Renesas RA0E1 MCU מקל על אתגר התכנון מחיר-לעומת-ביצועים

קבלת "אור ירוק" וההצלחה של יישומים אלקטרוניים יכולות להסתכם בעניין של פרוטות. לכן בעת בחירת יחידת המיקרו-בקר (MCU) הנכונה, מהנדסים מתמודדים לעתים קרובות עם האתגר המייסר של איזון בין ביצועים ומחיר. Renesas Electronics Corporation מתכוונת להפוך את הבחירה הזו לקלה יותר עם יחידת מיקרו-בקר מבוססת ®Arm‏ בעלת הספק אולטרה-נמוך המיועדת עבור יישומים משובצים רגישים לעלות.

קשה להפריז בלחץ על מהנדסים לפתח יישומי עלות-נמוכה, שהם בעלי נצילות-הספקית. סוגיות תחרותיות, ציפיות צרכנים ולקוחות עסקיים, והקצב המהיר של החדשנות מגדילים את הסיכויים שאפילו טעות קטנה בחישוב העלויות של המוצר המוגמר או הביצועים של המיקרו-בקר יכולים לפגוע בהצלחה.

המיקרו-בקר הוא רק רכיב אחד, אך יש לו חשיבות קריטית בחישוב העלויות הכוללות של המערכות. קח בחשבון שהפרש מחיר של 50 סנט ליחידה יכול להסתכם בתוספת של $50,000 נוספים בייצור סדרתי מתוכנן של 100,000 מוצרים סופיים.

זה עלול להיות רק קצה הקרחון: בנוסף לעלות ליחידה בפועל של המיקרו-בקר, מפתחים חייבים לקחת בחשבון מגוון גורמי עלות-נסתרת פוטנציאליים היכולים להיות בעלי השלכות על תקציבי פרויקטים כמו:

• דמי רישוי עבור כלי תוכנה וסביבות פיתוח
• זמן הדרכה
• בדיקה ואיתור תקלות
• הצורך ברכיבים היקפיים
• יצירת קושחה
• ניהול הספק
• תאימות והסמכה

אפילו עבור סדרות ייצור קטנות יותר, בהן הפרשי המחיר של המיקרו-בקר אינם מסתכמים לסכומים גדולים, העלויות הנוספות הנלוות לרוב יהיו יקרות יותר יחסית בשל פחת על פני מספר קטן יותר של יחידות ייצור. זה יכול להפוך את אישור הפרויקט למועד לכישלון.

צריכת הספק וניהול תרמי יכולים לסבך את הבחירה של המיקרו-בקר המתאים.

ככל שהמיקרו-בקר צורך יותר הספק, כך סביר יותר שהמתכנן יצטרך לכלול רכיבים נוספים ואולי סוללות יקרות יותר עבור יישומים ניידים ונישאים. באופן דומה, ככל שצריכת ההספק גבוהה יותר, ייווצר יותר חום ואולי תידרשנה טכניקות קירור נוספות.

אף אחד לא רוצה לשלם יותר עבור רכיבים המספקים ביצועים גבוהים מהנדרש. אך גם אף אחד אינו רוצה ליצור יישום שביצועיו נמוכים מהנדרש כשנפרס. לכן השגת האיזון האופטימלי בין עלות לביצועים יכולה לגרום להצלחה או כשילון של יישום.

השגת האיזון האופטימלי

הבחירה של מיקרו-בקר חייבת כמובן לעמוד בדרישות המאפיינים והפונקציונליות הספציפיות של היישום המתוכנן. אבל היא גם צריכה להתאים לתקציב הרצוי, במיוחד ככל שזה נוגע ליישום‏ רגיש למחיר. זה דורש למצוא את השילוב האופטימלי של ביצועים, צריכת הספק ורכיבים היקפיים משולבים.

יישומים מסוימים הם רגישים יותר למחיר מאחרים. לדוגמה, התקני IoT‏ עבור הבית מתמודדים לעתים קרובות עם לחץ תמחור תחרותי אינטנסיבי, דבר המשקף את ציפיות הצרכנים להתקנים בעלות נמוכה יותר. יישומי אוטומציה תעשייתית דורשים בדרך כלל התקנים חזקים יותר ואמינים במידה רבה לשימוש ללא השגחה לעתים קרובות, אבל עדיין סביר להניח שהם מתחרים על מחיר ושיקולים אחרים.

