Mikrokontrolery s architekturou RISC (Reduced Instruction Set Computing) dominují v segmentech trhu, kde je rozhodující nízká spotřeba a vysoký výkon. Mikrokontrolery Arm Cortex-M33 od NXP Semiconductors jsou navrženy tak, aby byly energeticky účinné a nabízely dostatečný výpočetní výkon. Jsou ideální volbou pro širokou škálu aplikací jako je například průmyslové řízení, chytrá domácnost, nositelná zařízení nebo internet věcí. Cortex-M33 MCU podporuje Arm Embedded Application Binary Interface (EABI), který zajišťuje binární kompatibilitu s ostatními procesory Cortex-M. Díky tomu jsou schopny spouštět stávající kód Cortex-M bez úprav. Tato kompatibilita poskytuje přístup ke stávajícím softwarovým nástrojům, knihovnám a middlewaru.

Portfolio MCX od NXP

NXP je jedním z předních výrobců Arm MCU. Své portfolio MCX se stalo základem pro Edge zařízení napříč průmyslovými a IoT trhy.

MCX MCU obsahují dvě produktové řady:

• MCX N Series – průmyslové a IoT MCU s duálními jádry Cortex-M33 pracujícími až na 150 MHz a s jednotkou eIQ Neutron Neural Processing Unit (NPU) pro zrychlení strojového učení. Tyto vysoce výkonné MCU s nízkou spotřebou obsahují inteligentní periferie a akcelerátory, které umožňují multitasking a efektivní výkon.
• MCX A Essential Series - produktová řada jednojádrových MCU Cortex-M33 optimalizovaných tak, aby poskytovaly kritické funkce pro aplikace, kde jsou klíčovými faktory pokročilé analogové funkce jako jsou vysoce přesné datové převodníky.

Řada MCX A (obrázek 1) podporuje širokou škálu aplikací jako je průmyslová komunikace, inteligentní měření, automatizace a řízení, senzorika a bateriová zařízení.

Obrázek 1: Mikrokontroler řady MCX A od NXP. (Zdroj obrázku: NXP)

Každý MCU řady MCX A obsahuje výběr chytrých periferií, které jsou schopny pracovat nezávisle na CPU, a to mu umožňuje pracovat na nižší frekvenci a se sníženou spotřebou energie.

Jaké periferie jsou k dispozici v řadě MCX A:

• Sériová komunikace s vestavěnými buffery, programovatelným rozsahem sběru dat a DMA
• Analogově-digitální převodník smíšeného signálu (ADC)
• Digitálně-analogový převodník (DAC)
• Operační zesilovač s vestavěnou inteligencí pro průměrování a detekci špiček
• FlexPWM (pulzně šířkový modulátor) s řízením mrtvého času a enkodérem pro motorové aplikace

Jednotky MCU MCX A jsou také vybaveny jednotkou správy napájení (PMU), která umožňuje dynamické škálování napětí a frekvence (DVFS) a adaptivní řízení výkonu (APC) pro optimalizaci spotřeby energie podle pracovního zatížení a provozních podmínek. MCU obsahují 64 KB nebo 128 KB flash paměť a 16 KB nebo 32 KB SRAM paměť. Všechna data RAM lze uchovat až do režimu hlubokého vypnutí. 4 KB řadič mezipaměti s nízkou spotřebou energie (LPCAC) připojený ke sběrnici Cortex-M33 zajišťuje dostupnost dat a instrukcí s nízkou latencí. Dostupnost sběrnice pro ostatní periferie je vylepšena, protože výkon procesoru lze oddělit od výkonu systémové paměti. Tato funkce optimalizuje výkon I/O a rychlost zpracování dat pro aplikace snímání a řízení. Mikrokontrolery MCX A pracují na frekvenci 48 MHz pro řadu A14x a 96 MHz pro řadu A15x. MCX A používá napájecí subsystém LDO, který může pracovat od 1,7 V do 3,6 V.

