Cortex'y od A do R. Nowe mikrokontrolery i mikroprocesory z rdzeniami firmy ARM

Cortex'y od A do R. Nowe mikrokontrolery i mikroprocesory z rdzeniami firmy ARM
Pobierz PDF Download icon
Mikrokontrolery z rdzeniami firmy ARM należą do najpopularniejszych 32-bitowych jednostek obliczeniowo-sterujących stosowanych w urządzeniach embedded. Jednym z najnowszych osiągnięć firmy ARM jest niezwykle udana rodzina rdzeni Cortex, na które licencję wykupiła duża liczba firm półprzewodnikowych. Nowe mikrokontrolery i mikroprocesory z tymi rdzeniami pojawiają się praktycznie co miesiąc i jak na razie ich ofensywa jest niezwykle silna. W artykule przedstawiono nowe układy z rdzeniami z rodziny Cortex.
80 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 9/2010 WYBÓR KONSTRUKTORA Dodatkowe materiały na CD i FTP Nowe mikrokontrolery i mikroprocesory z rdzeniami firmy ARM Cortex?y od A do R WYBÓR KONSTRUKTORA Z  doniesień o  najnowszych mikrokontrolerach i  mikroproceso- rach wynika, że rozpoczęta w 2004 roku ekspansja rdzeni ARM nie słabnie. Do układów wyposażonych w popularny rdzeń ARM7TDMI dołączają kolejne, wyposażane głównie w rdzenie z bardzo udanej ro- dziny Cortex. Konstruktorzy zamierzający użyć w swoich projektach układy z nowymi rdzeniami Cortex (-M0, -M1, -M3 oraz -R i -A) mają do wyboru produkty kilkunastu producentów. W artykule przedsta- wiono przede wszystkim oferty firm mających w Polsce dystrybuto- rów (w kolejności alfabetycznej). Zostały opisane zarówno mikrokon- trolery jak i mikroprocesory z rdzeniami Cortex. Mikrokontroler a mikroprocesor Przy takim rozróżnieniu przyjęto kryterium przeznaczenia i reali- zowanych zadań. Przyjęto więc, że mikrokontrolerami są jednoukła- dowe systemy cyfrowe z procesorem, zestawem wbudowanych pery- ferii oraz pamięci. Mikrokontrolery są przede wszystkim stosowane tam, gdzie nie jest wymagana duża moc obliczeniowa, a realizują tyl- ko ściśle określone zadania, czyli są używane m.in. w sterownikach sprzętu AGD/RTV, kontrolerach konsol gier, centralach, pilotach zdal- nego sterowania, itp. Program sterujący pracą mikrokontrolera jest Mikrokontrolery z  rdzeniami firmy ARM należą do najpopularniejszych 32-bitowych jednostek obliczeniowo-sterujących stosowanych w  urządzeniach embedded. Jednym z  najnowszych osiągnieć firmy ARM jest niezwykle udana rodzina rdzeni Cortex, na które licencję wykupiła duża liczba firm półprzewodnikowych. Nowe mikrokontrolery i  mikroprocesory z  tymi rdzeniami pojawiają się praktycznie co miesiąc i  jak na razie ich ofensywa jest niezwykle silna. W  artykule przedstawiono nowe układy z  rdzeniami z  rodziny Cortex. więc przygotowany dla konkretnej aplikacji. W grupie mikrokontrole- rów znajdują się na przykład układy z rdzeniami Cortex-M. Mikroprocesory charakteryzują się większą mocą obliczenio- wą, a  także potrzebą dołączania zewnętrznych pamięci. W  wielu przypadkach pracują pod kontrolą rozbudowanego systemu opera- cyjnego, np. z  grupy Windows lub Linux. Ich głównym obszarem zastosowań są m.in. telefony komórkowe, palmfony, netbooki, apa- raty cyfrowe, urządzenia do odbioru telewizji cyfrowej, routery. Są z reguły taktowane sygnałem zegarowym o częstotliwości większej niż 100...200  MHz. Do grupy mikroprocesorów zaliczane są m.in. układy z rdzeniem Cortex-A8. Wysyp nowości Ostatnie miesiące obfitowały w doniesienia o nowych rodzinach mikrokontrolerów i mikroprocesorów z rdzeniami ARM. Przytoczy- my skrót takich informacji w  zestawieniu alfabetyczny producen- tów: Actel ? firma ta nie jest producentem mikrokontrolerów, jednak umieściliśmy ją w zestawieniu, gdyż w jej ofercie pojawiły się nowe układy FGPA z rodziny SmartFusion z wbudowanymi rdzeniami Cor- TEMAT NUMERU 81ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 9/2010 Nowe mikrokontrolery i mikroprocesory z rdzeniami firmy ARM Rysunek 1. Schemat blokowy rdzenia Cortex-M3 tex-M3. W układach tej firmy (IGLOO, ProASIC, Fusion, SmartFusion) mogą być również stosowane bloki IP-core Cortex-M1. Analog Devices oferuje rodzinę ?analogowych mikrokontrolerów? wyposażonych w rdzenie ARM7TDMI. Wśród nowości tej firmy znaj- dują się układy ADUC7122, ADUC7023 i ADUC7029 z 12-bitowymi przetwornikami A/C i C/A oraz AUDC706x z podwójnymi przetworni- kami A/C typu sigma-delta. Atmel wprowadził do oferty kolejne układy z  rodziny SAM3S i SAM3U z rdzeniami Cortex-M3. Rodzina SAM3S charakteryzuje się małymi wymiarami i niskim poborem energii. Układy SAM3U mają dodatkowo wbudowany interfejs USB. Oprócz układów z rdzeniami Cortex-M3 firma Atmel opracowała również układy z rdzeniem AR- M926EJ oznaczone symbolem SAM9M10/SAM9GM910, przeznaczo- ne do zastosowań multimedialnych, w szczególności do dekodowania sygnału wideo. Cypress Semiconductor poszerzył ofertę programowalnych sys- temów PSoC o układy z rodziny PSoC 5 wyposażone w rdzeń Cor- tex-M3 oraz blok programowalnych peryferii analogowo-cyfrowych. Firma Energy Micro oferuje nowe mikrokontrolery, o bardzo ni- skim poborze energii, w rodzinie Gecko (EFM32G8xx i EFM32G2xx) oraz Tiny Gecko (EFM32TG8xx i  EFM32TG2xx). Mikrokontrolery EFM32 zawdzięczają swoją energooszczędność zoptymalizowanym pod tym względem peryferiom (UART w trybie odbioru pobiera tylko 100 nA) oraz 5-stopniowemu mechanizmowi oszczędzania energii. Freescale jest pierwszą i  jak na razie jedyną firmą, która ma w ofercie mikrokontrolery DSC z nowym rdzeniem Cortex-M4 prze- znaczone do prostych aplikacji DSP. Firma Nuvoton ma w ofercie mikrokontrolery z rdzeniem Cortex -M0, w tym układy z interfejsem USB, CAN, LIN oraz Ethernet MAC. Firma NXP jako jedna z pierwszych oferuje układy z rdzeniem Cortex-M0 (rodzina LPC1100), które mają konkurować, pod względem ceny i wydajności, z