NXP‏ מציעה מערכת פיתוח‏ אקולוגית ARM® Cortex®-M33‏

מעבדי ליבת Arm® Cortex®-M33 הם משפחה של מיקרו-בקרים (MCUs) ביצועים-עיליים, הספק-נמוך, המציעים אבטחה משופרת ויכולת עיבוד אותות דיגיטליים. הם מתאימים עבור‏ מגוון רחב של‏ יישומים משובצים ו-IoT‏, אך תכנון מוצרים עם מיקרו-בקרים אלה יכול להיות מאתגר, במיוחד עבור מפתחים שאינם מכירים את ארכיטקטורת ARM. חברת NXP Semiconductors,‏ ספקית מובילה של מיקרו-בקרים מבוססי-Arm‏, מתכוונת להקל על אתגר זה באמצעות פלטפורמת הפיתוח MCUXpresso שלה.

מעבד מחשוב סט פקודות מופחת (RISC) של Arm‏ שולט בפלחי שוק כגון טלפונים חכמים ואלקטרוניקה לצרכנים, היכן שהספק נמוך וביצועים-עיליים הם חיוניים.

מעבדי ה-Cortex-M33 מתוכננים להיות יעילים אנרגטית ולהציע אופני עבודה בהספק נמוך המפחיתים צריכת זרם אקטיבי ושינה, ויכולים להניע מגוון רחב של יישומים כגון בקרה תעשייתית, בית חכם, התקנים לבישים ו-IoT. הם מספקים למפתחים דרגה‏ גבוהה של‏ גמישות ומדרגיות (Scalability), אך גם דורשים מיטוב זהיר כדי להשיג את הפשרה האידיאלית בין ביצועים, צריכת הספק וחתימת-שטח.

מיקרו-בקרי Cortex-M33 תומכים ב-Arm Embedded Application Binary Interface‏ (EABI), שמבטיח תאימות בינרית עם מעבדי Cortex-M אחרים, תכונה המאפשרת להם להריץ קוד Cortex-M קיים ללא שינויים. תאימות זו מספקת גישה לכלי תוכנה, ספריות ותוכנת middleware קיימים.

פורטפוליו MCX של NXP

חברת NXP‏ היא‏ אחת היצרניות ‏המובילות של יחידות מיקרו-בקר מבוססות-Arm‏, כולל מוצרים למטרה כללית וספציפיים לתעשיית הרכב. היא מצבה את פורטפוליו ה-MCX שלה כבסיס להתקני קצה נצילים מבחינת הספק לרוחב שווקי ה-IoT והתעשייה, עם מדרגיות מורחבת ויכולות מוצר פורצות-דרך.

מיקרו-בקרי MCX מורכבים משני קווי מוצרים נפרדים:

• סדרת MCX N‏ של יחידות מיקרו-בקר תעשייתיות ו-IoT‏ הכוללות ליבות Cortex-M33 כפולות, עובדות בתדרים עד MHz‏ 150‏ וכוללות את ה-eIQ® Neutron Neural Processing Unit‏ (NPU) של החברה עבור האצת למידת מכונה(ML‏). יחידות MCU ביצועים-עיליים, הספק-נמוך, אלו משלבות רכיבים היקפיים ומאיצים חכמים, מספקות יכולות ריבוי משימות וביצועים יעילים.
• סדרת MCX A Essential, קו מוצרים של יחידות MCU עם ליבת Cortex-M33 יחידה, ממוטב לספק פונקציונליות קריטית עבור יישומים בהם יכולות אנלוגיות מתקדמות כגון ממירי נתונים דיוק-גבוה, מגבלות עלות וזמן יציאה לשוק מהיר הם שיקולי מפתח.

מאמר זה יתמקד ביחידות מיקרו-בקר MCX A (איור 1) ובכלי הפיתוח שלהן. סדרת ה-MCX A‏ תומכת במגוון‏ גדול של‏ יישומים לרוחב שווקים שונים, כולל תקשורת תעשייתית, מדידה חכמה, אוטומציה ובקרה, חיישנים והתקני הספק-נמוך ומוזני סוללה. עם ליבה‏ משותפת ורכיבים היקפיים, מפתחים יכולים להפיק תועלת מפיתוח תוכנה פשוט יותר, מעבר קל ושדרוגים.