Režimy nízké spotřeby:

• 59 µA/MHz (3 V, při +25 °C) v aktivním režimu běžící Coremark z interní Flash paměti
• 6,5 µA Deep Sleep, 10 µs probuzení s plnou retencí SRAM, 3 V při +25 °C
• Méně než 400 nA při hlubokém vypnutí s probuzením do 2,78 ms

Mikrokontrolery MCX A obsahují řadič USB s plnou rychlostí a s integrovaným PHY, který umožňuje připojení k počítačům a dalším zařízením. Subsystém USB obsahuje ISP programování prostřednictvím spouštěcí paměti ROM a produkty lze aktualizovat přímo v terénu pomocí rozhraní USB. V závislosti na modelu lze využít 26 až 52 pinů pro vstupy/výstupy (GPIO). Sériová komunikační rozhraní zahrnují jeden I²C, dva SPI a tři UARTy. Součástí jsou také tři 32bitové časovače, které jsou schopny generovat komplementární páry PWM, spolu s jedním časovačem s nízkou spotřebou. Napájecí napětí se pohybuje od 1,71 do 3,6 V a provozní teplota je od -40 °C do +125 °C.

Například A14x-Series MCXA143VLH má 52 GPIO pinů a pracuje až do 48 MHz se 128 KB flash pamětí a 32 KB SRAM v pouzdře LQFP64. A15x-Series MCXA152VFT má také 52 GPIO pinů, ale pracuje na frekvenci až 96 MHz, s 64 KB flash pamětí a 16 KB SRAM v pouzdře QFN48.

Využití MCUXpresso

Výše uvedené MCU poskytují rovnováhu mezi cenou, výkonem a energetickou účinností. Tato řada využívá výhody MCUXpresso Developer Experience k hladkému procesu vývoje.

Platforma MCUxpresso zahrnuje:

• MCUxpresso IDE - integrované vývojové prostředí, které podporuje editaci kódu, kompilaci, ladění a flash programování
• MCUxpresso Config Tools - sada grafických nástrojů, které pomáhají vývojářům konfigurovat piny, hodiny, periferie a bezpečnostní funkce
• MCUxpresso SDK - sada pro vývoj software, která poskytuje drivery, middleware, knihovny a příklady

Vývojová deska FRDM-MCXA153 pro řadu MCX A (obrázek 2) je navržena pro rychlé prototypování a vývoj aplikací využívajících mikrokontrolery A14x i A15x.

Obrázek 2: Vývojová deska FRDM-MCXA153. (Zdroj obrázku: NXP)

Tyto vývojové desky umožňují vytvořit snadno prototyp. Standardní hlavičky poskytují přímý přístup k I/O pro rychlé vyhodnocení. K dispozici je rozšíření pomocí Arduino Header, FRDM Header, Pmod a mikroBUS konektorů, které umožňují snadno přidávat další funkce a komponenty.

Součástí mikrokontrolerů jsou integrovaná sériová rozhraní s otevřeným standardem, externí flash paměť a vestavěný ladicí program MCU-Link s protokolem CMSIS-DAP. Je možné si vybrat z vývojových prostředí MCUXpresso pro Visual Studio Code, IDE MCUXpresso založeným na Eclipse od NXP nebo s IDE od IAR a Keil, které také nabízejí bezpečnostní certifikaci. NXP poskytuje úložiště Application Code Hub (ACH) s mnoha příklady software a ukázky kódu. Tyto příklady se spárují s SDK a lze k nim přistupovat přímo z IDE NXP nebo přes webové rozhraní ACH.

Závěr

Mikrokontrolery řady MCX A poskytují levné řešení s malými rozměry se základními funkcemi a inovativní architekturou napájení, díky tomu jsou vhodné pro širokou škálu vestavěných aplikací jako je inteligentní měření a automatizace. Mikrokontrolery, vyhodnocovací desky a platforma MCUXpresso je komplexní podpora, která zrychlí vývoj a uvedení produktu na trh.

Článek vyšel v originále na webu DigiKey.com