mikrokontrolerami 8/16-bitowymi. Mikrokontro- lery z rdzeniem Cortex-M3 występują w dwóch rodzinach: LPC1300 ? mikrokontrolery ogólnego przeznaczenia z podstawowymi peryferie- mi i LPC1700, wśród których znalazły się układy taktowane sygnałem zegarowym o częstotliwości 120 MHz. Firma NXP zapowiada również mikrokontrolery sygnałowe (DSC) z rdzeniem Cortex-M4. Samsung oferuje mikroprocesory przeznaczone do aplikacji wy- magających dużej wydajności obliczeniowej. Do nowych układów tej firmy należą S5PC110 i  S5PV210 z  rdzeniem Cortex-A8 takto- wanym sygnałem o  częstotliwości 1  GHz i  o  obniżonym poborze energii. W zapowiedziach Samsung wymienia układy z rdzeniami Cortex-M0 i Cortex-M3, które mają być wyposażone m.in. w sterow- niki LCD, wzmacniacze operacyjne, interfejsy CAN, USB, a niektóre mają mieć do 6 interfejsów SPI i do 40 kanałów 10-bitowego prze- twornika A/C. Firma STMicroelectronics poszerza ofertę mikrokontrolerów z  rdzeniem Cortex-M3 z  rodziny STM32 o  nowe układy: STM32L o  obniżonym poborze energii, z  6-stopniowym mechanizmem jeje oszczędzania oraz STM32W z  transceiverem IEEE 802.15.4 (m.in. ZigBee) pracującym w  paśmie 2,4  GHz. Do wcześniejszych mikro- kontrolerów rodziny STM32F dołączyły układy serii Value Line, które mają konkurować cenowo z mikrokontrolerami 16-bitowymi. Dodat- kowo pojawiły się nowe układy Access Line i Performance (STM32F), z przyrostkiem XL z 768 kB lub 1 MB pamięci Flash. Texas Instuments kontynuuje rozwój włączonych do swojej oferty mikrokontrolerów Stellaris (dawniej produkowane przez Luminary Micro). W  ofercie tej firmy pojawiło się 29 nowych mikrokontrole- rów w rodzinach: 1000, 3000, 5000 i 9000. Na uwagę zasługuje układ LM3S9B96, który ma wpisany system operacyjny SafeRTOS do pa- mięci ROM. Wśród nowości znalazły się również mikroprocesory z ro- dziny Sitara wyposażone w rdzeń Cortex-A8 lub ARM9, taktowane sygnałem zegarowym od 375 MHz do 1 GHz oraz układy TMS570LS z rdzeniem Cortex-R4F przeznaczone do aplikacji wymagających nie- zawodności działania. Code interface Bus Matrix SRAM& Peripheral I/F DAP Memory protection unit Serial wire viewer Data watchpoints Flash patch WIC NVIC ETM ARM core ARM POWERED Cortex?M3 Toshiba wprowadza do oferty kolejne układy z rdzeniem Cortex -M3. Wśród nich są mikrokontrolery z rodziny TMPM360 (z 2 MB pa- mięci Flash) oraz TMPM380FY zasilane napięciem 5 V. Jak można zauważyć, nowości jest więc sporo. Wyraźnym tren- dem u producentów układów z rdzeniem Cortex-M3 jest zwiększanie pojemności pamięci Flash oraz częstotliwości sygnału zegarowego. Coraz odważniej na rynku zaznaczają swoją obecność inne rdzenie Cortex. Obok układów z rdzeniem Cortex-M3 pojawiają się mikrokon- trolery z rdzeniem Cortex-M0, które mają być tanią alternatywą dla mikrokontrolerów 8-/16-bitowych. Przegląd Cortex?owych nowości otwierają układy z  najpopular- niejszym, jak do tej pory, rdzeniem Cortex-M3. Cortex-M3 Rdzeń Cortex-M3 (rysunek  1) został opracowany jako następ- ca jednego z najpopularniejszych rdzeni firmy ARM ? ARM7TDMI. Główne założenia, jakie przyjęto do jego opracowania, to: zwiększe- nie prędkości wykonywania programu, zmniejszenie wymaganej po- jemności pamięci Flash dla kodu programu, zminimalizowanie po- wierzchni zajmowanej przez rdzeń w krzemie. Aby osiągnąć zamie- rzone cele, inżynierowie firmy ARM zastosowali wiele zaawansowa- nych rozwiązań, takich jak na przykład: 3-poziomowe przetwarzanie potokowe z przewidywaniem rozgałęzień kodu oraz zwiększenie licz- by instrukcji wykonywanych w jednym takcie zegarowym. Dla rdze- nia Cortex-M3 zastosowano nową listę instrukcji o nazwie Thumb 2. W porównaniu do ARM7TDMI, rdzeń Cortex-M3 jest znacznie szyb- szy, gdyż osiąga prędkość wykonywania instrukcji do 1,25  DMIPS/ MHz (ARM7TDMI tylko 0,96 DMIPS/MHz) i pobiera ok. 35% mniej energii. Kolejną zmianą, w  porównaniu do wcześniejszych rdzeni, było zastosowanie kontrolera przerwań NVIC, który charakteryzuje się krótkim i przewidywalnym czasem obsługi przerwań. W zestawieniu układów z rdzeniem Cortex-M3 znalazła się fir- ma Actel, która jest znana z  produkcji układów programowalnych. W ofercie tej firmy, poza syntezowalnymi rdzeniami Cortex-M1, znaj- dują się układy FPGA z rodziny SmartFusion z wbudowanym rdze- niem Cortex-M3. Jak do tej pory, jest to jedyny na rynku tego typu układ z rdzeniem Cortex. Układy SmartFusion są wyposażone w blok programowalny z 60, 200 lub 500 tysiącami bramek logicznych oraz 8 lub 24 blokami pamięci po 4608 bitów. Wbudowany rdzeń Cortex -M3 ma do swojej dyspozycji pamięć Flash o pojemności 128, 256 lub 512 kB oraz pamięć SRAM o pojemności 16 lub 64 kB. Jak można zauważyć na schemacie blokowym (rysunek 2), ukła- dy te mają typowy dla mikrokontrolerów zestaw peryferii, wśród któ- rych znajdują się: jednostka ochrony pamięci (MPU), Ehternet MAC 82 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 9/2010 WYBÓR KONSTRUKTORA Tabela 1. Porównanie parametrów układów PSoC  5 Taktowanie [MHz] Flash [kB] SRAM [kB] A/C D/C Bloki analogowe Bloki cyfrowe CY8C52 80 32...256 8...64 1 1 0 20...24 CY8C53 80 32...256 8...64 1 2 2 20...24 CY8C54 80 32...256 8...64 2 4 4 20...24 CY8C55 80 32...256 8...64 2 4 4 20...24 Rysunek 2. Schemat blokowy układów SmartFusion firmy Actel Mogą być taktowane sygnałem zegarowym o maksymalnej częstotli- wości 64 MHz. Mają 64, 128 lub 256 kB pamięci Flash oraz 16, 32 lub 48 kB pamięci SRAM (obecnie dostępne są jedynie wersje z 256 kB Flash i 48 kB SRAM). Układy SAM3S mają również kontroler inter- fejsu USB, ale w odróżnieniu od układów SAM3U może on pracować wyłącznie w trybie FullSpeed (12 Mb/s). W projekcie mikrokontrole- rów SAM3S główny nacisk położono na obniżenie poboru