Renesas RA0E1 MCU underlättar designutmaningen pris kontra prestanda

"Grönt ljus"-godkännande och framgång för elektroniska ansökningar kan handla om några ören. Det är därför som ingenjörer som väljer rätt mikrokontrollenhet (MCU) ofta ställs inför den svåra utmaningen att balansera prestanda och pris. Renesas Electronics Corporation vill göra det valet enklare med en Arm®-baserad MCU med extremt låg effekt som är avsedd för kostnadskänsliga inbyggda applikationer.

Det är svårt att överskatta trycket på ingenjörerna att utveckla strömsnåla applikationer till låg kostnad. Konkurrensfrågor, konsumenters och företagskunders förväntningar och den snabba innovationstakten ökar risken för att även en liten felbedömning av kostnaderna för den färdiga produkten eller MCU:ns prestanda kan undergräva framgången.

En MCU är bara en komponent, men den är av avgörande betydelse när det gäller att beräkna de totala systemkostnaderna. Tänk på att en prisskillnad på 50 cent per enhet kan innebära ytterligare 50.000 USD för en planerad produktion av 100.000 slutprodukter.

Det är kanske bara toppen av isberget: Förutom den faktiska kostnaden per enhet för MCU måste utvecklarna ta hänsyn till en mängd olika potentiella dolda kostnadsfaktorer som kan påverka projektbudgetarna, t.ex:

• Licensavgifter för mjukvaruverktyg och utvecklingsmiljöer
• Utbildningstid
• Testning och felsökning
• Behov av kringutrustning
• Skapande av firmware
• Strömhantering
• Efterlevnad och certifiering

Även för mycket mindre produktionsserier, där MCU-prisskillnaden kanske inte uppgår till ett stort belopp, kommer de relaterade merkostnaderna ofta att vara relativt sett dyrare på grund av amortering över ett mindre antal produktionsenheter. Det kan göra att projektgodkännande inte blir aktuellt.

Strömförbrukning och termisk hantering kan göra det svårt att välja rätt MCU.

Ju mer ström MCU:n förbrukar, desto mer sannolikt är det att konstruktören måste ta hänsyn till ytterligare komponenter och eventuellt dyrare batterier för mobila och bärbara applikationer. Ju högre strömförbrukningen är, desto mer värme genereras, vilket kan kräva ytterligare kylningstekniker.

Ingen vill betala för mycket för komponenter som ger mer prestanda än vad som behövs. Men de vill inte heller skapa en applikation som underpresterar när den driftsätts. Det är därför som den optimala balansen mellan kostnad och prestanda kan vara avgörande för om en applikation ska bli framgångsrik eller inte.

Uppnå optimal balans

Valet av MCU måste naturligtvis uppfylla de specifika egenskaperna och funktionskraven för den planerade applikationen. Men det måste också rymmas inom den önskade budgeten, särskilt när det gäller en priskänslig applikation. Det kräver att man hittar den optimala blandningen av prestanda, strömförbrukning och integrerad kringutrustning.

Vissa applikationer är mer priskänsliga än andra. IoT-enheter för hemmet, till exempel, utsätts ofta för hård prispress från konkurrenterna, vilket återspeglar konsumenternas förväntningar på enheter till lägre kostnad. Industriella automationsapplikationer kräver i allmänhet mer robusta och mycket tillförlitliga enheter för ofta obevakad användning, men konkurrerar ändå sannolikt med pris och andra överväganden.

Att hitta rätt balans mellan pris och prestanda börjar med att välja rätt MCU som uppfyller prestandakraven, är strömsnål och ger flexibilitet för applikationsdesigners.

Applikationer med högre prestanda ger vanligtvis mer processorkraft, högre klockfrekvenser och möjlighet att utföra mer komplexa uppgifter. De dyrare MCU:erna har ofta flera integrerade kringutrustningsenheter, vilket minskar behovet av extra komponenter, men ofta medför högre kostnader för mjukvaruutveckling och felsökning.

MCU:er som är konstruerade för kostnadskänsliga applikationer har ofta färre integrerade kringutrustningar, begränsat minne och minskad designflexibilitet. De har dock fördelen av lägre strömförbrukning och längre batteritid.

Renesas erbjuder funktionsrika MCU:er för priskänsliga applikationer

I syfte att förenkla urvalsprocessen för lågkostnadsapplikationer erbjuder Renesas RA0E1-gruppen, en funktionsrik MCU med extremt låg strömförbrukning och optimerad kringutrustning, som ger utvecklare ett sätt att förbättra sina konstruktioner med en reducerad "bill of materials".

