Renesas RA0E1 MCU letter designudfordringen mellem pris og ydelse

"Grønt lys"-godkendelse og succes med elektroniske ansøgninger være et spørgsmål om meget små beløb. Derfor står ingeniører, der vælger den rigtige mikrocontrollerenhed (MCU), ofte over for den ulidelige udfordring at skulle afbalancere ydeevne og pris. Renesas Electronics Corporation vil gøre det valg lettere med en ultralaveffektArm®-baseret MCU, der er beregnet til omkostningsfølsomme indlejrede applikationer.

Det er svært at overvurdere presset på ingeniørerne for at udvikle energieffektive applikationer med lave omkostninger. Konkurrencespørgsmål, forbrugernes og erhvervskundernes forventninger og det hurtige innovationstempo øger sandsynligheden for, at selv en lille fejlberegning af omkostningerne ved det færdige produkt eller MCU'ens ydeevne kan underminere succesen.

En MCU er kun én komponent, men den er meget vigtig, når man skal vurdere de samlede systemomkostninger. Tænk på, at en prisforskel på 3 kr. pr. enhed kan løbe op i yderligere 300.000 kr. for en planlagt produktion på 100.000 slutprodukter.

Det er måske bare toppen af isbjerget: Ud over de faktiske omkostninger pr. enhed for MCU'en skal udviklere tage højde for en række potentielle skjulte omkostningsfaktorer, der kan påvirke projektbudgetterne, f.eks:

• Licensafgifter for softwareværktøjer og udviklingsmiljøer
• Tid til træning
• Test og fejlfinding
• Behov for perifere komponenter
• Oprettelse af firmware
• Strømstyring
• Overholdelse og certificering

Selv for meget mindre produktionskørsler, hvor MCU-prisforskellen måske ikke udgør et stort beløb, vil de relaterede ekstraomkostninger ofte være relativt dyrere på grund af afskrivning over et mindre antal produktionsenheder. Det kan gøre det umuligt at få projektet godkendt.

Strømforbrug og varmestyring kan komplicere valget af den rigtige MCU.

Jo mere strøm MCU'en bruger, jo mere sandsynligt er det, at designeren skal have plads til ekstra komponenter og muligvis dyrere batterier til mobile og bærbare applikationer. Jo større strømforbruget er, desto mere varme vil der blive genereret, hvilket måske kræver ekstra køleteknikker.

Ingen ønsker at betale for meget for komponenter, der leverer mere ydelse end nødvendigt. Men de ønsker heller ikke at skabe en applikation, der underpræsterer, når den implementeres. Derfor kan den optimale balance mellem omkostninger og ydeevne være afgørende for en applikations succes.

Opnå den optimale balance

Valget af MCU skal naturligvis opfylde de specifikke krav til egenskaber og funktionalitet i den planlagte applikation. Men det skal også passe ind i det ønskede budget, især når det drejer sig om en prisfølsom applikation. Det kræver, at man finder den optimale blanding af ydeevne, strømforbrug og integreret periferiudstyr.

Nogle applikationer er mere prisfølsomme end andre. IoT-enheder til hjemmet står f.eks. ofte over for et stort konkurrencemæssigt prispres, hvilket afspejler forbrugernes forventninger til billigere enheder. Industrielle automatiseringsapplikationer kræver generelt mere robuste og meget pålidelige enheder til ofte uovervåget brug, men konkurrerer sandsynligvis stadig på pris og andre overvejelser.

At finde den rette balance mellem pris og ydeevne begynder med at vælge den rette MCU, der opfylder kravene til ydeevne, er strømeffektiv og giver fleksibilitet til applikationsdesignere.

Typisk leverer applikationer med højere ydeevne mere processorkraft, højere clockhastigheder og mulighed for at udføre mere komplekse opgaver. Disse dyrere MCU'er har typisk flere integrerede perifere enheder, hvilket reducerer behovet for ekstra komponenter, selv om det ofte medfører højere udgifter til softwareudvikling og fejlfinding.

MCU'er, der er designet til omkostningsfølsomme applikationer, kommer ofte med byrden af færre integrerede perifere enheder, begrænset hukommelse og reduceret designfleksibilitet. De har dog den fordel, at de reducerer strømforbruget og forlænger batteriets levetid.

Renesas tilbyder funktionsrige MCU'er til prisfølsomme applikationer

Med det formål at forenkle udvælgelsesprocessen for lavprisapplikationer tilbyder Renesas RA0E1-gruppe en funktionsrig MCU med ekstremt lavt strømforbrug og optimeret periferiudstyr, som giver udviklere mulighed for at forbedre deres design med en reduceret materialeliste.