mocy, tak aby mogły jak najdłużej pracować przy zasilaniu bateryjnym. Mogą być zasilane napięciem z przedziału 1,62...3,6 V, jednakże przy na- pięciu mniejszym od 2,4  V nie można używać przetworników A/C i C/A, a przy mniejszym od 3 V interfejsu USB. Układy mają oddziel- ne wyprowadzenia zasilania dla przetworników A/C i C/A, kontrolera USB oraz rdzenia. Dostępnych jest kilka trybów obniżonego poboru energii, przy czym w trybie backup (przy wyłączonym rdzeniu i więk- szości peryferii) pobiera prąd o natężeniu około 1,6 mA. Producent podaje, że podczas normalnej pracy mikrokontroler pobiera około 1,45 mW mocy w przeliczeniu na 1 MHz. Układy SAM3U mają podobny zestaw peryferii jak układy SAM3S. Dodatkowo mają wbudowany kontroler interfejsu USB, który może pracować w trybie HighSpeed (transfer 480 Mb/s). W SAM3U jest też więcej o 4 kB pamięci SRAM, czyli 20, 36 lub 52 kB. Obie ro- dziny układów, SAM3S i SAM3U, są w zależności od modelu wyposa- żone w interfejsy komunikacyjne: USART (SAM3S do 4, a SAM3U do 5), SPI (SAM2S do 3, a SAM3U do 5), do 2×TWI, 1×I2 S oraz interfejs HSMCI do obsługi kart SDIO/SD/MMC. Obie rodziny mają 12-bitowe przetworniki A/C i C/A o częstotliwości próbkowania 1 MS/s, 16-bito- we timery i 16-bitowe modulatory PWM. W 2009 roku dołączyły, do znanych wielu elektronikom progra- mowalnych systemów cyfrowych PSoC z rdzeniem M8C, dwie nowe rodziny PSoC 3 z rdzniem 8051 i PSoC 5 z rdzeniem Cortex-M3. W ra- mach rodziny PSoC 5 oferowane są 4 typy układów: CY8C52, CY8C53, CY8C54 i CY8C55. Różnią się one liczbą wbudowanych przetworni- ków A/C i  C/A  oraz liczbą dostępnych bloków analogowych (tabe- la 1). Układy CY8C52...52 mają 12-bitowe przetworniki A/C typu SAR (1 MS/s), natomiast układy CY8C55 mają jeden 12-bitowy przetwornik A/C typu SAR oraz jeden 20-bitowy typu delta-sigma (180 S/s). Ce- chą wspólną tych układów jest pojemność wbudowanej pamięci Flash (32...256  kB), pamięci SRAM (8...64  kB) oraz EEPROM (0,5...2  kB). Z pozostałych peryferii do dyspozycji użytkownika są interfejsy LIN, CAN, I2 C, SPI, UART i USB (FullSpeed ? 12 Mb/s), sterownik wyświet- lacza LCD, kontroler klawiatury dotykowej CapSense oraz 24-kanało- wy kontroler DMA. W blokach analogowych znajdują się przetworniki A/C i C/A, komparatory oraz wzmacniacze operacyjne. Układy PSoC 5 są zasilane napięciem 0,5...5 V. Uzyskanie tak ma- łego napięcia zasilania jest możliwe dzięki użyciu wbudowanej prze- twornicy DC-DC podwyższającej napięcie, której napięcie wyjściowe wynosi 1,8...5 V. Układy PSoC 5 mają cztery tryby pracy: active, alter- native active, sleep i hibernate. W alternatywnym trybie pracy (alter- native active) możliwe jest wyłączenie zasilania rdzenia oraz pamięci Flash przy pozostawieniu aktywnych peryferii. W normalnym trybie pracy (active) układy PSoC pobierają prąd o natężeniu 2 mA (rdzeń taktowany sygnałem o częstotliwości 6 MHz, peryferie wyłączone), natomiast w trybie uśpienia (sleep) i hibernacji (hibernate) odpowied- nio 2 mA i 300 nA. Do konfigurowania mikrokontrolerów PSoC  5 służy program PSoC Creator, który umożliwia wprowadzenie ustawień konfiguracyj- nych w edytorze graficznym. Wybór peryferii dostępny jest poprzez (oprócz A2F060), 8-kanałowe DMA, dwa 32-bitowe liczniki, pętle PLL, oscylatory (32 kHz, 10 MHz RC, główny 20 MHz) oraz interfejsy komunikacyjne: UART, I2 C i SPI. Należy też zwrócić uwagę na rozbu- dowany blok peryferii analogowych: 12-bitowe przetworniki A/C typu SAR, 12-bitowe przetworniki C/A, bloki do kondycjonowania sygna- łów, komparatory oraz obwody monitorujące temperaturę i napięcie. Wprawdzie układy SmartFusion są droższe od standardowych mi- krokontrolerów z rdzeniem Cortex-M3, jednakże cena poniżej 50 euro za układ typu system-on-chip z programowalnym blokiem analogo- wym, mikrokontrolerem oraz układem FPGA nie jest wygórowana. Od jakiegoś czasu Atmel promuje swoje rozwiązania mikrokon- trolerów z rdzeniem od ARM. Najwcześniej w ofercie tej firmy poja- wiły się mikrokontrolery z rdzeniem ARM7TDMI oraz mikroproce- sory z wysoko wydajnymi rdzeniami ARM9. Obecnie Atmel oferuje nową rodzinę SAM3 z rdzeniem Cortex-M3. W tej rodzinie dostępne są dwie grupy produktów: SAM3S charakteryzujące się małymi wy- miarami obudowy i małym poborem energii oraz SAM3U, w których zastosowano interfejs HighSpeed USB (wraz z warstwą sprzętową PHY). Układy SAM3S są mikrokontrolerami ogólnego przeznaczenia, in- spirowanymi wcześniejszymi mikrokontrolerami SAM7S z rdzeniem ARM7TDMI. Mikrokontrolery SAM3S mają taki sam rozkład funk- cji wyprowadzeń jak układy SAM7S (wersje 48- i 64-końcówkowe). 83ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 9/2010 Nowe mikrokontrolery i mikroprocesory z rdzeniami firmy ARM Rysunek 3. 5-stopniowy mechanizm oszczędzania energii w mikrokontrolerach EFM32 bibliotekę kilkudziesięciu komponentów. Program umożliwia też mi- grację projektu między różnymi układami PSoC. Do kompilowania kodu programu dla mikrokontrolera PSoC można użyć bezpłatnego kompilatora GCC lub kompilatora komercyjnego. Kolejnym producentem mikrokontrolerów z rdzeniem Cortex-M3 jest firma Energy Micro, powstała na przełomie 2007 i 2008 roku. Jej główną działalnością jest projektowanie i produkcja energooszczęd- nych mikrokontrolerów. Firma wybrała rdzeń Cortex-M3 firmy ARM do swoich mikrokontrolerów Gecko (EFM32G8xx i EFM32G2xx) i Ti- nyGecko (EFM32TG8xx i EFM32TG2xx). Obie rodziny mikrokontro- lerów EFM32 bazują na tej samej technologii redukcji pobieranego przez układ prądu. Zastosowane w nich peryferie są zoptymalizowa- ne pod względem poboru prądu. Mikrokontrolery te mają 5-stopnio- wy mechanizm oszczędzania energii (rysunek  3). W  zależności od trybu pracy, tylko wybrane peryferie