NXP นำเสนอระบบนิเวศการพัฒนา Arm® Cortex®-M33

คอร์โปรเซสเซอร์ Arm® Cortex®-M33 คือตระกูลไมโครคอนโทรลเลอร์ (MCU) ที่ใช้พลังงานต่ำและประสิทธิภาพสูงที่ให้ความปลอดภัยและความสามารถในการประมวลผลสัญญาณดิจิทัลที่เพิ่มขึ้น เหมาะสำหรับ IoT และการใช้งานแบบฝังที่หลากหลาย แต่การออกแบบผลิตภัณฑ์ด้วย MCU เหล่านี้อาจเป็นเรื่องที่ท้าทาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับนักพัฒนาที่ไม่คุ้นเคยกับสถาปัตยกรรม Arm ซึ่ง NXP Semiconductors เป็นผู้ให้บริการไมโครคอนโทรลเลอร์แบบ Arm ชั้นนำ ตั้งเป้าที่จะต่อสู้กับความท้าทายดังกล่าวด้วยแพลตฟอร์มการพัฒนา MCUXpresso

โปรเซสเซอร์ประมวลผลชุดคำสั่งแบบลดขนาด (RISC) ของ Arm ครองตลาดในกลุ่มต่าง ๆ เช่น สมาร์ทโฟนและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค ซึ่งมีพลังงานต่ำและประสิทธิภาพสูงเป็นสิ่งสำคัญ

โปรเซสเซอร์ Cortex-M33 ได้รับการออกแบบมาให้ประหยัดพลังงานและมีโหมดพลังงานต่ำที่ช่วยลดการใช้กระแสไฟขณะทำงานและขณะพักเครื่อง และสามารถขับเคลื่อนการใช้งานได้หลากหลาย เช่น การควบคุมทางอุตสาหกรรม บ้านอัจฉริยะ อุปกรณ์สวมใส่ และ IoT ช่วยให้นักพัฒนามีความยืดหยุ่นและความสามารถในการปรับขนาดได้ในระดับสูง แต่ยังต้องมีการปรับให้เหมาะสมอย่างระมัดระวังเพื่อให้เกิดการแลกเปลี่ยนที่เหมาะสมที่สุดระหว่างประสิทธิภาพ การใช้พลังงาน และขนาดพื้นที่

MCU Cortex-M33 รองรับ Arm Embedded Application Binary Interface (EABI) ซึ่งช่วยให้มั่นใจถึงความเข้ากันได้แบบไบนารีกับโปรเซสเซอร์ Cortex-M อื่นๆ ทำให้สามารถเรียกใช้โค้ด Cortex-M ที่มีอยู่ได้โดยไม่ต้องแก้ไข ความเข้ากันได้นี้ช่วยให้สามารถเข้าถึงเครื่องมือซอฟต์แวร์ ไลบรารี และมิดเดิลแวร์ที่มีอยู่ได้

พอร์ตโฟลิโอ MCX ของ NXP

NXP เป็นหนึ่งในผู้ผลิต MCU แบบ Arm ชั้นนำ ซึ่งรวมถึงผลิตภัณฑ์สำหรับใช้งานทั่วไปและผลิตภัณฑ์เฉพาะสำหรับอุตสาหกรรมยานยนต์ โดยได้กำหนดให้พอร์ตโฟลิโอ MCX เป็นรากฐานสำหรับอุปกรณ์ระดับ Edge ที่ประหยัดพลังงานทั่วตลาดอุตสาหกรรมและ IoT พร้อมด้วยความสามารถในการขยายขนาดและขีดความสามารถด้านผลิตภัณฑ์ที่ก้าวล้ำ

MCX MCU ประกอบด้วยกลุ่มผลิตภัณฑ์ที่แตกต่างกันสองสาย:

