en høj grad af fleksibilitet og skalerbarhed, men kræver også omhyggelig optimering for at opnå den ideelle afvejning mellem ydeevne, strømforbrug og fodaftryk.

Cortex-M33 MCU'er understøtter Arm binær grænseflade til indlejret anvendelse (Arm Embedded Application Binary Interface/EABI), som sikrer binær kompatibilitet med andre Cortex-M-processorer, så de kan køre eksisterende Cortex-M-kode uden ændringer. Denne kompatibilitet giver adgang til eksisterende softwareværktøjer, biblioteker og middleware.

NXP's MCX-portefølje

NXP er en af de største producenter af Arm-baserede MCU'er, herunder produkter til generelle formål og specifikke produkter til bilindustrien. De har positioneret deres MCX-portefølje som grundlaget for energieffektive edge-enheder på tværs af industri- og IoT-markederne med udvidet skalerbarhed og banebrydende produktfunktioner.

MCX MCU'er består af to forskellige produktlinjer:

• MCX N-serien af MCU'er til industri og IoT med dobbelte Cortex-M33-kerner, der arbejder op til 150 MHz, og med virksomhedens eIQ® Neutron neural processorenhed (Neural Processing Unit/NPU) til acceleration af maskinlæring (ML). Disse højtydende MCU'er med lavt strømforbrug indeholder intelligent perifere enheder og acceleratorer, der giver multitasking-funktioner og effektiv ydeevne.
• MCX A Essential Series, en produktlinje af Cortex-M33 MCU'er med enkelt kerne, der er optimeret til at levere kritisk funktionalitet til anvendelser, hvor avancerede analoge funktioner, såsom højpræcisionsdatakonvertere, omkostningsbegrænsninger og hurtigt tid-til-marked er vigtige overvejelser.

Denne artikel vil fokusere på MCX A-MCU'erne (figur 1) og deres udviklingsværktøjer. MCX A-serien understøtter en lang række anvendelser på tværs af forskellige markeder, herunder industriel kommunikation, smart-måling, automatisering og styring, sensorer og batteridrevne enheder med lavt strømforbrug. Med en fælles kerne og perifere enheder kan udviklere drage fordel af forenklet softwareudvikling, lettere migration og opgraderinger.

Figur 1: repræsentation af NXP's MCX A Series-mikrocontroller. (Billedkilde: NXP)

Hver enhed i MCX A-serien inkluderer et udvalg af smart perifere enheder, der kan køre uafhængigt af CPU'en, så den kan køre ved en lavere frekvens og med reduceret strømforbrug. Disse perifere enheder gør det muligt for designere at bruge en mindre indpakning, enklere kortdesign og lavere omkostninger til systemets materialeliste (bill of materials/BOM).

Inkluderede perifere enheder er:

• Seriel kommunikation med indbyggede buffere, programmerbart dataindsamlingsområde og DMA
• Blandet signal analog-til-digital-konverter (ADC)
• Digital-til-analog-konverter (DAC)
• Operationel forstærker med indbygget intelligens til gennemsnitsberegning og spidsdetektering
• FlexPWM (pulsbreddemodulator/pulse width modulator) med dødtidskontrol og indkoder til motoranvendelser

MCX A MCU'erne har også en strømstyringsenhed (PMU), der muliggør dynamisk spændings- og frekvensskalering (DVFS) og adaptiv strømstyring (APC) for at optimere strømforbruget i forhold til arbejdsbelastng og driftsforhold. Enhederne inkluderer 64 KB eller 128 KB flashhukommelse og 16 KB eller 32 KB SRAM - alle RAM-data kan bevares helt ned til dybt strømbesparelsestilstand.

En 4 KB cache-controller med lavt strømforbrug (Low-Power Cache Controller/LPCAC), der er knyttet til Cortex-M33-kodebussen, sikrer, at data og instruktioner er tilgængelige med lav latenstid. Bustilgængeligheden for andre perifere enheder forbedres, da processorens ydeevne kan afkobles fra systemhukommelsens ydeevne. Denne funktion kan hjælpe udviklere med at opnå den bedste I/O- og behandlingsydelse til sensor- og styringsanvendelser.