pozostają zasilane: ? EM0 ? tryb aktywny, w którym zasilany jest rdzeń Cortex-M3 oraz wybrane przez użytkownika peryferie, ? EM1 ? wyłączony jest rdzeń oraz zasilanie pamięci Flash, a pozo- stałe układy peryferyjne, w tym kontroler DMA, mogą pozostać włączone i przetwarzać dane, ? EM2 ? w tym trybie mikrokontroler jest taktowany sygnałem ze- garowym o  częstotliwości 32  kHz i  dostępne są tylko wybrane peryferie o obniżonym poborze mocy: kontroler LCD, zegar RTC, timer LETIMER, licznik impulsów, watchdog, UART (LEUART o poborze prądu ok. 100 nA), GPIO, komparator analogowy oraz kontroler DMA ? pobór prądu wynosi ok. 0,9 mA, ? EM3 ? w  tym trybie dostępne są tylko: komparator analogowy, watchdog, GPIO, ? EM4 ? w trybie uśpienia wszystkie źródła sygnału zegarowego są wyłączone, pamięć RAM i zawartość rejestrów nie jest podtrzy- mywana, wybudzenie z tego trybu następuje wyłącznie po wystą- pieniu zerowania (reset). Mikrokontrolery Gecko EFM32Gxxx mają od 16...128  kB pamięci Flash, 8 lub 16 kB pamięci SRAM, natomiast mikrokontrolery TinyGecko EFM32TGxxx mają od 4...32 kB pamięci Flash oraz 1,2 lub 4 kB pamięci SRAM. TinyGecko nie mają jednostki ochrony pamięci MPU. Wśród po- zostałych peryferii obu rodzin należy wymienić jednostkę szyfrującą AES (klucz o długości 128/256-bitów), kontroler DMA, 12-bitowy przetwornik A/C (1 MS/s), 12-bitowy przetwornik C/A (500 kS/S), 16-bitowy układ licznika/timera, timer o obniżonym poborze prądu LETIMER, zegar RTC, licznik impulsów, komparatory analogowe oraz interfejsy komunikacyjne: USART (z trybem pracy SPI do 16 Mb/s), LEUART, I2 C. Mikrokontrole- ry oznaczone symbolem EFM32G8xx i  EFM32TG82xx są wyposażone w sterownik wyświetlacza LCD 4×24 lub 4×40 segmentów (TinyGecko ? EFM32TG tylko 4×24). Firma NXP oferuje dwie rodziny mi- krokontrolerów z  rdzeniem Cortex-M3: LPC1300 i LPC1700. LPC1300 są mikro- kontrolerami o  małym poborze energii i  niskiej cenie. Według danych produ- centa, w trybie aktywnym pobierają prąd o natężeniu ok. 17 mA (3,3 V i 72 MHz, peryferie wyłączone) lub 4  mA przy mniejszej częstotliwości sygnału zegarowego (3,3 V i 12 MHz). Mają one 8...16 kB pamięci Flash oraz 2...8 kB pamięci SRAM, interfejsy komunika- cyjne UART, I2 C FM+, SSP oraz 10-bitowy przetwornik A/C (8 kanałów). Układy oznaczone symbolem LPC134x mają dodatkowo interfejs USB Full-Speed Device (z warstwą PHY). Należy dodać, że mikrokontrolery LPC134x mają dodatkowo pamięć ROM ze sterownikami programowy- mi USB, z obsługą urządzeń klasy HID (interfejs użytkownika, np. mysz) i MSC (pamięć masowa). Mikrokontrolery LPC1700 mają, w porównaniu do LPC1300, większą pojemność pamięci (32...256 kB Flash i 8...64 SRAM) oraz mogą być tak- towane sygnałem zegarowym o częstotliwości do 100 MHz (120 MHz dla układów LPC1759 i LPC1769). W zależności od wersji mogą być wyposa- żone w dodatkowe interfejsy komunikacyjne: Ethernet, USB Device/Host/ OTG, CAN 2.0B, I2 S oraz w 10-bitowy przetwornik C/A. Mikrokontrolery STM32 są dobrze znane konstruktorom, gdyż były to jedne z pierwszych układów z rdzeniem Cortex-M3 dostępnych w sprze- daży detalicznej na szeroką skalę. Układy STM32 są oferowane w 3 ro- dzinach. Do klasycznych mikrokontrolerów z  bogatym wyposażeniem z rodziny STM32F dołączyły dwie nowe: STM32W (kompletny transce- iver radiowy z rdzeniem Cortex-M3) oraz STM32L ? obniżone napięcie zasilania. MikrokontrolerySTM32WsąwyposażonewtransceiverIEEE802.15.4 pracujący w paśmie 2,4 GHz. Oprócz transceivera radiowego mają wbu- dowany MAC (warstwa sprzętowa) oraz jednostkę implementującą algo- rytm AES (klucz 128-bitowy). Rdzeń Cortex-M3 ma do swojej dyspozycji 84 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 9/2010 WYBÓR KONSTRUKTORA 1000 ? przeznaczone do aplikacji z zasilaniem bateryjnym, 2000 ? rodzina układów z interfejsem CAN, 3000 ? mikrokontrolery z interfejsem USB OTG, 5000 ? łączące komunikację poprzez interfejsy CAN i USB OTG, 6000 ? przeznaczone do aplikacji sieciowych, zawierają wbudowany in- terfejs Ethernet MAC oraz PHY, 8000 ? rozszerzenie rodziny 6000 o możliwość komunikacji CAN, 9000 ? najbardziej rozbudowana i najmłodsza rodzina układów, łącząca możliwości komunikacyjne CAN, USB OTG oraz Ethernet (MAC + PHY). Mikrokontrolery Stellaris, w zależności od wersji, mają do 256 kB pa- mięci Flash, do 96 kB pamięci RAM, interfejsy komunikacyjne: UART, I2 C, SPI, przetworniki A/C, timery z modulatorami PWM, enkodery kwa- draturowe, kontroler DMA. Stellarisy mogą być taktowane sygnałem ze- garowym o częstotliwości do 50 MHz (rodzina 9000 do 100 MHz). Zaletą układów Stellaris z rodziny 6000, 8000 i 9000 jest wbudowana warstwa fizyczna Ethernet PHY oraz sprzętowa warstwa MAC. Interesujące i  użyteczne jest zaimplementowanie w  dodatkowej pamięci ROM mikrokontrolera LM3S9B96 systemu operacyjnego Sefe- RTOS. Jest to system operacyjny czasu rzeczywistego opracowany na bazie bezpłatnego systemu FreeRTOS (www.freertos.org). System Safe- RTOS, w odróżnieniu od FreeRTOS, ma certyfikaty (m.in. IEC61508 SIL3) uprawniające do stosowania go w urządzeniach przemysłowych i me- dycznych. Wraz z  zakupem mikrokontrolera LM3S9B96 otrzymuje się licencję na system SefeRTOS w urządzeniu, w którym będzie on zamon- towany. Jest to dobre rozwiązanie, gdyż nie trzeba kupować osobnej licen- cji na ten system operacyjny. Wszystkie mikrokontrolery z rodziny 9000 mają w dodatkowej pamięci ROM zapisaną bibliotekę programistyczną StellarisWare, m.in. z funkcjami obsługi peryferii. W ofercie Toshiby są mikrokontrolery z rdzeniem Cortex-M3 zgrupo- wane w pięciu rodzinach: TMPM330, TMPM360, M370, M380 i M390. Mikrokontrolery TMPM330 mają 8..32  kB pamięci RAM oraz 128...256  kB pamięci Nano Flash. Jest to nazwa