איור 1: ייצוג של מיקרו-בקר מסדרת MCX A‏ של NXP. (מקור תמונה: NXP)

כל התקן מסדרת MCX A‏ כולל‏ מבחר של‏ רכיבים היקפיים חכמים המסוגלים לרוץ עצמאית מה-‏CPU, ובכך מאפשרים לו לפעול בתדר‏ נמוך יותר ועם צריכת הספק מופחתת. רכיבים היקפיים אלה מאפשרים למתכננים להשתמש‏ במארז קטן יותר, תכן לוח פשוט יותר ועלות מפרט חומרים (BOM) מערכת נמוכה יותר.

להלן רכיבים היקפיים כלולים:

• תקשורות טוריות עם חוצצים מובנים, טווח איסוף נתונים ניתן לתכנות ו-DMA
• ממיר אנלוגי-לדיגיטלי (ADC) אותות מעורבים
• ממיר דיגיטלי-לאנלוגי (DAC)
• מגבר שרת עם אינטליגנציה מובנית עבור מיצוע וגילוי שיא
• FlexPWM (מאפנן רוחב פולס) עם בקרת זמן מת ואנקודר עבור יישומי מנוע

יחידות ה-MCX A MCU‏ כוללות יחידת ניהול הספק (PMU) המאפשרת מתח דינמי ומדרוג תדירות (DVFS), ובקרת הספק מסתגלת (APC) כדי למטב צריכת הספק בהתאם לעומס ותנאי עבודה. ההתקנים כוללים 64‎ KB או 128‎ KB‏ של‏ זיכרון Flash‏ ו-‎16 KB‏ או ‎32 KB‏ של‏ SRAM‏—ניתן לשמור את כל נתוני ה-RAM עד למצב כיבוי עמוק.

‏בקר Low-Power Cache Controller‏ (LPCAC)‏ 4‎ KB המצורף לאפיק קוד Cortex-M33 מבטיח שנתונים ופקודות יכולים להיות זמינים עם‏ השהיה קצרה.  זמינות אפיק נתונים עבור רכיבים היקפיים אחרים‏ היא משופרת כיוון שביצועי המעבד יכולים להיות מופרדים מביצועי זיכרון מערכת. תכונה זו יכולה לעזור למפתחים להשיג את ביצועי העיבוד וה-I/O הטובים ביותר עבור יישומי חישה ובקרה.

התקני MCX A‏ עובדים ב-‎48 MHz‏ בסדרת ה-A14x ו-‎96 MHz‏ בסדרת ה-A15x. ה-MCX A‏ משתמש‏ת בתת-מערכת אספקת-כוח Capless LDO, שיכולה לעבוד מ-‎1.7 V עד ‎3.6 V. ההתקנים מתאפיינים בצריכת הספק נמוכה במצבי עבודה שונים:

• ‎59 µA/MHz‏ (‎3 V, ב-25‎°C+) במצב אקטיבי בהרצת CoreMark‏ מ-Flash פנימי‏
• 6.5‎ µA‏ שינה עמוקה, ‏‎10 µs‏ יקיצה עם שמירת SRAM‏ מלאה, 3‎ V ב-25‎°C+
• פחות מ-400‎ nA‏ בכיבוי עמוק עם יקיצה ב-2.78‎ ms

התקני MCX A‏ כוללים‏ בקר התקן USB מהירות-מלאה עם PHY על הלוח, שמאפשר חיבוריות למחשבי PC והתקנים אחרים. תת-מערכת ה-USB כוללת תכנות בתוך המערכת (ISP‏) דרך ה-Boot ROM‏, ומוצרים ניתנים לשדרוג בשדה תוך שימוש בממשק ה-USB.

בהתאם לדגם, מפתחים יכולים להפיק תועלת ‏מ-26 עד 52 פיני כניסה/יציאה למטרה כללית (GPIO‏). ממשקי תקשורת טורית כוללים I²C אחד‏, שני SPI ושלושה UART‏. כלולים שלושה טיימרים Bit‏-32‏ היכולים לחולל זוגות PWM משלימים עם הכנסת פס מת (deadband), יחד עם טיימר הספק-נמוך אחד. מתח האספקה יכול להיות בתחום מ-1.71 עד ‎3.6 V, וטמפרטורת העבודה היא מ-40°C- עד 125°C+.

