A GigaDevice 32 bites mikrovezérlői IoT alkalmazásokhoz – 2. rész
GD32® ARM® Cortex® M3
és M4 architektúra
A GigaDevice GD32®sorozatú eszközeivel vezető szerepet tölt be Kína nagy teljesítményű, 32 bites, általános célú mikrokontroller-piacán, első kínai gyártóként kínálva Arm® Cortex®-M3, Cortex®-M4 és Cortex®-M23 MCU-termékcsaládokat. Összesen több mint 200 millió kiszállított eszközzel, több mint 10 000 ügyféllel és 21 termékvonallal, több mint 320 elemes cikkszámválasztékkal a GigaDevice a piac élvonalában szereplő gyártók és alkalmazásaik széles köre számára kínál megoldásokat.
Az összes modell szoftverszinten kompatibilis egymással. Teljes mértékben megfelelnek a nagy teljesítményű, mainstream, valamint a belépő szintű beágyazott mikrovezérlős megoldások támasztotta követelményeknek; a könnyű használat mellett lehetővé teszik a költséghatékony fejlesztést. Írásunkban két termékvonal-újdonságot szeretnénk bemutatni, az energiatakarékos alkalmazások számára fejlesztett Cortex®-M23, valamit az ARM® világon kívüli ultra kis fogyasztású eszközök területén úttörő RISC-V architekturájú mikrovezérlő-családokat.
1. ábra A GigaDevice Arm® Cortex®-M23 termékvonal
GD32E230 Arm® Cortex®-M23 MCU-sorozat
Az Electronica 2018 kiállításon mutatta be a GigaDevice az Arm® Cortex®-M23 alapú MCU-k új GD32E230 sorozatát, amellyel a kis méretű, alacsony költségű és az energiahatékonyságot előtérbe helyező beágyazott alkalmazások számára kívánt megoldást nyújtani a cég. Ez a termékcsalád a GD32® MCU-vonal első Cortex®-M23 magon alapuló, 55 nm-es alacsony energiafelhasználású technológiával készülő, kiemelkedően költségtakarékos eszközeit kínálja. Kis méretével és fogyasztásával korszerű megoldást nyújtva helyettesítheti és fejlesztheti tovább a hagyományos 8 bites és 16 bites mikrokontrollereket, emellett újabb kiegészítő funkciókkal javítja az Arm® Cortex®-M0/M0+ alapú eszközök teljesítményét és energiahatékonyságát.
2. ábra A GigaDevice Arm® Cortex®-M23 demopanel
A GD32E230 MCU-sorozat 18 terméktípust kínál, LQFP48, LQFP32, QFN32, QFN28, TSSOP20 és QFN20 tokozásban 7 × 7 mm-től kezdve egészen le 3 × 3 mm méretig, miközben példátlan rugalmasságot nyújt a tervezők számára az intelligens alkalmazások kihívásainak gyors változáskövetésére. Az Arm® Cortex®-M23 az Arm® Cortex®-M0 és a Cortex®-M0+ utódja, amely felépítése a beágyazott mikroprocesszor-magok legújabb Arm®v8-M architektúráján alapul, támogatja annak teljes referencia-utasításkészletét, miközben kompakt kódolást tesz lehetővé. Ezenkívül megtartja a kompatibilitást az összes Arm®v6-M utasítással, ami lehetővé teszi a mérnökök számára az egyszerű migrációt Arm® Cortex®-M0 / M0+ processzorokról. Ezenkívül az új Arm® Cortex®-M23 mag független erőforrásokkal, például egyciklusú hardverszorzóval, hardverosztókkal, hardver-frekvenciaosztóval, beágyazott vektoros megszakításvezérlőkkel (NVIC) van felszerelve, javítva a hibakeresést és a nyomonkövethetőséget a fejlesztés egyszerűsítése érdekében. A későbbi termékek a TrustZone® technológia előnyeit is élvezhetik, amelynek célja a megbízható és nem megbízható szoftverek elkülönítése és a hardverszintű védelem, ezzel biztosítva a többszintű biztonsági követelmények teljesülését. A GD32E230 sorozatú termékek rendszerfrekvenciája akár 72 MHz is lehet, és 16–64 kB beágyazott Flash memóriával és 4–8 kB-os SRAM-mal vannak felszerelve. A legmagasabb frekvencián futtatva 55 DMIPS működési teljesítményt érhetnek el, és a CoreMark® teszt pontszáma eléri a 154 pontot. A Cortex®-M0 és Cortex®-M0+ termékek azonos frekvenciájához képest a Cortex®-M23 kód végrehajtási hatékonysága 40%-kal (M0), illetve 30%-kal (M0+) magasabb.
Az új GD32E230 sorozatú termékek nemcsak a nagy parancsfeldolgozási sebességgel tűnnek ki, hanem a számos flexibilis interfész révén a külvilággal való kapcsolattartásban is élen járnak. A chip kiviteltől függően akár öt 16 bites általános célú időzítővel, 16 bites alapidőzítővel és többcsatornás vezérlővel rendelkezhet, míg az univerzális interfész két USART-t, két SPI-t, két I2C-t és egy I2S vezérlőt tartalmaz. Ezenfelül rendelkezésre áll egy 16 bites fejlett időzítő – ez szolgálja ki a háromfázisú impulzusszélesség-modulációs (PWM) kimenetet. Jelkondicionáláshoz nagy sebességű rail-to-rail analóg feszültség-komparátor található a chipben, és a motorvezérléshez vagy egyéb ipari alkalmazási igények kiszolgálásához szükséges vegyes jelfeldolgozás támogatásához egy 12 bites 2,6 MSPS mintavételi frekvenciájú, többcsatornás, gyors A/D átalakító végzi az adatgyűjtést. A GD32E230 1,8–3,6 V széles feszültségtartományban táplálható, az I / O portok feszültségszintje akár 5 V lehet. Ez az újdonságként megjelenő feszültségdomén három energiatakarékos móddal támogatja az alacsony fogyasztást célzó energiagazdálkodást hordozható készülékekben. A teljes sebességű működésben, az összes periféria bekapcsolása mellett a maximális áramfelvétel csak 118 μA / MHz. Mélyalvás-módban az energiafogyasztás 86%-kal csökken, és a készenléti áram mindössze 0,7 μA, hiszen a telep csak a valós idejű órát (RTC) kell, hogy táplálja. A mikrokontroller 6 kV-os ESD-védelemmel és kiváló elektromágneses kompatibilitási (EMS) képességekkel rendelkezik, hogy megfeleljen a legtöbb ipari szintű megbízhatósági és hőmérsékleti szabványnak. Alkalmas ipari automatizáláshoz, motorvezérléshez, LED-es kijelzőhöz, háztartási gépekhez, továbbá elektronikus játékokhoz, intelligens városokhoz, valamint intelligens otthonokhoz, elektronikus fizetésekhez, elektromos járművekhez, drónokhoz, robotokhoz és egyéb IoT alkalmazásokhoz.
A korábbi GD32F130 / 150 és GD32F330 / 350 sorozatú MCU-kal való hardveres és szoftveres kompatibilitás útján biztosított a felhasználók számára, hogy könnyen válthassanak a GD32® belépő szintű termékek között, a fejlesztési rugalmasság és a könnyű használat érdekében.
3. ábra A GigaDevice Arm® Cortex®-M23 architektúra
GD32V RISC-V MCU-sorozat
A GigaDevice másik újdonsága az Arm® Cortex® alapú mikrokontrollerek világán kívül a nyílt forráskódú, RISC-V alapú GD32V sorozatú 32 bites általános célú MCU-család. A GigaDevice teljes fejlesztőeszköz-támogatást nyújt az MCU-chipektől a szoftverkönyvtárakig és a fejlesztőkészletekig, ezáltal hozva létre egy erős RISC-V fejlesztési ökoszisztémát. A GD32® MCU-család első RISC-V magon alapuló új GD32VF103 eszköze a mainstream elvárásokhoz lett tervezve, költséghatékony és innovatív választást biztosít, miközben kiegyensúlyozott adatfeldolgozási teljesítménnyel lép ki a piacra. Az új termékek 14 kivitelben kaphatók, QFN36, LQFP48, LQFP64 és LQFP100 tokozásban, és teljes mértékben szoftver- és lábkiosztás-kompatibilisek a meglévő GD32® MCU-kal. Ez az egyedülálló és innovatív kialakítás felgyorsítja a GD32®Arm® mag köré épült GD32® MCU-változatok és az új RISC-V alaptermékeire épülő tervezések fejlesztési ciklusát, a termékválasztást és a kódhordozást rugalmassá és egyszerűvé téve. Az új termékeket kifejezetten a beágyazott alkalmazások területére szánják, kezdve az ipari vezérléssel, a fogyasztói elektronikán keresztül, a feltörekvő IoT iparágig, az „edge computing”-tól a mesterséges intelligencia programozásáig. A GD32VF103 MCU-sorozat a nyílt forráskódú RISC-V utasításkészlet architektúráján alapuló új Bumblebee processzormag köré épült. A GD32V eszközöket a GigaDevice a Nuclei System Technology, Kína vezető RISC-V processzormaggyártója segítségével fejlesztette ki, kereskedelmi forgalomba helyezhető RISC-V processzormagot kínálva ezzel az IoT és az ultra-alacsony energiafelhasználású alkalmazások számára. A Bumblebee mag egy 32 bites RISC-V nyílt forráskódú utasításkészlet-architektúrát használ, és támogatja az egyedi utasításokat a megszakításkezelés optimalizálása érdekében. A mikrokontroller 64 bites valós idejű időzítővel (RTC) van ellátva, és a RISC V szabvány által meghatározott időzített megszakításokat is képes generálni.
A 16 egymásba ágyazott megszakítási szintet, prioritást, vektoros feldolgozási mechanizmust és több tucatnyi külső forrást kezelni képes programozható interruptkontroller segíti a fejlesztést. Az alacsony fogyasztást támogató egység kétszintű alvó üzemmóddal biztosítja a készenléti áramfelvétellel és az éledési idővel szemben támasztott elvárások egyensúlyát. A mag támogatja a RISC-V interaktív hibakeresési szabványokat a hardvertöréspontokhoz szabványos JTAG debug interfészen keresztül. Ezenkívül a Bumblebee mag támogatja a RISC-V szabványos fordítási eszközkészletét, és együttműködik a Linux / Windows grafikusan integrált fejlesztési környezettel is.
A Bumblebee magját kétlépcsős, változó hosszúságú pipeline-mikroarchitektúra jellemzi, és ezzel az alacsony fogyasztású és költségű megoldással is képes elérni a hagyományos háromlépcsős pipeline architektúra teljesítményét és frekvenciáját. Ezek a szolgáltatások lehetővé teszik a GD32VF103 MCU-sorozat számára, hogy akár 153 DMIPS sebességgel működjön a legmagasabb frekvencián, és a CoreMark® teszt során 360 teljesítménypontot érjen el, ami 15%-os teljesítménynövekedést jelent a GD32®Cortex®-M3 maghoz képest. Ugyanakkor a dinamikus energiafogyasztás 50%-kal, a készenléti energiafogyasztás pedig 25%-kal csökken.
A GD32VF103 sorozatú RISC-V MCU-k 108 MHz órajellel, 16–128 kB beépített Flash memóriával és 6–32 kB SRAM-gyorsítótárral rendelkeznek. A szabadalmaztatott gFlash® technológia biztosítja, hogy a Flash memória tartalmát várakozás nélkül (0 WAIT-STATE) el lehessen érni.
4. ábra A GigaDevice GD32V RISC-V termékvonal
A chip tápfeszültsége 2,6–3,6 V között bármi lehet, és az I / O portok 5 V feszültségszinten is működtethetők. A mag tartalmaz egy 16 bites időzítőt, amely támogatja a háromfázisú PWM kimeneteket, és a Hall-érzékelő interfészt vektoros motorvezérléshez. Ezenkívül négy 16 bites általános célú időzítőt, két 16 bites alapidőzítőt és két többcsatornás DMA vezérlőt tartalmaz. Az újonnan tervezett megszakítás-vezérlő (ECLIC) akár 68 külső interrupt eszközt is képes kezelni, amely 16 programozható prioritási szinten ágyazható egymásba a nagy teljesítményű valós idejű vezérlések teljesítményének növelésére.
Ezenfelül az új MCU-k számos perifériális erőforrással is rendelkeznek, 3 USART, 2 UART, 3 SPI, 2 I2C, 2 I2S, 2 CAN2.0B, 1 USB 2.0 FS OTG és egy külső buszbővítő-vezérlő (EXMC) például külső NOR Flash és SRAM memória csatlakoztatásához. Az újonnan kialakított I2C interfész támogatja a Fast Plus (Fm+) módot is, amely akár 1 MHz (1 MB / s) frekvenciájával kétszer nagyobb sebesség elérésére képes. Az SPI interfész támogatja a négyvezetékes kialakítást és további átviteli módokat, könnyen kiterjeszthető a Quad SPI-ra a nagy sebességű NOR Flash hozzáférésekhez. Ezenkívül a beépített USB 2.0 FS OTG interfész több üzemmódban működik, mint például a Device, HOST és OTG módok.
Az új termék két 12 bites nagysebességű A/D átalakítót integrál, amelyek mintavételi sebessége akár 2,6 MSPS is lehet, és ezek egészen 16 csatornáig biztosítanak feszültségmérést (A/D) 16 bites hardveres túl-mintavételezési szűréssel és konfigurálható felbontással. Rendelkezésre áll két 12 bites D/A konverter is. A GPIO-k 80%-a opcionális funkciók széles választékával is rendelkezik és támogatja a portok átcímzését, megfelelve a szokásos alkalmazások támasztotta igényeknek, rugalmas és gazdag csatlakozási lehetőségeket biztosítva a vezérlés számára.
Endrich Bauelemente Vertriebs GmbH
Sales Office Budapest
1191 Budapest, Corvin krt. 7–13.
Tel.: + 36 1 297 4191
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
www.endrich.com
A GigaDevice 32 bites mikrovezérlői IoT alkalmazásokhoz – 1. rész
A GigaDevice 32 bites mikrovezérlői IoT alkalmazásokhoz – 3. rész
A GigaDevice 32 bites mikrovezérlői IoT alkalmazásokhoz – 4. rész
A GigaDevice 32 bites mikrovezérlői IoT alkalmazásokhoz – 5. rész
A GigaDevice 32 bites mikrovezérlői IoT alkalmazásokhoz – 6. rész
A GigaDevice 32 bites mikrovezérlői IoT alkalmazásokhoz – 7. rész