technologii produk- cji pamięci Flash o małym poborze energii, opracowana przez Toshibę. Mikrokontrolery TMPM330 są tanimi mikrokontrolerami ogólnego prze- znaczenia. Mają 12-kanałowy 10-bitowy przetwornik A/C, 10-kanało- wy 16-bitowy timer, 3×UART, 3×I2 C, watchdog. Zasilane są napięciem 2,7...3,6 V i taktowane sygnałem zegarowym o maksymalnej częstotliwo- ści 32...40 MHz. Do nietypowych peryferii tych mikrokontrolerów należy zaliczyć sterowniki CEC (Consumer Electronics Control), który jest uży- wany m.in. do sterowania urządzeniami multimedialnymi poprzez inter- fejs HDMI. Układy z rodziny TMPM360 są przeznaczone do aplikacji przemysło- wych. Jako jedne z nielicznych mają aż 1 lub 2 MB pamięci Nano Flash oraz 64 lub 128 kB pamięci RAM. Są zasilane napięciem 2,7...3,6 V i tak- towane sygnałem o maksymalnej częstotliwości 64 MHz. Mikrokontro- lery TMPM360 mają rozbudowane peryferie komunikacyjne: 12×UART, 5×I2 C, 1×SPI, 1×CEC, USB 2.0 Host/Device (tyko TMPM363/364) i CAN 2.0B (tylko TMPM363/364). pamięć Flash o pojemności 128 kB i 8 kB pamięci RAM. Jest on taktowany sygnałem zegarowym o częstotliwości 6, 12 lub 24 MHz. Mikrokontrolery STM32W są zasilane napięciem 2,1...3,6 V (mają wbudowane przetwor- nice DC/DC 1,8 i 2,5 V). W trybie odbioru układy te pobierają prąd o na- tężeniu ok. 27 mA (z włączonym rdzeniem Cortex-M3) oraz ok. 31 mA w trybie nadawania (sygnał +3 dBm). W mikrokontrolerach STM32W jest również 12-bitowy przetwornik A/C, 18...25 portów GPIO, 2×16-bi- towy timer, watchdog, zegar RTC oraz interfejsy UART, SPI i I2 C. Są ofero- wane w obudowach QFN48 i QFN40. STM32L to nowa rodzina mikrokontrolerów STM32 z obniżonym zu- życiem energii. STM32L są zasilane napięciem z przedziału 1,65...3,6 V. Według danych producenta, mikrokontrolery STM32L pobierają w zależ- ności od napięcia zasilania i częstotliwości sygnału zegarowego 290 mA/ MHz dla VDD 2...3,6 V i fCLK >= 32 MHz, 265 mA/MHz dla VDD 1,65..3,6 V i fCLK >= 16 MHz oraz 230 mA/MHz dla VDD 2...3,6 V i fCLK <= 4 MHz (wewnętrzny oscylator RC). Układy STM32L mają 5 trybów energoosz- czędnej pracy. W trybie Sleep (CPU wyłączony) mikrokontroler pobiera prąd o  natężeniu 2,5  mA, jeżeli wszystkie układy peryferyjne są włą- czone. W  trybie Low power run, gdy wyłączone są peryferie, a  rdzeń Cortex-M3 wykonuje kod programu z  pamięci Flash lub RAM, układ pobiera zaledwie 10,4 mA (wewnętrzny oscylator ustawiony na 64 kHz). Najmniejsze zużycie prądu jest natomiast w trybie czuwania (standby), w którym pobierany prąd wynosi 1 mA (VDD =1,8 V, zegar RTC włączony), 1,3 mA (VDD =3 V, zegar RTC włączony) lub 270 nA (zegar RTC wyłączo- ny). Mikrokontrolery STM32L mają 64...128 kB pamięci Flash (w opraco- waniu są układy z pamięcią o pojemności 32...384 kB) do 16 kB pamięci RAM oraz peryferie: 12-bitowy przetwornik A/C, 12-bitowy przetwornik C/A, 16-bitowe timery z modulatorami PWM, UART, I2 C, SPI i USB Full- Speed (12 Mb/s). Mają takie samo rozmieszczenie wyprowadzeń jak od- powiadające im układy z rodziny STM32F. Mikrokontrolery STM32L są także oferowane w wersji ze sterownikiem LCD. Do najstarszej rodziny STM32F wprowadzono układy z linii Value Line (STM32F100). Mają one konkurować pod względem ceny z mikro- kontrolerami 16-bitowymi. Układy Value Line są taktowane sygnałem zegarowym o częstotliwości do 24 MHz, mają do 8 kB pamięci RAM i do 128 kB pamięci Flash, przetwornik A/C, trójfazowy timer Motor Control oraz sterownik interfejsu CEC. W  układach STM32F z  linii Access (STM32F101) i  Performance (STM32F103) pojawiły się układy z dodatkowym oznaczeniem XL. Ukła- dy te mają powiększoną, w stosunku do pozostałych układów z danej li- nii, pojemność pamięci RAM do 768 kB lub 1 MB. Oferta mikrokontrolerów Texas Instruments z rdzeniem Cortex-M3 jest bardzo szeroka, znajduje się w niej aż 9 rodzin układów Stellaris: x000 ? należą do niej układy z serii 800, 600, 300, 100 ? to proste układy mające do 64 kB pamięci Flash, 8 kB pamięci RAM i częstotliwości sy- gnału zegarowego do 50 MHz (sprzedawane są w cenie poniżej 2 dolarów w obudowach 48-końcówkowych), 85ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 9/2010 Nowe mikrokontrolery i mikroprocesory z rdzeniami firmy ARM Rysunek 4. Blok Vector Engine wspomagający sterowanie pracą silników elektrycznych zaimplementowany w mikrokontrolerach Toshiby Rysunek 5. Schemat blokowy rdzenia Cortex-M0 Bus Matrix WIC ARM core ARM POWERED Cortex?M0 AMBA AHB-lite Interface Debug NVIC Debugger interface Mikrokontrolery TMPM370 są przeznaczone do sterowania elek- trycznymi silnikami bezszczotkowymi (BLDC). W odróżnieniu od opisa- nych powyżej są zasilane napięciem 4,5...5,5 V (są to jedne z nielicznych mikrokontrolerów z rdzeniem Cortex-M3 zasilanych takim napięciem). Są taktowane sygnałem zegarowym o częstotliwości do 80 MHz, mają do 256 kB pamięci Nano Flash i 10 kB pamięci RAM. Układy z rodziny TMPM370 mają dedykowany blok programowalnego sterownika silni- ków PDM3+ oraz dwa 12-bitowe przetworniki A/C (każdy 11-kanałowy). W bloku PDM3+ zawarto 2-kanałowy timer, zaawansowany blok wspo- magający sterowanie silników elektrycznych VE ? Vector Engine (rysu- nek 4), enkoder i 4 wzmacniacze operacyjne. Podobnie do układów z  rodziny TMPM370, układy TMPM380 są zasilane napięciem 4,5...5,5 V. Są one przeznaczone do aplikacji prze- mysłowych i automatyki domowej. Mają 128 lub 256 kB pamięci Nano Flash, do 16 kB pamięci RAM i są taktowane sygnałem o częstotliwości do 40 MHz. W odróżnieniu od innych rodzin, zastosowano w nich 16-bitowy timer MPT o 3 kanałach, który może pracować jako trójfazowy modulator PWM lub jako sterownik tranzystorów IGBT. Mikrokontrolery TMPM390 są zasilane napięciem z  przedziału 1,7...3,3 V i są przeznaczona dla aplikacji z zasilaniem bateryjnym. Mogą być taktowana sygnałem zegarowym o częstotliwości do 20 MHz. Mają 128 kB pamięci Flash i 8 kB pamięci RAM oraz bogaty zestaw peryferii: 3×UART, 4×SSP, 2×I2 C i CEC. Cortex-M0 Rdzenie Cortex-M0 (rysunek 5) są przeznaczone do mikrokontro- lerów stosowanych w prostych urządzeniach o małym zużyciu energii. 