RA0E1 MCU'erne er bygget med en energieffektiv Arm Cortex-M23-kerne og et imponerende sæt integrerede timere, seriel kommunikation, analoge funktioner samt sikkerheds- og tryghedsfunktioner og er rettet direkte mod markedet for omkostningsfølsomme applikationer.

Arm Cortex-M23 blev designet som en 32-bit entry-level processor til energieffektiv drift. Med en enkel arkitektur, der er nem at lære og programmere, indeholder denne MPU-kerne Arms TrustZone-sikkerhedsteknologi, fejlfindings- og sporingsfunktioner til at diagnosticere og optimere applikationer og understøttelse af energieffektive laveffekt-tilstande.

RA0E1 bruger 84,3 μA/MHz strøm i aktiv tilstand og 0,82 mA i dvaletilstand, hvilket gør den yderst velegnet til batteridrevne og energifølsomme applikationer. Dens funktionssæt giver alsidighed og effektivitet til forskellige anvendelser, herunder forbrugerelektronik, industriel automatisering, sikre IoT-enheder, bygningsautomatisering og små apparater.

Med en forsyningsspænding fra 1,6 V til 5,5 V kan designere bruge RA0E1 uden at skulle bruge en niveauskifter eller spændingsregulator i 5 V-systemer. RA0E1 har også en on-chip-oscillator med høj præcision, så designere kan undgå at skulle tilføje en selvstændig oscillator til deres design. Dens oscillator forbedrer baud-hastighedens nøjagtighed og opretholder en præcision på ±1,0 % i miljøer fra -40 °C til +105 °C.

MCU'er, der kombinerer flere funktioner i en enkelt chip, kan drastisk reducere behovet for ekstra komponenter. Denne integration forenkler designet, reducerer PCB-fodaftrykket og sænker i sidste ende de samlede systemomkostninger. For at hjælpe med at minimere eksterne perifere enheder integrerer RA0E1 adskillige komponenter, bl.a:

• Op til 64 KB integreret kode flash-hukommelse og 12 KB højhastigheds-SRAM med en paritetsbit
• Analoge perifere enheder, herunder en 12-bit ADC, en temperatursensor og en intern referencespænding
• Kommunikationsperiferiudstyr, herunder 3 UART-grænseflader, 1 asynkron UART-grænseflade, 3 forenklede serielle perifere grænseflader (SPI'er), 1 interintegreret kredsløb (IIC) og 3 forenklede IIC'er
• Sikkerhedsfunktioner, herunder SRAM-paritetskontrol, registrering af ugyldig hukommelsesadgang, frekvensregistrering, A/D-test, uforanderlig lagring, en CRC-beregner og beskyttelse mod registerskrivning.
• Sikkerhedsfunktioner, herunder et unikt ID, en sand tilfældig talgenerator (TRNG) og flash-læsebeskyttelse

Udviklingsmiljøet og opadgående kompatibilitet

Renesas tilbyder udviklere et fælles designmiljø, den fleksible softwarepakke, som omfatter produktionsklare drivere, Azure RTOS, FreeRTOS og andre middleware-stakke. Det giver også udviklere mulighed for at migrere deres applikationer til mere kraftfulde RA MCU'er.

Arm-kerner har en høj grad af kompatibilitet. Cortex-M23 bruger Armv8-M-instruktionssættet, som er kompatibelt med instruktionssæt, der bruges af andre Cortex-M-kernearkitekturer.

Renesas RA01E MCU'er er ben- og periferikompatibel med Renesas RA2E1-serie af MCU'er, som er bygget op omkring en 48 MHz Arm Cortex-M23-kerne, der indeholder op til 128 KB kodeflash og 16 KB SRAM. Den giver mulighed for at opgradere design, der er bygget på RA0E1, til MCU'er med højere ydeevne.

Renesas tilbyder også FPB-RA0E1 Fast prototypekort (figur 1) til evaluering, prototyping og udvikling af RA0E1 MCU-baserede applikationer.

Figur 1: FPB-RA0E1-kortet til prototyping af RA0E1-mikrocontroller-applikationer. (Billedkilde: Renesas)

Evalueringskortet indeholder en Arduino UNO R3-grænseflade og to Pmod-stik. Derudover kan udviklere drage fordel af et indbygget SEGGER J-Link™-emulatorkredsløb, der gør det muligt at skrive og fejlfinde programmer uden brug af ekstra værktøjer.

Konklusion

Renesas RA01E MCU har et imponerende sæt funktioner og integreret periferiudstyr til udvikling af ultralavt strømforbrugende, omkostningsfølsomme applikationer uden at gå på kompromis med pris i forhold til ydeevne. Den kommer med flere tilslutningsmuligheder og et rigt økosystem med et omfattende udviklingsmiljø, der kan hjælpe med at skabe applikationer med reducerede omkostninger og give mulighed for senere at migrere applikationer til mere kraftfulde enheder.