MCX A-enheder arbejder ved 48 MHz for A14x-serien og 96 MHz for A15x-serien. MCX A bruger et kapløst LDO-strømforsyningssubsystem, som kan fungere fra 1,7 V til 3,6 V. Enhederne har lavt strømforbrug i forskellige tilstande:

• 59 µA/MHz (3 V, ved +25 °C) i aktiv tilstand, der kører Coremark fra intern flash
• 6,5 µA Deep Sleep, 10 µs wake-up med fuld SRAM-retention, 3 V ved +25 °C
• Mindre end 400 nA i dybt strømbesparelsestilstand med 2,78 ms opvågning

MCX A-enheder inkluderer en USB-enhedscontroller med fuld hastighed og indbygget PHY, som giver mulighed for tilslutning til pc'er og andre enheder. USB-subsystemet har i-system-programmering (ISP) via boot-ROM'en, og produkter kan opdateres på stedet ved hjælp af USB-grænsefladen.

Afhængigt af modellen kan udviklere drage fordel af 26 til 52 indgangs-/udgangsben til generelle formål (general purpose input/output/GPIO). Serielle kommunikationsgrænseflader inkluderer én I²C, to SPI og tre UART'er. Der inkludereres tre 32-bit timere, som kan generere komplementære PWM-par med indsættelse af dødbånd, samt en strømbesparende timer. Forsyningsspændingen kan variere fra 1,71 til 3,6 V, og driftstemperaturen er fra -40 °C til +125 °C.

A14x-serien MCXA143VLH har f.eks. 52 GPIO-ben og fungerer op til 48 MHz med 128 KB flashhukommelse og 32 KB SRAM i en LQFP64-pakke. 15x-serien MCXA152VFT har ligeledes 52 GPIO-ben og fungerer op til 96 MHz med 64 KB flashhukommelse og 16 KB SRAM i en LQFP48-pakke.

Udnyttelse af MCUXpresso

Disse MCU'er giver balance mellem pris, ydeevne og strømeffektivitet. Med understøttelse af flere GPIO-ben kan designere udnytte mindre pakker og enklere kortdesign.

Serien udnytter MCUXpresso ’Developer Experience’ (Udviklerens oplevelse) til at smidiggøre udviklingsprocessen med software, værktøjer og sikker provisionering for at fremskynde designcyklusser og hjælpe udviklere med at skabe, fejlfinde og optimere anvendelser. MCUXpresso-platformen inkluderer:

• MCUXpresso IDE- et integreret udviklingsmiljø, der understøtter redigering af kode, kompilering, fejlsøgning og flash-programmering.
• MCUXpresso Config Tools—et sæt grafiske værktøjer, der hjælper udviklere med at konfigurere ben, clocks, perifere enheder og sikkerhedsfunktioner.
• MCUXpresso SDK- et softwareudviklingskit, der indeholder en samling af drivere, middleware, biblioteker og eksempler

NXP's udviklingsprintkort til MCX A-serien, herunder FRDM-MCXA153 (figur 2), er designet til hurtig prototyping og udvikling af anvendelser, der bruger både A14x- og A15x-mikrocontrollerne.

Figur 2: FRDM-MCXA153-udviklingsprintkortet. (Billedkilde: NXP)

Disse kort er kompakte, så de nemt kan integreres i designprototyper. Industrielle standardheaders giver direkte I/O-adgang til hurtig evaluering og hurtig prototyping. Udvidelsesmuligheder som Arduino® Header, FRDM Header, Pmod™ og mikroBUS™ giver udviklere mulighed for nemt at tilføje yderligere funktioner og komponenter.

Andre udviklervenlige funktioner inkluderer integrerede serielle grænseflader med åben standard, ekstern flash-hukommelse og et indbygget MCU-link debugger med CMSIS-DAP-protokol. Udviklere kan vælge at arbejde med enten MCUXpresso for Visual Studio Code eller Eclipse-baserede MCUXpresso IDE fra NXP, eller med IDE'er fra IAR og Keil, som også tilbyder sikkerhedscertificering.

NXP stiller også en applikationskode-hub (Application Code Hub/ACH) repository til rådighed med softwareeksempler på højt niveau, kodestykker og demoer. Disse eksempler er parret med SDK'en og kan tilgås direkte fra NXP's IDE'er eller via ACH's webgrænseflade.

Konklusion

NXP's mikrocontrollere i MCX A-serien giver udviklere en billig løsning med et lille fodaftryk med vigtige funktioner og en innovativ strømarkitektur, der gør dem velegnede til en lang række indlejrede anvendelser som f.eks. smart-måling, automatisering og styring samt enheder med lavt strømforbrug/batteridrift. NXP's mikrocontrollere, evalueringsprintkort og MCUXpresso-platformen kan hjælpe udviklere med at drage fordel af avancerede redigerings-, kompilerings- og fejlfindingsfunktioner til at innovere, optimere og komme på markedet.