86 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 9/2010 WYBÓR KONSTRUKTORA Rysunek 6. Schemat blokowy rdzenia Cortex-M4 Rysunek 7. Schemat blokowy rdzenia Cortex-M1 Rysunek 8. Schemat blokowy rdzenia Cortex-R4F Są to m.in. inteligentne czujniki, małe urządzenia medyczne, urządze- nie telemetrii, akcesoria konsol do gier, a także urządzenia z łącznością bezprzewodową. Zostały one więc zaprojektowane do aplikacji, w któ- rych obecnie dominują mikrokontrolery 8- i 16-bitowe. Rdzenie Cor- tex-M0 mają mniejsze zużycie prądu niż Cortex-M3, ale mają od nich mniejszą moc obliczeniową. Prędkość wykonywania kodu programu w teście Dhrystone dochodzi do 0,9 DMIPS/MHz, co jest porównywal- ne ze starszym rdzeniem ARM7TDMI (0,95 DMIPS/MHz). Zmniejsze- nie zużycia energii uzyskano poprzez zmniejszenie liczby tranzysto- rów użytych do ich budowy (poniżej 12 tysięcy bramek). Uzyskują one korzystny stosunek zużywanej mocy w przeliczeniu na częstotliwość sygnału zegarowego ? nawet do 0,085 mW/MHx). Rdzenie Cortex-M0 mają również skróconą do 56 instrukcji listę rozkazów. Jednym z pierwszych producentów stosujących rdzeń Cortex-M0 jest firma NXP. W rodzinie LPC1100 i LPC11C00 są układy z tym rdzeniem. Układy LPC1100 są taktowane sygnałem zegarowym o częstotliwości do 50 MHz, mają 8, 16, 24 lub 32 kB pamięci Flash oraz 2, 4 lub 8 kB pamięci RAM. Rdzeń ARM Cortex-M0 został zaprojektowany z założeniem konku- rowania pod względem wymiarów, ceny, poboru energii oraz wydajności z mikrokontrolerami 8-bitowymi. Mikrokontrolery z rodziny LPC1100 są więc dostępne w niewielkich obudowach LQFP48 i HVQFN33. W zależ- ności od zastosowanej obudowy, do dyspozycji użytkownika są 28 lub 42 wyprowadzenia GPIO. Użyte w układach peryferie można nazwać stan- dardowymi, bowiem znajdują się w nich: 8-kanałowy przetwornik A/C o rozdzielczości 10 bitów, 5 timerów, modulatory PWM (do 13 kanałów) oraz kontrolery interfejsów: 1×UART, 1×I2 C, 1...2×SSP. W porównaniu do LPC1100 układy LPC11C00 różnią się zastosowaniem interfejsu CAN. Co więcej, układy LPC11C00 mają programowe sterowniki CAN i CANo- pen, zapisane w dedykowanej pamięci nieulotnej (nie zajmują miejsca na kod programu w pamięci Flash). Sterowniki dostępne są dla programisty poprzez komendy API. Mikrokontrolery LPC1100 i LPC11C00 są zasila- ne pojedynczym napięciem z przedziału 1,8...3,3 V. W trybie aktywnym pobierają prąd o natężeniu 9 mA (3,3 V i 50 MHz, wyłączone peryferie), natomiast w trybach sleep, deep-sleep oraz deep power-down odpowied- nio 2 mA (12 MHz), 6 mA oraz 220 nA. Mikrokontrolery z rdzeniem Cortex-M0 ma w ofercie również fir- ma Nuvoton. Układy NuMicro mają 64 lub 128 kB pamięci Flash oraz 4...16 kB pamięci RAM i są taktowany sygnałem zegarowym o mak- symalnej częstotliwości 50  MHz. Są produkowane w  obudowach LQFP o 48, 64 lub 100 wyprowadzeniach. W zależności od wielkości obudowy układy te mają do 31...76 końcówek I/O. Wszystkie układy NuMico mają cztery 24-bitowe timery, 12-bitowy przetwornik A/C (8 kanałów), kontroler DMA, komparator analogowy, modulatory PWM Cortex?M1 ITCM I/F ARM core DTCM I/F AHB Live bus matrix BPU DW CTL SWJ-DP AHB-AP NVIC AHB I/F core ARM POWERED Cortex?R4F Debug Interface VIC Port ETM Interface Prefetch & Branch Prediction Unit FPU TCM Arbiter and Interface Memory Protection Unit Data Cache AXI Slave InterfaceAXI Master Interface Instruction Cache (4...8 kanałów), zegar RTC, watchdog oraz interfejsy: UART, SPI, I2 C i I2 S. Mikrokontrolery NuMicro są podzielone na 4 serie różniące się wyposażeniem wewnętrznym oraz obszarem zastosowań: ? NUC100 Advanced Line ? podstawowa podrodzina układów Nu- Micro ? NUC120 USB Line ? podrodzina mikrokontrolerów wyposażo- nych w interfejs USB 2.0 Full-Speed ? NUC130 Automotive Line ? podrodzina układów przeznaczona do aplikacji samochodowych, wyposażona w interfejsy LIN oraz CAN 2.0B ? NUC140 Connectivity Line ? podrodzina mikrokontrolerów wy- posażonych w interfejsy USB, LIN oraz CAN 2.0B. Cortex-M4 Najnowszy i  najbardziej rozbudowany rdzeń rodziny Cortex-M ? Cortex-M4 ? jest przeznaczony do stosowania w mikrokontrolerach DSC (Digital Signal Controller), czyli realizujących cyfrowe przetwarzanie sy- Code interface Bus Matrix SRAM& Peripheral I/F DAP Memory protection unit Serial wire viewer Data watchpoints Flash patch WIC NVIC ETM Cortex?M4 Cortex-M4 CPU ARM POWERED DSP Debug and Trace Floating Point Unit 87ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 9/2010 Nowe mikrokontrolery i mikroprocesory z rdzeniami firmy ARM Rysunek 10. Schemat blokowy rdzenia Cortex-A8 Rysunek 9. Równoległa praca rdzeni Cortex-R4F podnosząca niezawodność działania mikrokontrolera TMS570LS CCM-R4 1.5 cycle delay CPU 1 CPU 2 CPU2CLK Compare Error CCM-R4 Compare 1.5 cycle delay CPU1CLK IFetch L1 cache interface TLB Prefetch and branch prediction I-side L1 RAM IDecode IExecute Decode & sequencer Dependency check and issue Flags RegBank ALU1 ALU2 MAC Laod store Level 2 cache NEON unitInstruction and Data DMA arbitration L2 cache and preload engine Fill and eviction queue BIU Write buffer L2 cache data RAM L2 cache tag RAM AXI NEON instruction queue Decode control Issue and forward control NEON load data queue NEON Floating Point VFPLite NEON Reg Bank NEON Integer NEON Load Store DFT/Test Debug ETM Load store L1 cache interface TLB D-side L1 RAM Cortex ?A8 wych paneli użytkownika, timery z modulatorami PWM, kontroler DMA, interfejs kart SDHC oraz interfejsy komunikacyjne: I2 C, I2 S, SPI, UART. Najlepiej wyposażone (mikrokontrolery Kinetis K60) mogą być taktowane sygnałem o maksymalnej częstotliwości 100...180 MHz. Są wyposażone dodatkowo w  sprzętowy blok kryptograficzny (obsługujący algorytmy 3DES, DES, AES, MD5, SHA-1 i SHA-256), interfejs Ethernet MAC oraz kontroler pamięci SDRAM. Cortex-M1 Przy okazji opisywania nowości podzespołowych należy wspomnieć o  rdzeniu Cortex-M1 (rysunek  7). W  odróżnieniu od opisywanych wy- żej Cortex?