Renesas RA0E1-mikrokontrolleren forenkler konstruksjonsutfordringen forbundet med balansering av pris og ytelse

«Grønt lys»-godkjenning og suksessen til elektroniske utrustninger kan kokes ned til et spørsmål om småpenger. Det er derfor teknikere som velger riktig mikrokontroller (MCU – microcontroller unit) ofte står overfor den ulidelige utfordringen med å balansere ytelse og pris. Renesas Electronics Corporation tar sikte på å gjøre dette valget enklere med en Arm®-basert mikrokontroller med ultralavt strømforbruk som er rettet mot kostnadsfølsomme integrerte utrustninger.

Det er vanskelig å overvurdere presset på teknikere om å utvikle energieffektive, prisgunstige utrustninger. Konkurranseutfordringer, forventningene til forbrukere og bedriftskunder og det raske tempoet til innovasjon øker sjansene for at selv en liten feilberegning av kostnadene forbundet med det ferdige produktet eller ytelsen til mikrokontrolleren kan undergrave suksessen.

En mikrokontroller er bare én komponent, men den er svært viktig for å skille ut de totale systemkostnadene. Ta i betraktning at en prisforskjell på 0,50 USD per enhet kan resulterer i ytterligere 50 000 USD for en planlagt produksjonsperiode på 100 000 sluttprodukter.

Dette er kanskje bare toppen av isfjellet: I tillegg til den faktiske kostnaden per enhet for mikrokontrolleren, må utviklere ta hensyn til en rekke potensielle skjulte kostnadsfaktorer som kan påvirke prosjektbudsjetter, for eksempel:

• Lisensavgifter for programvareverktøy og utviklingsmiljøer
• Opplæringstid
• Testing og feilsøking
• Behov for periferikomponenter
• Fastvareopprettelse
• Strømstyring
• Samsvar og sertifisering

Selv for mye mindre produksjonsløp, der prisforskjellen på mikrokontrolleren kanskje ikke utgjør et stort beløp, vil de relaterte tilleggskostnadene ofte være dyrere relativt sett på grunn av amortisering (avskrivning) over et mindre antall produksjonsenheter. Dette kan gjøre at prosjektgodkjenningen er dømt til å mislykkes.

Strømforbruk og varmestyring kan gjøre det vanskelig å velge riktig mikrokontroller.

Jo mer strøm mikrokontrolleren bruker, jo mer sannsynlig er det at konstruktøren vil måtte romme flere komponenter og muligens dyrere batterier for mobile og bærbare utrustninger. På samme måte, jo større strømforbruket er, jo mer varme vil genereres, noe som kan gjøre at ekstra kjøleteknikker er nødvendig.

Ingen ønsker å betale for mye for komponenter som leverer mer ytelse enn nødvendig. De er imidlertid heller ikke interessert i å lage en utrustning som underpresterer når den distribueres. Det er derfor det er så viktig å oppnå den optimale balansen mellom kostnader og ytelse slik at utrustningen opplever suksess i stedet for å bli en flopp.

Oppnå optimal balanse

Valget av mikrokontroller må selvsagt oppfylle de spesifikke kravene til funksjoner og funksjonalitet for den planlagte utrustningen. Men den må også ligge innenfor det ønskede budsjettet, spesielt når det gjelder prisfølsomme utrustninger. Dette krever at du finner den optimale balansen mellom ytelse, strømforbruk og integrert periferiutstyr.

Noen utrustninger er mer prisfølsomme enn andre. IoT-enheter for hjemmet, for eksempel, står ofte overfor et intenst konkurransepreget prispress, noe som gjenspeiler forbrukernes forventninger til billigere enheter. Utrustninger for industriautomasjon krever vanligvis mer robuste og svært pålitelige enheter som ofte virker uten driftstilsyn, men som fortsatt mest sannsynlig konkurrerer om pris og andre faktorer.

Å finne den rette balansen mellom pris og ytelse begynner med å velge en mikrokontroller som oppfyller ytelseskravene, er energieffektiv og gir fleksibilitet for utrustningskonstruktører.

Utrustninger med høyere ytelse leverer vanligvis mer prosessorkraft, høyere klokkehastigheter og muligheten til å utføre mer komplekse oppgaver. Disse dyrere mikrokontrollerne inkorporerer vanligvis flere integrerte periferienheter, noe som reduserer behovet for ekstra komponenter, men de kommer ofte med høyere utgifter rundt programvareutvikling og feilsøking.

Mikrokontrollere som er utviklet for kostnadsfølsomme utrustninger tilbyr ofte et mindre antall integrert periferiutstyr, begrenset minne og redusert konstruksjonsfleksibilitet. De kan imidlertid by på fordeler som redusert strømforbruk og forlenget batterilevetid.

Renesas tilbyr funksjonsrike mikrokontrollere for prisfølsomme utrustninger

Renesas tar sikte på å forenkle utvelgelsesprosessen for prisgunstige utrustninger, og tilbyr RA0E1-gruppen, en funksjonsrik mikrokontroller med ekstremt lavt strømforbruk og optimalisert periferiutstyr, som gir utviklere en måte å forbedre konstruksjonene sine på for å oppnå reduserte materialkostnader.