סדרת ה-A14x‏ MCXA143VLH, לדוגמה, היא בעלת 52 פיני GPIO‏ ועובדת בעד MHz‏ 48‏, עם זיכרון Flash של 128‎ KB‏ ו-‏‎32 KB SRAM‏, במארז‏ LQFP64. סדרת ה-15x‏ MCXA152VFT היא גם כן בעלת 52 פיני GPIO‏ ועובדת בעד MHz‏ 96‏, עם זיכרון Flash של 64‎ KB‏ ו-‏‎16 KB SRAM‏, במארז‏ QFN48.

מינוף MCUXpresso

יחידות MCU אלו מספקות איזון בין עלות, ביצועים ונצילות. עם תמיכה ביותר פיני GPIO‏, מתכננים יכולים למנף מארזים קטנים יותר ותכני לוח פשוטים יותר.

הסדרה מנצלת את‏ ה-MCUXpresso Developer Experience כדי להחליק את תהליך הפיתוח עם תוכנה, כלים ו-Provisioning מאובטח כדי להאיץ מחזורי תכנון ולסייע למפתחים ליצור, לנפות שגיאות ולמטב יישומים. פלטפורמת ה-MCUXpresso כוללת:

• MCUXpresso IDE—‏סביבת פיתוח משולבת התומכת בעריכת קוד, הדרה, ניפוי-באגים ותכנות Flash‏
• MCUXpresso Config Tools—‏סט של כלים‏ גרפיים המסייע למפתחים להגדיר תצורה של הפינים, השעונים, הרכיבים ההיקפיים ומאפייני אבטחה
• MCUXpresso SDK—‏ערכת פיתוח תוכנה המספקת אוסף של‏ מנהלי-התקנים, חומרת-ביניים (Middleware), ספריות ודוגמאות

לוחות פיתוח NXP‏ עבור סדרת ה-MCX A‏, כולל ה-FRDM-MCXA153 (איור 2‏), מתוכננים עבור בנייה מהירה של אב-טיפוס ופיתוח של‏ יישומים תוך שימוש בשני המיקרו-בקרים A14x ו-A15x.

איור 2: לוח הפיתוח FRDM-MCXA153. (מקור תמונה: NXP)

לוחות אלה הם קומפקטיים, מאפשרים אינטגרציה קלה באבי-טיפוס תכנון. פסי-פינים בתקן-תעשייה מספקים גישת I/O קלה עבור הערכה מהירה ובניית אב-הטיפוס מהירה. אפשרויות הרחבה כמו פס-פינים ®Arduino,‏ פס-פינים FRDM‏, ™Pmod‏, ו-™mikroBUS מאפשרים למפתחים להוסיף בקלות פונקציות ורכיבים נוספים.

מאפיינים אחרים ידידותיים-למפתח כוללים ממשקים טוריים תקן-פתוח משולבים, זיכרון Flash חיצוני‏, ומנפה-באגים ‏MCU-Link‏ על-הלוח עם‏ פרוטוקול CMSIS-DAP. מפתחים יכולים לבחור לעבוד עם MCUXpresso עבור Visual Studio Code או MCUXpresso IDE מבוסס-Eclipse מבית NXP‏, או עם סביבות פיתוח משולבות (IDEs) מ-IAR‏ ו-Keil המציעות גם הסמכות בטיחות.

NXP‏ גם מספקת‏ מאגר Application Code Hub‏ (ACH) עם דוגמאות תוכנה מהרמה העליונה, יחידות code snippet והדגמות. דוגמאות אלו משתלבות עם ה-SDK וניתנות לגישה ישירה מסביבות פיתוח משולבות (IDEs) של NXP דרך ממשק האינטרנט ACH.

סיכום

מיקרו-בקרי סדרת MCX A של NXP ‏מספקים למפתחים פתרון‏ עלות-נמוכה, חתימת-שטח-קטנה, עם מאפיינים חיוניים וארכיטקטורת הספק חדשנית ההופך אותם למתאימים היטב עבור מגוון רחב של יישומים משובצים כגון מדידות חכמות, אוטומציה ובקרה והתקני הספק-נמוך/מוזני-סוללה. מיקרו-בקרים, לוחות הערכה ופלטפורמת ה-MCUXpresso של NXP יכולים לעזור למפתחים להפיק תועלת ממאפייני עריכה, הדרה ‏וניפוי-באגים מתקדמים כדי לחדש, לייעל ולצאת לשוק.