ów rdzeń ten jest przeznaczony do implementacji w układach FPGA. Jest on oferowany jako blok IP-core przez większość producentów układów programowalnych. Wśród firm, których układy programowalne wspierają rdzeń Cortex-M0, znajdują się m.in.: Actel, Altera oraz Xilinx. W zależności od zastosowanego układu FPGA, rdzenie Cortex-M1 mogą być taktowane sygnałem zegarowym o częstotliwości nawet 200 MHz. Ta- kie parametry Cortex-M1 uzyskuje w układach FPGA, wykonanych w tech- nologii 65 nm Stratix III (Altera) lub Virtex-5 (Xilinx), przy czym rdzeń Cor- tex jest bez pamięci TCM dla danych i instrukcji oraz interfejsu debuggera. Cortex-R4F Rdzenie Cortex-R4F (rysunek  8) zostały zaprojektowane z  myślą o systemach operacyjnych czasu rzeczywistego, w których krytycznym parametrem jest czas reakcji, oraz wymagających zapewnienia bezpie- czeństwa (pewności i niezawodności) działania. Mają one rozszerzoną listę instrukcji względem Cortex-M3 o instrukcje DSP oraz opcjonalnie o instrukcje operacji na liczbach zmiennoprzecinkowych, przy zastoso- waniu w mikrokontrolerze dedykowanej jednostki FPU. Rdzenie Cortex- R4F obsługują też kontrolę parzystości dla pamięci (Flash i RAM) oraz dla buforów peryferii. gnałów (DSP). Mikrokontrolery z tym rdzeniem (rysunek 6) mogą znaleźć zastosowanie na przykład w sterowaniu pracą silników. Zestaw instruk- cji rdzeni Cortex-M4 został powiększony w porównaniu do Cortex-M3 o stałoprzecinkowe instrukcje DSP oraz 8- i 16-bitowe instrukcje SIMD, a instrukcja Multiply and Accumulate (MAC) jest wykonywana w jednym takcie zegara. Dodatkowo mogą być one wyposażone w jednostkę wspo- magającą obliczenia zmiennoprzecinkowe FPU. Firma Freescale ogłosiła w połowie roku włączenie do swojej oferty nowych mikrokontrolerów Kinetis z rdzeniem Cortex-M4. W skład rodzi- ny Kinetis wchodzi 5 serii oznaczonych symbolami K10, K20, K30, K40 i K60. Mikrokontrolery serii K10 i K20 mają identyczny zestaw peryferii, z jedną różnicą ? układy z serii K20 mają dodatkowo interfejs USB-OTG. Są one taktowane sygnałem zegarowym o  maksymalnej częstotliwości 50...150 MHz. Podobnie jak najbardziej rozbudowane układy serii K60, są wyposażone w kontroler pamięci NAND Flash oraz zmiennoprzecin- kową jednostkę obliczeniową (FPU). Układy serii K30 i K40 wyposażo- no w kontroler LCD (K40 ma dodatkowo USB OTG). Wszystkie mikro- kontrolery Kinetis mają m.in.: podwójny interfejs CAN 2.0B, 16-bitowy przetwornik A/C, 12-bitowy przetwornik C/A, wzmacniacze o programo- walnym wzmocnieniu (PGA), komparatory analogowe, interfejsy dotyko- R E K L A M A 88 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 9/2010 WYBÓR KONSTRUKTORA Jak na razie jedyną firmą oferującą mikrokontrolery z rdzeniem Cortex-R4F jest Texas Intstruments. Mikrokontrolery TMS570LS tej firmy są przeznaczone przede wszystkim do urządzeń samochodo- wych. Są one taktowane sygnałem zegarowym o częstotliwości 140 lub 160 MHz, mają 1 lub 2 MB pamięci Flash oraz 128 lub 160 kB pamięci RAM. Są wyposażone w  interfejsy: 2/3×CAN, 3×SPI oraz opcjonalnie Flexray. Mają dwa 12-bitowe przetworniki A/C o 20 lub 24 kanałach oraz 68 lub 115 wyprowadzeń GPIO. Są zasilane napię- ciem 1,5 V (dla rdzenia) oraz 3,3 V (dla układów I/O). Mikrokontrolery TMS570LS mają liczne obwody poprawiające pewność i niezawodność działania. Głównym zabiegiem podnoszą- cym niezawodność działania jest zastosowanie dwóch pracujących równolegle rdzeni Cortex-R4F. Przetwarzają one ten sam strumień danych, tak więc od strony programistycznej są widziane jako jeden procesor. Wynik działania instrukcji z  obu rdzeni jest porównywa- ny w module CCM-R4 (rysunek 9), a niezgodności są sygnalizowa- ne błędem porównania. W celu zminimalizowania wpływu sygnału wspólnego na wynik obliczeń rdzeni, dane podawane na rdzeń 2 są opóźnione o 1,5 cyklu zegarowego, natomiast wyniki obliczeń rdzenia 1 są również opóźniane o 1,5 cyklu zegarowego, aby wyniki obliczeń z obu rdzeni były podawane do modułu CCM-R4 w tym samym czasie (rysunek 9). Pamięci Flash i RAM są zabezpieczone kodami korekcji błędów (ECC), co pozwala na naprawianie pojedynczego nieprawdło- wego bitu lub wykrycie przekłamania dwóch bitów w odczytywanym z pamięci słowie. Pamięć RAM peryferii jest również zabezpieczona bitem parzystości. Mikrokontroler ma też możliwość przeprowadze- nia testu poprawności funkcji logicznych rdzenia poprzez wykonanie testu LBIST (Logic Built-In Self-Test) oraz pamięci ? test PBIST (Pro- grammable Built-In Self-Test). Cortex-A8 Rdzenie Cortex-A8 (rysunek 10) są przeznaczone dla złożonych funkcjonalnie aplikacji w urządzeniach o niskim poborze energii (po- niżej 300 mW). Architektura ARMv7-A umożliwia uzyskania prędko- ści wykonywania instrukcji 2 DMIPS/MHz. Zbudowane na ich bazie mikroprocesory mogą być taktowane sygnałem o dużej częstotliwości ? nawet 100 MHz. Rdzenie Cortex-A8 są wyposażone w dwupozio- mową pamięć cache, która przyczynia się do skrócenia czasu odczytu danych. Rdzenie te interpretują instrukcje ARM, Thumb-2, zmienno- przecinkowe oraz NEON. Jednostka NEON ma 128-bitową architektu- rę SIMD. Jest to przetwarzanie wielu strumieni