NXP tilbyr et Arm® Cortex®-M33-utviklingsøkosystem

Arm® Cortex®-M33-kjerneprosessorer er en familie kraftige, høyytelses mikrokontrollere (MCU-er) som tilbyr forbedret sikkerhet og digitale signalbehandlingsfunksjoner. De er egnet for et bredt utvalg av IoT-utrustninger og integrerte utrustninger, men det kan være utfordrende å konstruere produkter med disse mikrokontrollerne, spesielt for utviklere som ikke er kjent med Arm-arkitekturen. NXP Semiconductors, en ledende leverandør av Arm-baserte mikrokontrollere, har som mål å lette denne utfordringen med sin MCUXpresso-utviklingsplattform.

Arm RISC-prosessor (RISC – Reduced Instruction Set Computing) dominerer i markedssegmenter som smarttelefoner og forbrukerelektronikk, der lavt energiforbruk og høy ytelse er avgjørende.

Cortex-M33-prosessorene er konstruert for å være energieffektive og tilby energisparingsmoduser som reduserer aktivt strømforbruk og dvalestrømforbruk, og som kan drive et bredt utvalg av utrustninger, for eksempel industristyringer, smarthus, bærbare enheter og IoT. De gir utviklere en høy grad av fleksibilitet og skalerbarhet, men krever også nøye optimalisering for å oppnå den ideelle avveiningen mellom ytelse, strømforbruk og fysisk størrelse.

Cortex-M3-mikrokontrollere støtter Arm EABI (Embedded Application Binary Interface), som sikrer binær kompatibilitet med andre Cortex-M-prosessorer, slik at de kan kjøre eksisterende Cortex-M-kode uten endringer. Denne kompatibiliteten gir tilgang til eksisterende programvareverktøy, biblioteker og mellomvare.

MCX-sortimentet fra NXP

NXP er en av de fremste produsentene av Arm-baserte mikrokontrollere, inkludert generelle og bilindustrispesifikke produkter. De har posisjonert sitt MCX-sortiment som grunnlaget for energieffektive edge-enheter på tvers av industri- og IoT-markedene, med utvidet skalerbarhet og banebrytende produktfunksjoner.

MCX-mikrokontrollere består av to forskjellige produktlinjer:

• MCX N-seriens mikrokontrollere for industri og IoT, som har doble Cortex-M33-kjerner som er virksomme opptil 150 MHz, kommer med selskapets eIQ® NPU (Neutron Neural Processing Unit) for maskinlæringsakselerasjon (ML-akselerasjon). Disse mikrokontrollerne (MCU-ene) med høy ytelse og lavt energiforbruk kommer med intelligent periferiutstyr og akseleratorer, og de har kapasitet for multitasking (fleroppgavekjøring) og effektiv ytelse.
• MCX A Essential-serien, en produktlinje med énkjerners Cortex-M33-mikrokontrollere som er optimalisert for å gi avgjørende funksjonalitet for utrustninger der avanserte analoge funksjoner som datakonvertering med høy presisjon, kostnadsbegrensninger og rask tid til markedet, er svært viktige faktorer.

Denne artikkelen vil fokusere på MCX A-mikrokontrollere (figur 1) og tilknyttede utviklingsverktøy. MCX A-serien støtter et stort utvalg av utrustninger på tvers av ulike markeder, for eksempel industriell kommunikasjon, smartmåling, automatisering og styring, sensorer og lavt strømforbruk og batteridrevne enheter. Med en felles kjerne og periferiutstyr kan utviklere dra nytte av forenklet programvareutvikling, enklere overføring (migrering) og oppgraderinger.

Figur 1: Representasjon av NXPs mikrokontrollere i MCX A-serien. (Bildekilde: NXP)

Hver enhet i MCX A-serien inkluderer et utvalg av smarte periferienheter som kan kjøres uavhengig av CPU-en, slik at de kan kjøres med lavere frekvens og redusert strømforbruk. Disse eksterne enhetene gjør det mulig for konstruktører å bruke mindre kapslinger, enklere kortkonstruksjon og redusere kostnader forbundet med systemets materialliste (BOM).

Følgende periferiutstyr er inkludert:

• Seriell kommunikasjon med innebygde buffere, programmerbart datainnsamlingsområde og DMA
• A-D-omformer (ADC) for blandede signaler
• D-A-omformer (DAC)
• Operasjonsforsterker med integrert intelligens for gjennomsnittsberegning og spissdeteksjon
• FlexPWM (PWM – pulse width modulator – pulsbreddemodulator) med dødtidstyring og pulsgiver for motorutrustninger

MCX A-mikrokontrollere har også en strømstyringsenhet (PMU – power management unit) som muliggjør dynamisk spennings- og frekvensskalering (DVFS – dynamic voltage and frequency scaling) og adaptiv strømstyring (APC – adaptive power control) for å optimalisere strømforbruket i henhold til arbeidsbelastning og driftsforhold. Enheter inkluderer 64 kB eller 128 kB flashminne og 16 kB eller 32 kB SRAM – alle RAM-data kan holdes aktive ned til dyp hviletilstand.

En 4 KB LPCAC-styring (LPCAC – Low-Power Cache Controller) koblet til Cortex-M33-kodebussen sikrer at data og instruksjoner kan være tilgjengelige med lav latenstid. Bussens tilgjengelighet for annet periferiutstyr forbedres ettersom prosessorytelsen kan separeres fra systemminneytelsen. Denne funksjonen kan hjelpe utviklere med å oppnå den beste I/O- og behandlingsytelsen for sensor- og styringsutrustninger.

MCX A-enheter er virksomme ved 48 MHz for A14x-serien og 96 MHz for A15x-serien. MCX A bruker et ubegrenset LDO-delsystem, som kan fungere fra 1,7 V til 3,6 V. Enhetene har lavt strømforbruk i ulike moduser:

• 59 µA/MHz (3 V, ved +25 °C) i aktiv modus , der Coremark kjøres fra internt flashminne
• 6,5 µA dyp dvalemodus, 10 µs oppvåkning med full SRAM-lagring, 3 V ved +25 °C
• Mindre enn 400 nA i dyp strømutkobling, med 2,78 ms vekking

MCX A-enheter inkluderer en fullhastighets USB-enhetsstyring med integrert PHY, noe som muliggjør tilkobling til datamaskiner og andre enheter. USB-delsystemet har programmering i systemet (ISP – in-system programming) via oppstarts-ROM-en (boot ROM), og produktene kan oppdateres via USB-grensesnittet.

Avhengig av modellen, kan utviklere dra nytte av 26 til 52 GPIO-pinner for generell bruk (GPIO – general purpose input/output). Serielle kommunikasjonsgrensesnitt omfatter en I²C, to SPI og tre UART-er. Tre 32-bits timere som kan generere komplementære PWM-par med dødbåndinnsetting er tilgjengelige, i tillegg til en timer med lavt strømforbruk. Forsyningsspenningen kan variere fra 1,71 til 3,6 V, og driftstemperaturen er fra –40 °C til +125 °C.

MCXA143VLH i A14x-serien, for eksempel, har 52 GPIO-pinner og er virksom ved opptil 48 MHz, med 128 kB flashminne og 32 kB SRAM, i en LQFP64-kapsling. MCXA152VFT i 15x-serien har også 52 GPIO-pinner og er virksom ved opptil 96 MHz, med 64 kB flashminne og 16 kB SRAM, i en QFN48-kapsling.

Dra nytte av MCUXpresso

Disse mikrokontrollerne tilbyr god balanse mellom kostnader, ytelse og virkningsgrad. Med støtte for flere GPIO-pinner kan konstruktører dra nytte av mindre kapslinger og enklere kortkonstruksjon.

Serien drar nytte av MCUXpresso Developer Experience for å gjøre utviklingsprosessen mer strømlinjeformet med programvare, verktøy og sikker klargjøring, for å akselerere konstruksjonssykluser og hjelpe utviklere med å opprette, feilsøke og optimalisere konstruksjoner. MCUXpresso-plattformen omfatter:

• MCUXpresso IDE – et integrert utviklingsmiljø som støtter koderedigering, kompilering, feilsøking og flash-programmering
• MCUXpresso-konfigurasjonsverktøy – et sett med grafiske verktøy som hjelper utviklere med å konfigurere pinner, klokker, periferiutstyr og sikkerhetsfunksjoner
• MCUXpresso SDK – et programvareutviklingssett som gir en samling av drivere, mellomvare, biblioteker og eksempler

NXP-utviklingskort for MCX A-serien, inkludert FRDM-MCXA153 (figur 2), er utformet for rask prototyping og utvikling av utrustninger som bruker både A14x- og A15x-mikrokontrollerne.

Figur 2: FRDM-MCXA153-utviklingskortet. (Bildekilde: NXP)

Disse kortene er kompakte, noe som muliggjør enkel integrering i designprototyper. Pinnelister konstruert i henhold til bransjestandarden gir enkel I/O-tilgang for rask evaluering og rask prototyping. Med utvidelsesalternativer som Arduino® Header, FRDM Header, Pmod™ og mikroBUS™ kan utviklere enkelt legge til flere funksjoner og komponenter.

Andre utviklervennlige funksjoner omfatter integrerte serielle grensesnitt med åpen standard, eksternt flashminne og en integrert MCU-Link-feilsøker med CMSIS-DAP-protokoll. Utviklere kan velge å jobbe med enten MCUXpresso for Visual Studio Code eller den Eclipse-baserte MCUXpresso IDE-en fra NXP, eller med IDE-er fra IAR og Keil som også tilbyr sikkerhetssertifisering.

NXP tilbyr også et ACH-lager (ACH – Application Code Hub) med avanserte eksempler på programvare, kodesnutter og demoer. Disse eksemplene kombineres med SDK-en, og kan nås direkte fra NXPs IDE-er eller via ACH-nettgrensesnittet.

Konklusjon

NXPs mikrokontrollere i MCX A-serien tilbyr en prisgunstig løsning i lite format for utviklere, med essensielle funksjoner og nyskapende strømarkitektur som gjør dem godt egnet for et bredt spekter av integrerte utrustninger, for eksempel smartmåling, automatisering og styring samt for enheter med lavt strømforbruk eller som er drevet av batteri. NXPs mikrokontrollere, evalueringskort og MCUXpresso-plattform kan hjelpe utviklere med å dra nytte av avanserte redigerings-, kompilerings- og feilsøkingsfunksjoner, slik at de kan innovere, optimalisere og få produktene sine ut på markedet.