RA0E1 MCU:erna är byggda med en energieffektiv Arm Cortex-M23-kärna och en imponerande uppsättning integrerade timers, seriekommunikation, analoga funktioner samt säkerhets- och trygghetsfunktioner och riktar sig direkt till marknaden för kostnadskänsliga applikationer.

Arm Cortex-M23 är en 32-bitars instegsprocessor för energisnål drift. MPU-kärnan har en enkel arkitektur som är lätt att lära sig och programmera och innehåller Arms säkerhetsteknik TrustZone, debug- och spårningsfunktioner för att diagnostisera och optimera applikationer samt stöd för energieffektiva lågeffektlägen.

RA0E1 har en strömförbrukning på 84,3 μA/MHz i aktivt läge och 0,82 mA i viloläge, vilket gör den mycket lämplig för batteridrivna och energikänsliga applikationer. Dess funktioner ger mångsidighet och effektivitet för olika applikationer, inklusive konsumentelektronik, industriell automation, säkra IoT-enheter, byggnadsautomation och små apparater.

Med en matningsspänning på mellan 1,6 V och 5,5 V kan konstruktörer använda RA0E1 utan att behöva använda en nivåskiftare eller spänningsregulator i 5 V-system. RA0E1 innehåller också en högprecisionsoscillator på chipet, vilket gör att konstruktörerna inte behöver lägga till en fristående oscillator i sina konstruktioner. Oscillatorn förbättrar baudhastighetsnoggrannheten och bibehåller en precision på ±1,0% i miljöer från -40°C till +105°C.

MCU:er som kombinerar flera funktioner i ett enda chip kan drastiskt minska behovet av ytterligare komponenter. Denna integration förenklar konstruktionen, minskar PCB-ytan och sänker i slutändan den totala systemkostnaden. För att minimera antalet externa kringutrustningar har RA0E1 integrerats med ett stort antal komponenter, bl.a:

• Upp till 64 KB integrerat flashminne för kod och 12 KB höghastighets-SRAM med paritetsbit
• Analoga kringutrustningar, inklusive en 12-bitars ADC, en temperatursensor och en intern referensspänning
• Kringutrustning för kommunikation, inklusive 3 UART-gränssnitt, 1 asynkront UART-gränssnitt, 3 förenklade seriella periferigränssnitt (SPI), 1 interintegrerad krets (IIC) och 3 förenklade IIC
• Säkerhetsfunktioner, inklusive SRAM-paritetskontroll, detektering av ogiltig minnesåtkomst, frekvensdetektering, A/D-test, oföränderlig lagring, CRC-kalkylator och registerskrivskydd
• Säkerhetsfunktioner som ett unikt ID, en TRNG-generator (true random number generator) och flashläsningsskydd

Utvecklingsmiljö och uppåtgående kompatibilitet

Renesas erbjuder utvecklare en gemensam designmiljö, Flexible Software Package, som innehåller produktionsfärdiga drivrutiner, Azure RTOS, FreeRTOS och andra middleware-stackar. Det ger också utvecklare en möjlighet att migrera sina applikationer till mer kraftfulla RA MCU:er.

Armkärnorna har en hög grad av kompatibilitet. Cortex-M23 använder Armv8-M-instruktionsuppsättningen, som är kompatibel med instruktionsuppsättningar som används av andra Cortex-M-kärnarkitekturer.

Renesas RA01E MCU:er är pin- och periferikompatibla med Renesas RA2E1 MCU:er, som är uppbyggda kring en 48 MHz Arm Cortex-M23-kärna med upp till 128 KB kodflash och 16 KB SRAM. Detta ger möjlighet att uppgradera konstruktioner som bygger på RA0E1 till MCU:er med högre prestanda.

Renesas erbjuder även FPB-RA0E1 Fast Prototyping Board (bild 1) för utvärdering, prototypframtagning och utveckling av RA0E1 MCU-baserade applikationer.

Figur 1: FPB-RA0E1-kortet för prototyptillämpningar av RA0E1-mikrokontroller. (Bildkälla: Renesas)

Utvärderingskortet innehåller ett Arduino UNO R3-gränssnitt och två Pmod-kontakter. Dessutom kan utvecklare dra nytta av en inbyggd SEGGER J-Link™-emulatorkrets som gör det möjligt att skriva och felsöka program utan att behöva ytterligare verktyg.

Sammanfattning

Renesas RA01E MCU har en imponerande uppsättning funktioner och integrerad kringutrustning för utveckling av kostnadskänsliga applikationer med extremt låg effekt utan att kompromissa med pris kontra prestanda. Den levereras med flera anslutningsmöjligheter och ett rikt ekosystem med en omfattande utvecklingsmiljö som kan hjälpa till att skapa applikationer med minskade kostnader för material och ge möjlighet att senare migrera applikationer till mer kraftfulla enheter.