GigaDevice 32 bites mikrokontroller újdonságok IoT alkalmazásokhoz

A GigaDevice GD32 sorozatú eszközeivel vezető szerepet tölt be Kína nagyteljesítményű, 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 cikkszám választékkal a GigaDevice a piac élvonalában szereplő gyártók és alkalmazásaik széles köre számára kínál megoldásokat. Az összes modell szoftver szinten kompatibilis egymással. Teljes mértékben megfelelnek a nagy teljesítményű, mainstream valamint a belépő szintű beágyazott mikrovezérlős megoldások támasztotta követelményekhez; lehetővé teszik a költséghatékony fejlesztést, könnyű használat mellett. Írásunkban az ARM világon kívüli ultra kis fogyasztású eszközök területén úttörő RISC-V architektúrájú mikrovezérlő családot szeretnénk bemutatni, ami a nürnbergi Embedded World 2020 kiállításre az Endrich által létrehozott IoT infrastuktúra központi vezérlőelemeként is bemutatkozik.

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 szoftver könyvtárakig és a fejlesztő készletekig, így 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 biztosítva, 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 dizájnok 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 programozásig. A GD32VF103 MCU sorozat a nyílt forráskódú RISC-V utasításkészlet architektúrán alapuló új Bumblebee processzor mag köré épült. A GD32V eszközöket a GigaDevice a Nuclei System Technology, Kína vezető RISC-V processzormag gyártója 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 felszerelve, 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 interrupt-kontroller 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 hardver töréspontokhoz 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 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 108MHz órajellel, 16KB-128KB beépített FLASH memóriával és 6KB-32KB- SRAM-gyorsítótárral rendelkeznek. A szabadalmaztatott gFlash® technológia biztosítja, hogy a Flash memória tartalmát várakozás nélkül (0 WAIT-STATE) el lehessen érni. A chip tápfeszültsége 2,6–3,6 V között bármi lehet, és az I / O portok 5 V feszültségszinten is működtethetők. A mag fel van szerelve egy 16 bites időzítővel, mely 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 megszakításvezérlő (ECLIC) akár 68 külső interrupt eszközt kezel, mely 16 programozható prioritási szinten ágyazható egymásba a nagy teljesítményű valós idejű vezérlések teljesítményének növelésére.Ezen felül 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 csatlakoztatáshoz.. Az újonnan kialakított I2C interfész támogatja a Fast Plus (Fm +) módot is, mely 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 IoT infrastruktúra bemutató az Embedded World 2020 kiállításon Nürnbergben

Az Endrich GmbH által az Embedded World 2020 kiállításra fejlesztett online szenzorhálózati infrastruktúra minden komponense a cég által képviselt gyártók alkatrészeiből épül fel. Mint az általános felépítésű „Internet of Things” láncok esetében megszokott, az egyik oldalon itt is különböző fizikai mennyiségek érzékelésére, mérésére alkalmas szenzorok, a másik végponton pedig ezek adatainak vizuális megjelenítésére szolgáló eszközök találhatóak. A köztes elemek természetesen bonyolult hálózati megoldásokat igényelnek, a szenzorok adatait össze kell gyűjteni, azokat megfelelő módon előzetesen fel kell dolgozni és valamilyen kommunikációs csatornán keresztül el kell juttatni egy felhő alapú adatbázisba, ahonnan aztán majd feldolgozás után azok megjeleníthetők, vagy valamilyen célra felhasználhatók.

A komplett infrastruktúrával szemben az iparági elvárások sokrétűek, az eszközök olcsósága, a telepítési és az üzemeltetési költségek minimalizálása, a telepes működtetés sokszor évekre való biztosítása komoly technológiai erőforrásokat igényel, amit a komponens beszállítók csak komoly támogatási készség és szaktudás mellett képesek kiszolgálni. A mikrovezérlő kiválasztása az első feladat, ezzel szemben az elsődleges elvárás a szenzorok könnyű illeszthetősége miatt fontos nagyszámú kommunikációs interfész (GPIO, I2C, SPI, RS232, RS485, CAN, LIN stb) jelenléte, a kis fogyasztás és a jó szoftverellátotsság. Ezeknek a paramétereknek tökéletesen megfelel a GigaDevice ebben a cikkben korábban bemutatott Risc-V architektúrájú mikrokontrollere, melyhez nem szükséges az ARM licensz megléte, így komoly költségmegtakarítás érhető el anélkül, hogy az a teljesítmény kárára menne. Az elsősorban szigetüzemben használatos IoT végpontokon az egyetlen lehetőség a lítium-elemes táplálás, mely elváráshoz ez a mikrokontrollercsalád kis fogyasztásával jól illeszkedik.

A mikrokontroller és a szenzoradatok későbbi felhasználásáig való tárolására alkalmazott – általában felhő alapú – adatbázis közötti átvitelt ismételten csak speciális eszközökkel kell megvalósítani. Ez az adatátvitel leggyakrabban valamely vezeték nélküli kisfogyasztású hosszú hatótávolságú (LPWA) technológián alapul, melyekről bővebben a lap előző számában írtunk.

Az Endrich IoT koncepció ennek a rendszernek a bemutatására egy GSM alapú keskenysávú kommunikációs modullal felszerelt mikrokontrolleres szenzortáblát (Sensor and Communication Board), és a mögöttes felhő alapú hálózati infrastruktúrát tartalmaz (Endrich Cloud Database Service).

Endrich IoT infrastruktúra

Az Everlight látható tartományban működő környezeti fényérzékelő szenzora (Ambient Light Sensor, ALS), a Tateyama hőmérséklet érzékelő szenzora (NTC) , a TDK-Micronas mágneses (Hall) szenzora és a Sensolute miniatűr rezgésszenzora által szolgáltatott adatokat a Gigadevice új fejlesztésű Risc-V mikrokontrollere gyűjti össze, majd küldi el vezetéknélküli kommunikációs csatornán a szerverre. A kommunikációs csatornát a Fibocom MA510 modulja biztosítja, mely mind az NB-IoT mind a GPRS hálózatot képes használni, és UDP csatornán keresztül eljuttatni az adatokat az azok tárolására – az Endrich partnerei számára – készített Endrich Cloud Database Szerverre. Természetesen nincs szükség fizikailag ekkora panelre a valóságban, ez csak demonstrációs célokra készült. Ahhoz, hogy teljes értékű – a fenti megoldással egyenértékű – kompakt megoldást is be tudjunk mutatni, elkészítettük az IoT végpontunkat Arduino kiosztással kompatibilis SBC-k kommunikációs pajzsaként is.

Endrich Bauelemente Vertriebs GmbH