RA0E1-mikrokontrollere er bygget med en energieffektiv Arm Cortex-M23-kjerne og et imponerende sett med integrerte timere, seriellkommunikasjon, analoge funksjoner og sikkerhetsfunksjoner, og er rettet direkte mot markedet for kostnadsfølsomme utrustninger.

Arm Cortex-M23 ble utviklet som en 32-bits prosessor for å gi energieffektiv drift. Denne mikroprosessoren, med sin enkle arkitektur som er enkel å lære og programmere, inkorporerer Arm TrustZone-sikkerhetsteknologi, feilsøkings- og sporingsfunksjoner for å diagnostisere og optimalisere utrustninger og støtte for energisparende moduser.

RA0E1 bruker 84,3 μA/MHz strøm i aktiv modus og 0,82 mA i dvalemodus, noe som gjør den svært godt egnet for batteridrevne og energifølsomme utrustninger. Funksjonssettet gir allsidighet og yteevne for ulike utrustninger, som omfatter forbrukerelektronikk, industriautomasjon, sikre IoT-enheter, bygningsautomasjon og små apparater.

Med en forsyningsspenning som varierer fra 1,6 V til 5,5 V, kan konstruktører bruke RA0E1 uten å måtte bruke en nivåskifter eller spenningsregulator i 5 V-systemer. RA0E1 har også en integrert oscillator med høy presisjon, slik at konstruktører kan unngå å måtte legge til en frittstående oscillator i konstruksjonene sine. Oscillatoren forbedrer datataktnøyaktigheten og opprettholder en presisjon på ±1,0 % i omgivelser med temperaturer fra –40 til +105 °C.

Mikrokontrollere som kombinerer flere funksjoner i en enkelt brikke, kan drastisk redusere behovet for ekstra komponenter. Denne integrasjonen forenkler konstruksjonen og reduserer kretskortets fysiske størrelse og den totale systemkostnaden. For å bidra til å minimere antallet eksterne periferienheter, integrerer RA0E1 en rekke komponenter, inkludert:

• Opptil 64 kB integrert kodeflashminne (code flash memory) og 12 kB høyhastighets SRAM med en paritetsbit
• Analogt periferiutstyr, deriblant en 12-bits A-D-omformer, en temperatursensor og en intern referansespenning
• Periferiutstyr for kommunikasjon, inkludert 3 UART-tilkoblinger, 1 asynkron UART-tilkobling, 3 forenklede SPI-grensesnitt (SPI – serial peripheral interface), 1 interintegrert krets (IIC – inter-integrated circuit) og 3 forenklede IIC-er
• Sikkerhetsfunksjoner, som omfatter SRAM-paritetskontroll, ugyldig minnetilgang-deteksjon, frekvensdeteksjon, A/D-test, uforanderlig lagring (immutable storage), en CRC-kalkulator og registerskrivebeskyttelse
• Sikkerhetsfunksjoner, deriblant en unik ID, en sann generator av tilfeldige tall (TRNG – true random number generator) og lesebeskyttelse på flashminne

Utviklingsmiljøet og kompatibilitet oppover

Renesas gir utviklere et felles designmiljø, Flexible Software Package, som omfatter produksjonsklare drivere, AZURE RTOS, FreeRTOS og andre mellomvarestakker. Det gir også utviklere en måte å migrere utrustningene sine til kraftigere RA-mikrokontrollere.

Arm-kjerner har en høy grad av kompatibilitet. Cortex-M23 bruker Armv8-M-instruksjonssettet, som er kompatibelt med instruksjonssett som brukes av andre Cortex-M-kjernearkitekturer.

Renesas RA01E-mikrokontrollere er kompatible med pinner og periferiutstyr på mikrokontrollere i Renesas RA2E1-linjen, som er bygget rundt en 48 MHz Arm Cortex-M23-kjerne som inkorporerer opptil 128 kB kodeflash og 16 kB SRAM. Dette gjør det mulig å oppgradere konstruksjoner bygget på RA0E1 til mikrokontrollere med høyere ytelse.

Renesas tilbyr også prototypingskortet FPB-RA0E1 Fast Prototyping Board (figur 1) for evaluering, prototyping og utvikling av RA0E1-mikrokontrollerbaserte utrustninger.

Figur 1: FPB-RA0E1-kortet for prototyping av RA0E1-mikrokontrollerutrustninger. (Bildekilde: Renesas)

Evalueringskortet inkluderer et Arduino UNO R3-grensesnitt og to Pmod-kontakter. I tillegg kan utviklere dra nytte av en integrert Segger J-Link™-emulatorkrets som gjør det mulig å skrive og feilsøke programmer uten at ekstra verktøy er nødvendig.

Konklusjon

Renesas RA01E-mikrokontrolleren tilbyr et imponerende sett med funksjoner og integrert periferiutstyr for utvikling av kostnadsfølsomme utrustninger med svært lavt strømforbruk, uten at det går på bekostning av forholdet mellom pris og ytelse. Den kommer med flere tilkoblingsalternativer og et tilgjengelig rikt økosystem med et omfattende utviklingsmiljø som kan bidra til å opprette utrustninger med reduserte materialkostnader og gi en vei til senere migrering av utrustninger til kraftigere enheter.