• ซีรีส์ MCX N ของ MCU อุตสาหกรรมและ IoT ที่มี Cortex-M33 แบบดูอัลคอร์ที่ทำงานสูงถึง 150 MHz และนำเสนอหน่วยประมวลผลนิวรัลนิวตรอน (NPU) eIQ® ของบริษัทเพื่อการเร่งความเร็วการเรียนรู้ของเครื่องจักร (ML) โดย MCU ประสิทธิภาพสูงและใช้พลังงานต่ำเหล่านี้รวมเอาอุปกรณ์ต่อพ่วงและตัวเร่งความเร็วอัจฉริยะเข้าด้วยกัน ให้ความสามารถในการทำงานหลายอย่างพร้อมกันและประสิทธิภาพที่มีประสิทธิภาพ
• ซีรีส์ MCX A Essential เป็นกลุ่มผลิตภัณฑ์ของ MCU Cortex-M33 แบบคอร์เดี่ยวที่ได้รับการปรับแต่งเพื่อมอบฟังก์ชันการทำงานที่สำคัญสำหรับการใช้งานที่ต้องมีความสามารถด้านแอนะล็อกขั้นสูง เช่น ตัวแปลงข้อมูลที่มีความแม่นยำสูง ข้อจำกัดด้านต้นทุน และการนำสินค้าออกสู่ตลาดที่รวดเร็ว ถือเป็นข้อพิจารณาที่สำคัญ

บทความนี้จะเน้นที่ MCX A MCU (รูปที่ 1) และเครื่องมือในการพัฒนา โดยซีรีส์ MCX A รองรับการใช้งานที่หลากหลายในตลาดต่างๆ รวมถึงการสื่อสารทางอุตสาหกรรม การวัดแสงอัจฉริยะ ระบบอัตโนมัติและการควบคุม เซ็นเซอร์ และอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานต่ำและใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ ด้วยคอร์และอุปกรณ์ต่อพ่วงทั่วไป นักพัฒนาสามารถใช้ประโยชน์จากการพัฒนาซอฟต์แวร์ที่เรียบง่าย การโยกย้ายและการอัปเกรดที่ง่ายดาย

รูปที่ 1: แสดงไมโครคอนโทรลเลอร์ซีรีส์ MCX A ของ NXP (แหล่งที่มาภาพ: NXP)

อุปกรณ์ซีรีส์ MCX A แต่ละตัวมีอุปกรณ์ต่อพ่วงอัจฉริยะที่เลือกสรรมาซึ่งสามารถทำงานได้โดยไม่ขึ้นอยู่กับ CPU ทำให้สามารถทำงานที่ความถี่ต่ำและใช้พลังงานน้อยลง อุปกรณ์ต่อพ่วงเหล่านี้ช่วยให้นักออกแบบสามารถใช้แพ็คเกจที่เล็กลง การออกแบบบอร์ดที่เรียบง่ายขึ้น และต้นทุนรายการวัสดุ (BOM) ของระบบที่ลดลง

อุปกรณ์ต่อพ่วงได้แก่:

• การสื่อสารแบบอนุกรมพร้อมบัฟเฟอร์ในตัว การรวบรวมข้อมูลที่ตั้งโปรแกรมได้ และ DMA
• ตัวแปลงสัญญาณแอนะล็อกเป็นดิจิทัล (ADC) แบบผสม
• ตัวแปลงดิจิตอลเป็นแอนะล็อก (DAC)
• ออปแอมป์พร้อมระบบอัจฉริยะในตัวสำหรับการหาค่าเฉลี่ยและการตรวจจับจุดสูงสุด
• FlexPWM (โมดูเลเตอร์ความกว้างพัลส์) พร้อมการควบคุมเดตไทม์และตัวเข้ารหัสสำหรับการใช้งานมอเตอร์

MCX A MCU ยังมีหน่วยการจัดการพลังงาน (PMU) ที่ช่วยให้แรงดันไฟฟ้าและความถี่แบบไดนามิก (DVFS) และการควบคุมพลังงานแบบปรับเปลี่ยนได้ (APC) เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานตามปริมาณงานและสภาพการทำงาน อุปกรณ์ประกอบด้วยหน่วยความจำแฟลช 64 KB หรือ 128 KB และ SRAM ขนาด 16 KB หรือ 32 KB ข้อมูล RAM ทั้งหมดสามารถเก็บรักษาไว้ในโหมด Deep Power Down

ตัวควบคุมแคชพลังงานต่ำ (LPCAC) ขนาด 4 KB ที่ต่ออยู่กับโค้ดบัส Cortex-M33 ช่วยให้มั่นใจได้ว่าข้อมูลและคำแนะนำจะพร้อมใช้งานโดยมีความหน่วงต่ำ ความพร้อมใช้งานของบัสสำหรับอุปกรณ์ต่อพ่วงอื่นๆ ได้รับการปรับปรุง เนื่องจากประสิทธิภาพของโปรเซสเซอร์สามารถแยกออกจากประสิทธิภาพของหน่วยความจำระบบได้ คุณสมบัตินี้สามารถช่วยให้นักพัฒนาได้รับประสิทธิภาพ I/O และการประมวลผลที่ดีที่สุดสำหรับการตรวจจับและการควบคุม

อุปกรณ์ MCX A ทำงานที่ความถี่ 48 MHz สำหรับซีรีส์ A14x และ 96 MHz สำหรับซีรีส์ A15x โดย MCX A ใช้ระบบกำลังไฟฟ้าย่อย LDO แบบไม่มีคาปาซิสเตอร์ ซึ่งสามารถทำงานได้ตั้งแต่ 1.7 V ถึง 3.6 V โดยอุปกรณ์มีการใช้พลังงานต่ำในโหมดต่างๆ ได้แก่:

• 59 µA/MHz (3 V ที่ +25°C) ในโหมดแอคทีฟที่ใช้ Coremark จากแฟลชภายใน
• โหมดดีปสลีป 6.5 µA, เวลาเวคอัป 10 µs พร้อม SRAM Retention เต็มรูปแบบ, 3 V ที่ +25°C
• ใช้ไฟน้อยกว่า 400 nA ในโหมด Deep Power Down พร้อมเวลาเวคอัป 2.78 ms

อุปกรณ์ MCX A มีตัวควบคุมอุปกรณ์ USB ความเร็วสูงพร้อม PHY ในตัว ช่วยให้สามารถเชื่อมต่อกับพีซีและอุปกรณ์อื่นๆ ได้ ระบบย่อย USB มีการเขียนโปรแกรมในระบบ (ISP) ผ่าน ROM บูต และผลิตภัณฑ์สามารถอัปเดตภาคสนามได้โดยใช้อินเทอร์เฟซ USB

นักพัฒนาสามารถใช้ประโยชน์จากพินอินพุต/เอาท์พุตทั่วไป (GPIO) จำนวน 26 ถึง 52 พิน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับรุ่น โดยอินเทอร์เฟซการสื่อสารแบบอนุกรมประกอบด้วย I²C หนึ่งตัว, สอง SPI และสาม UART รวมไปถึงตัวจับเวลา 32 บิตสามตัวที่สามารถสร้างคู่ PWM เสริมที่มีการแทรกเดดแบนด์ พร้อมด้วยตัวจับเวลาพลังงานต่ำหนึ่งตัว โดยแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟอยู่ระหว่าง 1.71 ถึง 3.6 V และอุณหภูมิในการทำงานอยู่ระหว่าง -40°C ถึง +125°C

ตัวอย่างเช่น MCXA143VLH ในซีรีส์ A14x มีพิน GPIO 52 พินและทำงานได้ถึง 48 MHz พร้อมหน่วยความจำแฟลช 128 KB และ SRAM 32 KB ในแพ็คเกจ LQFP64 และ MCXA152VFT ในซีรีส์ 15x ยังมีพิน GPIO 52 พินและทำงานที่ความเร็วสูงสุด 96 MHz พร้อมหน่วยความจำแฟลช 64 KB และ SRAM 16 KB ในแพ็คเกจ QFN48

การใช้ประโยชน์จาก MCUXpresso

MCU เหล่านี้ให้ความสมดุลระหว่างต้นทุน ประสิทธิภาพ และประสิทธิภาพการใช้พลังงาน ด้วยการรองรับพิน GPIO ที่มากขึ้น นักออกแบบจึงสามารถใช้ประโยชน์จากแพ็คเกจที่เล็กลงและการออกแบบบอร์ดที่เรียบง่ายยิ่งขึ้น

ซีรีส์นี้ใช้ MCUXpresso Developer Experience เพื่อทำให้กระบวนการพัฒนาราบรื่นด้วยซอฟต์แวร์ เครื่องมือ และการจัดเตรียมที่ปลอดภัย เพื่อเร่งวงจรการออกแบบ และช่วยนักพัฒนาสร้าง ดีบัก และเพิ่มประสิทธิภาพการใช้งาน โดยแพลตฟอร์ม MCUXpresso ประกอบด้วย:

• MCUXpresso IDE—สภาพแวดล้อมการพัฒนาแบบรวมที่รองรับการแก้ไขโค้ด การคอมไพล์ การดีบัก และการเขียนโปรแกรมแฟลช
• เครื่องมือกำหนดค่า MCUXpresso —ชุดเครื่องมือกราฟิกที่ช่วยให้นักพัฒนากำหนดค่าพิน นาฬิกา อุปกรณ์ต่อพ่วง และคุณสมบัติด้านความปลอดภัย
• MCUXpresso SDK—ชุดพัฒนาซอฟต์แวร์ที่รวบรวมไดรเวอร์ มิดเดิลแวร์ ไลบรารี และตัวอย่าง

บอร์ดพัฒนา NXP สำหรับซีรีส์ MCX A รวมถึง FRDM-MCXA153 (รูปที่ 2) ได้รับการออกแบบมาเพื่อการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วและการพัฒนาการใช้งานโดยใช้ทั้งไมโครคอนโทรลเลอร์ A14x และ A15x

รูปที่ 2: บอร์ดพัฒนา FRDM-MCXA153 (แหล่งที่มาภาพ: NXP)

บอร์ดเหล่านี้มีขนาดกะทัดรัด ช่วยให้บูรณาการเข้ากับต้นแบบการออกแบบได้ง่าย เฮดเดอร์มาตรฐานอุตสาหกรรมให้การเข้าถึง I/O ที่ตรงไปตรงมาเพื่อการประเมินที่รวดเร็วและการสร้างต้นแบบที่รวดเร็ว ตัวเลือกการขยาย เช่น เฮดเดอร์ Arduino®, เฮดเดอร์ FRDM, Pmod™ และ mikroBUS™ ช่วยให้นักพัฒนาสามารถเพิ่มฟังก์ชันและส่วนประกอบเพิ่มเติมได้ทันที

คุณสมบัติที่เป็นมิตรต่อนักพัฒนาอื่นๆ ได้แก่ อินเทอร์เฟซอนุกรมมาตรฐานแบบเปิดในตัว หน่วยความจำแฟลชภายนอก และดีบักเกอร์ MCU-Link ออนบอร์ดพร้อมโปรโตคอล CMSIS-DAP นักพัฒนาสามารถเลือกที่จะทำงานร่วมกับ MCUXpresso สำหรับ Visual Studio Code หรือ MCUXpresso IDE ที่ใช้ Eclipse จาก NXP หรือด้วย IDE จาก IAR และ Keil ที่ให้การรับรองด้านความปลอดภัยด้วย

NXP ยังมีพื้นที่เก็บข้อมูล Application Code Hub (ACH) พร้อมตัวอย่างซอฟต์แวร์ระดับสูง ชุดคำสั่งสั้น และการสาธิต ตัวอย่างเหล่านี้จับคู่กับ SDK และสามารถเข้าถึงได้โดยตรงจาก IDE ของ NXP หรือผ่านเว็บอินเทอร์เฟซ ACH

สรุป

ไมโครคอนโทรลเลอร์ซีรีส์ MCX A ของ NXP มอบโซลูชันราคาประหยัดและมีขนาดเล็กสำหรับนักพัฒนา พร้อมด้วยคุณสมบัติที่จำเป็นและสถาปัตยกรรมพลังงานที่เป็นนวัตกรรมใหม่ ซึ่งทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานแบบฝังที่หลากหลาย เช่น การวัดแสงอัจฉริยะ ระบบอัตโนมัติและการควบคุม และอุปกรณ์พลังงานต่ำ/ที่ใช้แบตเตอรี่ ไมโครคอนโทรลเลอร์ บอร์ดประเมินผล และแพลตฟอร์ม MCUXpresso ของ NXP ช่วยให้นักพัฒนาใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติการแก้ไข คอมไพล์ และดีบั๊กขั้นสูง เพื่อคิดค้น เพิ่มประสิทธิภาพ และออกสู่ตลาด