danych przy użyciu pojedynczego strumienia instrukcji. Instrukcje tego typu są stosowane w aplikacjach, w których wymagane jest przetwarzanie dużych blo- ków danych przy użyciu takiej samej funkcji, np. w przetwarzaniu multimediów. Mikroprocesory z rdzeniem Cortex-A8 mogą pracować pod kontrolą dużych systemów operacyjnych wymagających stosowa- nia jednostek zarządzania pamięcią MMU. Samsung ma w swojej ofercie mikroprocesory o bardzo dużej wy- dajności. Jednym z pierwszych układów w ofercie tej firmy z rdze- niem Cortex-A8 jest S5PC100. Jest on przeznaczony do aplikacji wy- magających dużej mocy obliczeniowej, jak na przykład telefony ko- mórkowe, multimedia, urządzenia komunikacyjne. Jest on taktowany sygnałem zegarowym o częstotliwości 667 MHz i jest zasilany napię- ciem 1,2 V. Wśród multimedialnych peryferii tego mikroprocesora na- leży wymienić: 8-bitowy interfejs czujnika optycznego zgodny z zale- ceniem ITU 601/656, wieloformatowy kodek (m.in. MPEG-4, H.263/4, Xvid), kodek JPEG, akcelerator graficzny 2D/3D, sterownik wyświetla- cza TFT LCD o rozdzielczości 1024×768 pikseli oraz interfejs S/PDIF. Mikroprocesor S5PC100 obsługuje pamięci zewnętrzne NAND/NOR FLASH, DDR/DDR 2 DRAM (do 333 Mb/s dla każdej końcówki portu). Samsung ma w planach wyprodukowanie dwóch nowych ukła- dów z  rdzeniem Cortex-A8 oznaczonych symbolami: S5PC110 i  S5PV210. SP5PC110 jest przeznaczony dla urządzeń mobilnych z funkcjami multimedialnymi (jak na przykład telefony komórkowe), natomiast S5PV210 do urządzeń typu netbook. Oba mikroprocesory mają być taktowane sygnałem zegarowym o  częstotliwości 1  GHz. Mają być też wyposażone w kodek wideo umożliwiający kodowanie i dekodowanie sygnału wideo w formacie 720p, z częstotliwością od- świeżania 30 kl/s. Texas Instruments opracował nowe mikroprocesory Sitara z rdze- niem ARM9 oraz z nowym rdzeniem Cortex-A8. Mikroprocesory Si- tara są przeznaczone przede wszystkim do aplikacji wymagających dużych mocy obliczeniowych oraz niskiego poboru mocy, jak na przy- kład przenośne urządzenia medyczne, systemy nawigacji satelitarnej, przemysłowe wyświetlacze HMI. W ramach rodziny Sitara oferowane są cztery linie produktowe: AM37x, AM35x, AM18x i AM17x. Mikroprocesory AM18x i AM17x są wyposażone w rdzeń ARM9 taktowany sygnałem zegarowym o częstotliwości 375 lub 456 MHz. Mają 32 kB pamięci cache L1, 128 kB cache L2 oraz 64 kB pamięci ROM. Mikroprocesory AM37x i  AM35x są natomiast wyposażone w rdzeń Cortex-A8 taktowany sygnałem zegarowym o częstotliwości 600, 800 lub 1000 MHz. Mają większą pojemność pamięci cache L1 i L2, odpowiednio 64 kB i 256 kB. Mikroprocesory Sitara mają bogaty zestaw peryferii: USB Host, USB OTG, interfejs kart MMC/SD, sterownik LCD, port wideo, inter- fejsy UART, I2 C, SATA, kontroler DMA, 10-bitowe przetworniki A/C oraz opcjonalnie interfejsy Ethernet MAC i  CAN. Wybrane układy z rdzeniem Cortex-A8 (AM3517, AM3715) mają wbudowany kopro- cesor graficzny. Inne rdzenie ARM Pomimo że mikrokontrolery z  rdzeniami Cortex-M powoli wy- pierają z  rynku układy z  rdzeniami wcześniejszych generacji, nie- które firmy oferują nowe rozwiązania ze sprawdzonymi rdzeniami ARM7TDMI. Jedną z takich firm jest firma Analog Devices, która ma w ofercie interesujące rozwiązania ?analogowych mikrokontrolerów?, czyli mikrokontrolerów z  wielokanałowymi przetwornikami A/C i przetwornikami C/A. W rodzinie ADUC7xxx pojawiły się nowe ukła- dy, wśród których warto odnotować ADUC7039 z 16-bitowymi prze- twornikami A/C typu sigma-delta przeznaczony do monitorowania napięcia akumulatorów samochodowych oraz ADUC7122 z 12-bito- wymi przetwornikami A/C (1 MS/s) i C/A oraz wzmacniaczami o pro- gramowalnym wzmocnieniu (PGA). Wśród interesujących nowości należy wymienić również ADUC706x. Układy te mają dwa 24-bito- we przetworniki A/C typu sigma-delta o częstotliwości próbkowania 8 kS/s. Główny przetwornik A/C ma 4 kanały (z możliwością pracy różnicowej), a dodatkowy ma do 7 kanałów (do 4 par różnicowych). Atmel opracował też nowe mikroprocesory z rdzeniem ARM926: AT91SAM9G10,20, AT91SAM9M10,1 oraz AT91SAM9G45,6. Mikro- procesory AT91SAM9G10 jest taktowany sygnałem zegarowym o czę- stotliwości do 266  MHz. Mają wbudowany kontroler wyświetlacza LCD. AT91SAM9G20 jest taktowany sygnałem zegarowym o częstot- liwości do 400 MHz, ma liczne interfejsy komunikacyjne (w tym USB Full-Speed i Ethernet MAC). Mikroprocesory AT91SAM9M10,1 są przeznaczone do aplikacji multimedialnych. Są wyposażone w kontroler wyświetlacza LCD, ak- celerator operacji graficznych (2D) oraz sprzętowy dekoder sygnału wideo. Układ AT91SAM9M11 ma dodatkowo jednostkę szyfrującą (możliwa praca z algorytmem m.in. AES i 3DES) oraz generator liczb pseudolosowych. Mikroprocesory AT91SAM9G45,6 odznaczają się dużą pojemno- ścią wbudowanej pamięci SRAM (64 kB) oraz interfejsem do obsługi czujników obrazów. AT91SAM9G46 ma dodatkowo wbudowaną jed- nostkę szyfrującą oraz generator liczb pseudolosowych. Układy AT- 91SAM9M11 i AT91SAM9G46 mają być w produkcji pod koniec 2010 roku. Maciej Gołaszewski, EP maciej.golaszewski@ep.com.pl
Artykuł ukazał się w
Wrzesień 2010
DO POBRANIA
Pobierz PDF Download icon
Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik wrzesień 2020

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio październik 2020

Świat Radio

Magazyn użytkowników eteru

Automatyka Podzespoły Aplikacje wrzesień 2020

Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna wrzesień 2020

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Praktyczny Kurs Elektroniki 2018

Praktyczny Kurs Elektroniki

24 pasjonujące projekty elektroniczne

Elektronika dla Wszystkich wrzesień 2020

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów