NXP erbjuder ett ekosystem för utveckling med Arm® Cortex®-M33

Cortex®-M33-processorer från Arm® är en serie högeffektiva microcontrollers (MCU) med låg strömförbrukning som erbjuder förbättrad säkerhet och digital signalbehandling. De är lämpliga för en mängd olika IoT-tillämpningar och inbäddade tillämpningar, men det kan vara utmanande att konstruera produkter med dessa microcontrollers, särskilt för utvecklare som inte är bekanta med Arm-arkitekturen. NXP Semiconductors, en ledande leverantör av microcontrollers baserade på Arm, strävar efter att underlätta den utmaningen med sin utvecklingsplattform MCUXpresso.

RISC-processorer (Reduced Instruction Set Computing) från Arm är dominerande inom marknadssegment som t.ex. smartphones och konsumentelektronik där låg strömförbrukning och hög prestanda är avgörande.

Processorerna Cortex-M33 är utformade för att vara energieffektiva och har lägen för att minska strömförbrukningen i både aktivt läge och viloläge. De kan driva många olika typer av tillämpningar, som t.ex. industriell styrning, smarta hem, bärbara enheter och IoT. De ger utvecklare förutsättningar för hög flexibilitet och skalbarhet men kräver även noggrann optimering för att uppnå den perfekta avvägningen mellan prestanda, strömförbrukning och storlek.

Microcontrollern Cortex-M33 stödjer EABI (Arm Embedded Application Binary Interface), som garanterar binär kompatibilitet med andra processorer av typen Cortex-M, vilket bidrar till att de kan köra befintlig kod för Cortex-M utan modifieringar. Kompatibiliteten ger tillgång till befintliga programverktyg, bibliotek och middleware.

MCX-portföljen från NXP

NXP är en av de främsta tillverkarna av microcontrollers baserade på Arm, inklusive produkter för allmänna funktioner och produkter som är specifika för bilindustrin. Företaget har i och med utökad skalbarhet och banbrytande produktfunktionalitet positionerat sin MCX-portfölj som grundläggande för enheter med låg strömförbrukning i molnkanten inom industri och IoT.

Microcontrollers ur MCX-portföljen består av två tydliga produktserier:

• Serien MCX N för industri och IoT med dubbla Cortex-M33-kärnor som arbetar med upp till 150 MHz och innehåller företagets eIQ® Neutron Neural Processing Unit (NPU) för accelerering av maskininlärning (ML). Den högeffektiva microcontrollern med låg strömförbrukning innehåller intelligenta kringkretsar och acceleratorer, vilket medför en effektiv prestanda och möjlighet att utföra flera funktioner samtidigt.
• MCX A Essential Series är ett produktsortiment med Cortex-M33 kärna som är optimerat för att tillhandahålla viktig funktionalitet i tillämpningar där avancerad analog funktionalitet, som t.ex. dataomvandling med hög noggrannhet, kostnadsbegränsningar och snabb marknadsintroduktion, är viktiga faktorer.

Artikeln fokuserar på microcontrollers i serien MCX A (figur 1) och deras utvecklingsverktyg. Serien MCX A har stöd för en stor mängd tillämpningar inom olika områden, som t.ex. industriell kommunikation, smart mätning, automation och styrning, givare och strömsnåla och batteridrivna enheter. Med en gemensam kärna och kringutrustning kan utvecklare dra nytta av förenklad programutveckling och migrering samt uppgraderingar.

Figur 1: En microcontroller ur serien MCX A från NXP. (Bildkälla: NXP)

Varje enhet i serien MCX A innehåller ett urval av smarta kringkretsar som kan användas oberoende av processorn, vilket gör att den kan arbeta med lägre frekvens och strömförbrukning. Kringkretsarna gör det möjligt för konstruktörer att använda mindre kapslingar, enklare kretskortskonstruktioner och minska systemets materialkostnader.

Inkluderade kringkretsar är:

• Seriell kommunikation med inbyggda buffertar, programmerbart område för datainsamling och DMA
• Analog- till digitalomvandlare (ADC) för blandad signal
• Digital- till analogomvandlare (DAC)
• Operationsförstärkare med inbyggd intelligens för detektering av medel- och toppvärde
• FlexPWM (pulsbreddsmodulator) med styrning av dödtid och kodare för motortillämpningar

Microcontrollers i serien MCX A har även en strömhanteringsenhet (PMU) som möjliggör dynamisk spännings- och frekvensskalning (DVFS) samt adaptiv strömstyrning (APC) för att optimera strömförbrukningen i enlighet med arbetsbelastningen och driftsförhållandena. Enheterna har 64 eller 128 kB flashminne och 16 eller 32 kB SRAM. All RAM-data kan bibehållas ner till djupt avstängningsläge.

En LPCAC (Low-Power Cache Controller) med 4 kB kopplad till kodbussen för Cortex-M33 garanterar att data och instruktioner finns tillgängliga med låg latens. Busstillgängligheten för övriga kringkretsar förbättras eftersom processorns prestanda kan frikopplas från systemminnets prestanda. Funktionen kan göra det lättare för utvecklare att uppnå bästa möjliga prestanda för in- och utgångar och bearbetning för givare och styrsystem.

MCX A-enheter arbetar vid 48 MHz för A14x-serien och vid 96 MHz för A15x-serien. MCX A har ett strömförsörjningsdelsystem med LDO utan kondensatorer som kan arbeta mellan 1,7 och 3,6 V. Enheterna har låg strömförbrukning i olika lägen:

• 59 µA/MHz (3 V, vid +25 °C) i aktivt läge med körning av Coremark från internt flashminne
• 6,5 µA djupt viloläge, 10 µs väckning med fullständigt bibehållet SRAM, 3 V vid +25 °C
• Mindre än 400 nA i djupt avstängningsläge med 2,78 ms väckning

MCX A-enheterna innehåller en USB-styrenhet för full hastighet med inbyggt PHY-lager, för att möjliggöra anslutning till datorer och andra enheter. Delsystemet för USB har inbyggd systemprogrammering (ISP) via boot-ROM och produkterna kan uppdateras på plats med hjälp av USB-gränssnittet.

Beroende på modell kan utvecklare dra nytta av 26 till 52 GPIO-stift (General Purpose Input/Output). De seriella kommunikationsgränssnitten omfattar en I²C, två SPI och tre UART. Här finns tre timers med 32 bitar som kan generera kompletterande PWM-par med införande av dödband, samt en timer med låg strömförbrukning. Matningsspänningen kan variera från 1,71 till 3,6 V och driftstemperaturen mellan -40 till +125 °C.

MCXA143VLH i A14x-serien har exempelvis 52 GPIO-stift och arbetar i upp till 48 MHz, med 128 kB flashminne och 32 kB SRAM i en LQFP64-kapsling. MCXA152VFT i A15x-serien har även den 52 GPIO-stift och arbetar i upp till 96 MHz, med 64 kB flashminne och 16 kB SRAM i en QFN48-kapsling.

Utnyttja MCUXpresso

MCU:erna ovan balanserar kostnad, prestanda och strömeffektivitet:. Med stöd för fler GPIO-stift kan konstruktörer dra nytta av mindre kapslingar och enklare kretskortskonstruktioner.

Serien drar nytta av MCUXpresso Developer Experience för att underlätta utvecklingsprocessen med programvara, verktyg och säker driftsättning för att påskynda konstruktionscykler och hjälpa utvecklare att skapa, felsöka och optimera tillämpningar. Plattformen MCUXpresso omfattar:

• MCUXpresso IDE - en integrerad utvecklingsmiljö med stöd för kodredigering, kompilering, felsökning och flash-programmering
• MCUXpresso Config Tools - en uppsättning grafiska verktyg som hjälper utvecklare att konfigurera stift, klockor, kringkretsar och säkerhetsfunktioner
• MCUXpresso SDK - en programutvecklingssats som innehåller en samling drivrutiner, middleware, bibliotek och exempel

Utvecklingskorten för serien MCX A från NXP, inklusive FRDM-MCXA153 (figur 2), är konstruerade för snabb framtagning av prototyper och utveckling av tillämpningar som använder både A14x och A15x.

Figur 2: Utvecklingskortet FRDM-MCXA153. (Bildkälla: NXP)

Kretskorten är små och kan enkelt integreras vid konstruktion av prototyper. Stiftlister enligt branschstandard ger enkel åtkomst till in- och utgångar för snabb utvärdering och snabb tillverkning av prototyper. Utökningsalternativ, som t.ex. stiftlister för Arduino®, stiftlister för FRDM, Pmod™ och mikroBUS™, gör det enkelt för utvecklare att lägga till ytterligare funktionalitet och komponenter.

Andra utvecklarvänliga funktioner är integrerade seriella gränssnitt med öppen standard, externt flashminne och ett inbyggt MCU Link-felsökningsverktyg med protokollet CMSIS-DAP. Utvecklare kan välja att arbeta med antingen MCUXpresso for Visual Studio Code eller MCUXpresso IDE från NXP som är baserat på Eclipse, eller med integrerade utvecklingsmiljöer från IAR och Keil som även erbjuder säkerhetscertifiering.

NXP tillhandahåller även Application Code Hub (ACH) med exempel på högnivåprogram, kodavsnitt och demonstrationsexempel. Exemplen är länkade till SDK och kan nås direkt från de integrerade utvecklingsmiljöerna från NXP eller via webbgränssnittet för ACH.

Sammanfattning

Microcontrollers i serien MCX A från NXP är en billig lösning med litet format för utvecklare, med viktiga funktioner och innovativ strömarkitektur som gör dem väl lämpade för många olika inbyggda tillämpningar som t.ex. smart mätning, automation och styrning samt enheter med låg strömförbrukning eller batteridrift. Microcontrollers från NXP, utvärderingskort och plattformen MCUXpresso kan göra det lättare för utvecklare att dra nytta av avancerade redigerings-, kompilerings- och felsökningsfunktioner för att innovera, optimera och nå ut på marknaden.