מציאת האיזון הנכון בין מחיר וביצועים מתחילה עם בחירת המיקרו-בקר המתאים העומד בדרישות ביצועים, נצילות הספקית ומספק גמישות למתכנני יישומים.

בדרך כלל יישומים בעלי ביצועים גבוהים יותר מספקים עוצמת עיבוד רבה יותר, מהירויות שעון גבוהות יותר, ואת היכולת לבצע משימות מורכבות יותר. מיקרו-בקרים יקרים יותר אלה משלבים בדרך כלל מספר רכיבים היקפיים, מקטינים את הצורך ברכיבים נוספים, אם כי לעתים קרובות עם הוצאות גבוהות יותר עבור פיתוח תוכנה וניפוי באגים.

מיקרו-בקרים המתוכננים עבור יישומים רגישים לעלות באים לעיתים קרובות עם הנטל של פחות רכיבים היקפיים משולבים, זיכרון מוגבל וגמישות תכנון פחותה. עם זאת, הם מציעים את היתרון של‏ צריכת הספק מופחתת וחיי סוללה ארוכים יותר.

Renesas מציעה מיקרו-בקרים עשירים במאפיינים עבור יישומים רגישים למחיר

במטרה לפשט את תהליך הבחירה עבור יישומי עלות-נמוכה, Renesas מציעה את קבוצת ה-RA0E1, מיקרו-בקר עשיר במאפיינים עם צריכת הספק נמוכה ביותר ורכיבים היקפיים ממוטבים, שמספק למפתחים דרך לשפר את התכנים שלהם עם מפרט חומרים (BOM) מצומצם.

מיקרו-בקרי RA0E1, הבנויים עם ליבת‏ Arm Cortex-M23 יעילה-אנרגטית ומערך מרשים של‏ קוצבי-זמן משולבים, תקשורת טורית, פונקציות אנלוגיות ופונקציות אבטחה ובטיחות, מיועדים ישירות לשוק היישומים הרגישים לעלות.

ה-Arm Cortex-M23 תוכננה כמעבד‏ bit‏-32‏ ברמה בסיסית עבור פעולה חסכונית באנרגיה. עם ארכיטקטורה פשוטה שקלה ללימוד ותכנות, ליבת MPU זו משלבת טכנולוגיית אבטחה TrustZone של Arm, מאפייני איתור באגים ומעקב כדי לאבחן ולמטב יישומים, ותמיכה במצבי צריכת הספק נמוכה חסכוניים באנרגיה.

ה-RA0E1 צורך זרם‏ של ‎84.3 μA/MHz‏ במצב פעיל ו-‎0.82 mA‏ במצב שינה, מה שהופך אותו למתאים במיוחד עבור יישומים המופעלים באמצעות סוללות ורגישים לאנרגיה. סט המאפיינים שלו מספק רב-תכליתיות ויעילות עבור יישומים מגוונים, כולל אלקטרוניקה לצרכנים, אוטומציה תעשייתית, התקני IoT מאובטחים‏, אוטומציה בבניינים ומכשירי חשמל ביתיים קטנים.

עם‏ מתח אספקה בתחום מ-‎1.6 V עד 5.5‎ V‏, מתכננים יכולים להשתמש ב-RA0E1 ללא הצורך להשתמש במסיט רמה (level shifter) או מייצב מתח במערכות של ‎5 V. ה-RA0E1 משלב‏ גם מתנד דיוק-גבוה משובץ, מה שמאפשר למתכננים להימנע מהצורך להוסיף מתנד עצמאי לתכנים שלהם. המתנד שלו משפר דיוק קצב תקשורת (baud rate accuracy) ושומר על דיוק של %‏1‏± בסביבות של 40°C- עד 105°C+.

המיקרו-בקרים המשלבים פונקציות מרובות בשבב יחיד יכולים להקטין דרסטית את הצורך ברכיבים נוספים. אינטגרציה זו מפשטת את התכנון, מקטינה את חתימת-השטח של ה-PCB, ובסופו של דבר מקטינה את עלות המערכת הכוללת. כדי לסייע בצמצום רכיבים היקפיים חיצוניים, ה-RA0E1 משלב רכיבים רבים, כולל:

• עד ‎64 KB‏ של‏ זיכרון Flash קוד (code flash) ו-12‎ KB SRAM מהירות-גבוהה עם סיבית‏ זוגיות
• רכיבים היקפיים אנלוגיים, כולל ממיר‏ ADC‏ bit‏-12‏, חיישן טמפרטורה ומתח ייחוס‏ פנימי
• רכיבי תקשורת היקפיים, כולל 3‏ ממשקי UART‏, ממשק UART אסינכרוני אחד, 3‏ ממשקים היקפיים טוריים מפושטים (SPIs), ‏IIC‏ ו-3‏ ‏IIC מפושטים‏
• מאפייני בטיחות, כולל SRAM בדיקת זוגיות‏, זיהוי גישה לא חוקית לזיכרון, זיהוי תדירות, בדיקת A/D, אחסון שאינו ניתן לשינוי, מחשבון‏ CRC, הגנת כתיבה לאוגר
• מאפייני אבטחה, כולל‏ ID ייחודי, מחולל מספר אקראי אמיתי (TRNG‏) והגנה מפני קריאת זיכרון Flash‏

סביבת הפיתוח ותאימות כלפי מעלה

Renesas מציעה למפתחים סביבת תכנון נפוצה,‏ את ה-Flexible Software Package הכוללת מנהלי-התקנים מוכנים לייצור, Azure RTOS‏, FreeRTOS ומחסניות תווכה (Middleware) אחרות. היא גם מספקת למפתחים מסלול להעברת היישומים שלהם למיקרו-בקרי RA חזקים יותר.

ליבות Arm‏ מתאפיינות ברמה גבוהה של תאימות. ה-Cortex-M23 משתמשת בסט הפקודות Armv8-M, שתואם עם סטים של פקודות הנמצאים בשימוש בארכיטקטורות ליבה Cortex-M אחרות.

מיקרו-בקרי Renesas RA01E הם תואמי פינים ורכיבים היקפיים עם קו מוצרי המיקרו-בקר ‏Renesas RA2E1, שבנוי סביב ליבת ‎48 MHz Arm Cortex-M23 המשלבת עד ‎128 KB‏ זיכרון Flash‏ קוד (code flash) ועד ‎16 KB SRAM‏. זה מספק את היכולת לשדרג תכנים הבנויים על ה-RA0E1 למיקרו-בקרים עם ביצועים גבוהים יותר.

Renesas מציעה גם את לוח האב-טיפוס המהיר FPB-RA0E1 (איור 1‏) להערכה, בניית אב-הטיפוס ופיתוח יישומים מבוססי מיקרו-בקר RA0E1.

איור 1: לוח ה-FPB-RA0E1 עבור בניית אב-טיפוס ליישומי מיקרו-בקר RA0E1. (מקור תמונה: Renesas)

לוח ההערכה כולל‏ ממשק Arduino UNO R3‏ ושני מחברי Pmod‏. נוסף לכך, מפתחים יכולים להפיק תועלת ממעגל‏ אמולטור ™SEGGER J-Link המאפשר כתיבה וניפוי-באגים של תוכניות ללא הצורך בכלים נוספים.

סיכום

ה-Renesas RA01E MCU מספק סט מרשים של מאפיינים והתקנים היקפיים לפיתוח יישומי הספק-אולטרה-נמוך רגישים לעלות מבלי להתפשר על מחיר לעומת ביצועים. הוא בא עם אפשרויות חיבור מרובות ומערכת אקולוגית עשירה זמינה עם סביבת פיתוח מקיפה היכולה לסייע ביצירת יישומים עם עלויות מפרט חומרים מופחתות ולספק נתיב ליישומים משודרגים בהמשך להתקנים עוצמתיים יותר.