Applikationskits und SW-Bibliotheken Ready to go

Bild 4: Auf die Anwendung in Haushaltsgeräten und deren Sicherheitsanforderungen gemäß IEC 60370 Class B zielt die vom VDE zertifizierte Selbsttestbibliothek, die für die 32-Bit-Mikrocontroller der XMC1000- und XMC4000-Familien zur Verfügung steht
Bild 4: Auf die Anwendung in Haushaltsgeräten und deren Sicherheitsanforderungen gemäß IEC 60370 Class B zielt die vom VDE zertifizierte Selbsttestbibliothek, die für die 32-Bit-Mikrocontroller der XMC1000- und XMC4000-Familien zur Verfügung steht

Aus einem breiten Angebot an Derivaten den für die jeweilige Applikation am besten geeigneten Mikrocontroller auswählen zu können, hilft dem Entwickler. Effizienter und produktiver geht dies, wenn Mitglieder einer Mikrocontrollerfamilie mit Funktionsumfang und Peripherieausstattung bereits für bestimmte Systemanforderungen optimiert sind.

Die Mikrocontrollerfamilie »XMC1000« hat Infineon (siehe Kasten und Bild oben) konsequent auf bestimmte Zielanwendungen hin optimiert: Sensorik und Aktorik, LED-Beleuchtungen, einfache Motorsteuerungen (zum Beispiel für Haushaltsgeräte, Pumpen, Lüfter) und die digitale Leistungswandlung.

Die Mikrocontrollerserie »XMC1000« für Industrie und weiße Ware   

Mit neuen VQFN-Gehäusen mit 24 bzw. 40 Pins hat Halbleiterhersteller Infineon das Portfolio seiner »XMC1000«-Mikrocontroller auf ARM-Cortex-Basis erweitert, das derzeit mehr als 30 Produkte zählt. XMC1000-Microcontroller im VQFN-24-Gehäuse sind nur 4 mm x 4 mm groß und bieten in diesen kleinen Gehäusen einen hohen Funktionsumfang. Daneben sind die XMC1000-MCUs auch im TSSOP-Gehäuse mit 16, 28 und 38 Pins erhältlich.

Die XMC1000-Familie zielt auf Industrieanwendungen, die bisher 8-Bit-MCUs bedient haben. Die drei Serien XMC1100 (Einstiegsserie), XMC1200 (Feature-Serie) und XMC1300 (Control-Serie) unterscheiden sich im Wesentlichen bei Speicherkapazität und Peripherieausstattung. Ihre Flashvarianten liegen zwischen 8 KByte und 200 KByte und damit laut Hersteller in einem deutlich breiteren Speicherbereich als derzeit bei 8-Bit-Mikrocontrollern für Industrieanwendungen üblich. Zudem verfügen die XMC1000-MCUs über leistungsfähige PWM-Timer, 12-Bit-Analog/Digital-Wandler und programmierbare serielle Kommunikationsschnittstellen. Alle XMC1200-Derivate bieten beispielsweise ein Modul für Touch-Control und LED-Displays und eine Peripherieeinheit für das Dimmen und die Farbsteuerung von LEDs – die sogenannte »Brightness and Color Control Unit« (BCCU). Einen mathematischen Coprozessor speziell für Motorregelungen weist die XMC1300-Serie auf. Darüber hinaus erfüllen die XMC1000-Mikrocontroller – wie auch die XMC4000-Familie – die Sicherheitsanforderungen des Standards »IEC60730 Class B«. Dieser Standard ist für alle in Europa verkauften Haushaltsgeräte vorgeschrieben. Ein wichtiges Feature ist auch der Flash-Loader mit einem 128-Bit-AES-Beschleuniger. Mit ihm lässt sich die gerade in kostensensitiven Anwendungen so wichtige Software-IP besser schützen.

Auf der Softwareseite unterstützen umfassende Tools und Lösungen von Drittanbietern und Infineon die XMC-MCUs. Zudem hat Infineon die »Silicon Vendor Edition« des »ARM Microcontroller Development Kits« (MDK) lizenziert. Entwickler können sich das ARM-MDK kostenlos unter [1] herunterladen. Die kostenlose Lizenz umfasst alle Tools für die Entwicklung von XMC1000-Applikationen mit bis zu 128 KByte Codegröße. Eine mit Infineons »DAVE«-Plattform entwickelte Applikationsbibliothek lässt sich mit nur wenigen Klicks über die »CMSIS-Pack«-Schnittstelle in das ARM-MDK importieren.

Entwicklungsunterstützung

DAVE ist eine kostenlose, »Eclipse«-basierte Software-Entwicklungsplattform für die XMC1000- und auch die XMC4000-Familie. Sie beinhaltet einen Satz von kostenlosen Entwicklungswerkzeugen und unterstützt die automatische Codegenerierung mittels vordefinierter und getesteter Softwarekomponenten – den sogenannten »DAVE Apps«. Im Gegensatz zum herkömmlichen Ansatz mit Bibliotheken und Programmbeispielen sind die DAVE-Apps abstrakter, und die Entwickler können mehrere Apps einfach grafisch kombinieren. Damit lassen sich die Hardwareressourcen automatisch und fehlerfrei auf dem Chip abbilden. Zahlreiche DAVE-Apps stehen zum Herunterladen zur Verfügung, sie unterstützen zum Beispiel Ethernet-, TCP/IP- sowie Dateisystem-, Datenintegritäts- und Verschlüsselungslösungen. Weitere verfügbare Apps umfassen die PWM-Erzeugung, verschiedene Zähler- und Timer-Anwendungsfälle, Interrupt-Handling sowie Lösungen für das Konfigurieren von Takt oder DMA (Direct Memory Access). Die DAVE-App-Bibliothek wird kontinuierlich ergänzt und deckt einen weiten Applikationsbereich ab, einschließlich der kostenlosen Unterstützung von Echtzeitbetriebssystemen und des »CMSIS RTOS API« (Application Programming Interface).

Um das Zusammenspiel von Leistungshalbleitern, Sensoren, Mikrocontrollern und der Steuerungssoftware so einfach wie möglich optimieren zu können, sind anwendungsoptimierte Referenzdesigns oder Applikationskits sehr hilfreich. Der Vorteil für den Entwickler ist, dass die Komponenten aufeinander abgestimmt sind und er dadurch sofort mit seiner kundenspezifischen Anpassung beginnen kann. Eine einfache Evaluierungsmöglichkeit für die XMC1000-Derivate bieten die sogenannten »Boot Kits«, die es für jede der drei Produktserien gibt. Für den applikationsorientierten Ansatz stehen zudem dedizierte Applikationskits zur Verfügung.

Das »XMC 1000 Motor Control«-Applikationskit (Bild 1) enthält ein Mikrocontrollerboard mit einem »XMC1300« und einer »J-Link«-Debug-Schnittstelle von Segger. Mitgeliefert wird auch ein entsprechendes Motorboard (12 V bis 24 V, bis zu 3 A). Auf der Platine befindet sich ein Dreiphasenmotor (24 V, 15 W) mit Hall-Sensoren, optional ist ein Drehgeber-Interface erhältlich. Zum Kit gehört auch eine Stromversorgung (24 V, 1 A). Das Kit unterstützt unterschiedliche Motorsteuerungsschemata: V/f Open Look; block- oder sinusförmige Kommutierung mit Hall-Sensoren oder sensorlos; feldorientierte Regelung (FOC) mit Hall-Sensoren, Encoder oder sensorlos. Auf der Softwareseite stehen die DAVE-Entwicklungsumgebung sowie Apps für die unterschiedlichen Motorregelungen zur Verfügung. 

Maßgeschneiderte Applikationskits

Auch LED-Anwendungen unterstützt ein maßgeschneidertes Kit (Bild 2). Es beinhaltet einen XMC1200-Mikrocontroller mit 200 KByte 
Flashspeicher und ebenfalls Seggers J-Link. Zum Lieferumfang gehören zwei LED-Boards – eines mit farbigen und eines mit weißen LEDs. Ersteres ist mit drei RGB-LEDs (10 mA), DALI-, DMX- und Funkschnittstellen sowie einem Umgebungslichtsensor ausgestattet. Die zweite Karte enthält 20 weiße LEDs in vier Strings (20 mA), unterstützt DALI beziehungsweise Funk und bietet neben dem Umgebungslicht- auch einen Temperatursensor.

Mit einem »XMC1100«-Mikrocontroller ausgestattet ist das »XMC 2Go« (Bild 3), laut Hersteller wohl eines der kleinsten MCU-Evaluation-Kits weltweit. Es verfügt über eine ARM-CPU vom Typ »Cortex-M0« mit 32 MHz, 64 KByte Flash und 16 KByte RAM. Das miniaturisierte Evaluation-Kit bietet unter anderem einen Onboard-Debugger für die einfache Codeerstellung. Entwickler können mit dem XMC 2Go sofort mit ihrer Applikations- oder Produktentwicklung beginnen, da das Kit mit einer Steckplatine (Breadboard) zusammenarbeitet. Zum Lieferumfang des Kits gehören ein J-Link-Lite-Debugger auf dem Board (mittels XMC4200-Mikrocontroller realisiert), Power over USB (micro-USB), ESD- und Reverse-Current-Schutz, zwei Anwender-LEDs sowie ein Pin-Header (2 x 8 Pins) für die Steckplatine.

Für die 32-Bit-Mikrocontroller der XMC1000- und XMC4000-Familien steht eine vom VDE gemäß IEC 60730 zertifizierte Selbsttestbibliothek zur Verfügung. Mit den von Infineon verfügbaren Class-B-Bibliotheken erfüllen die Controller die Sicherheitsanforderungen gemäß IEC 60370 Class B. Der Standard IEC 60730 zur Einhaltung von Sicherheitsvorgaben gilt seit Oktober 2007 für alle Haushaltsgeräte, die in Europa verkauft werden. Darunter fallen elektronische Steuerungen beziehungsweise Motorantriebe in Haushaltsgeräten, wie zum 
Beispiel in Geschirrspülern, Herden, Kühlschränken, Trocknern, Waschmaschinen oder Lüftern. Damit diese Haushaltsgeräte die notwendige Zertifizierung erhalten, müssen die verwendeten Embedded-Mikrocontroller Selbsttestfunktionen ausführen, die sicherstellen, dass sie immer korrekt arbeiten.

Hier helfen die Sicherheitsfeatures der XMC1000- und XMC4000-Mikrocontroller, denn die Bausteine integrieren alle erforderlichen Hardwarefunktionen für Class-B-Anforderungen, wie beispielweise eine 
CRC-Engine (Cyclic Redundancy Check) und einen Watchdog-Timer mit einem unabhängigen Takt. Mit diesen Funktionsmerkmalen wird die Applikation ohne zusätzliche Kosten und Overhead sicherer.

SW-Bibliothek gemäß Class B

Besonders hervorzuheben sind das Embedded-Flash-Modul mit seiner Hardware-Fehlerkorrektur (ECC) und die unveränderlichen Speichertests, die ohne die zeitraubende Implementierung von CRC-Speichercheckroutinen ausgeführt werden können. Die ECC-Funktion kann einzelne Bitfehler korrigieren und mittels eines inhärenten Signals entsprechende Ereignisse mit jedem Flash-Zugriff an die Applikation melden. Damit lässt sich die CPU-Rechenleistung erhöhen, während Speicherplatz frei und die Anwendersoftware einfacher und sicherer wird.

Darüber hinaus warten die XMC-Mikrocontroller mit einer leistungsfähigen Funktion zur Taktüberwachung auf. Diese Clock-Steuerung mit ihrem Onchip-Oszillator-Watchdog und PLL (verfügbar bei den XMC4000-MCUs) kann Taktfehler wie Verlust, doppelte oder halbe Taktfrequenz erkennen. Tritt ein derartiger Fehler auf, bringt die Steuerung das System automatisch in einen sicheren Betriebszustand und gibt ein entsprechendes Signal an die Event-Applikation aus. Die XMC-Mikrocontroller unterstützen die Implementierung der Sicherheitsfunktionen gemäß der Class B-Zertifizierung recht effizient, wenn Entwickler diese Hardwarefunktionen mit der frei verfügbaren Selbsttest-Software-bibliothek für detaillierte Tests und Diagnosen kombinieren.

Neben den Startup-Tests, die Reset-Mechanismus, Speichertests (RAM, Flash, ECC und Parität) und Clock-Systemtests (Source, PLL und Oszillatoren) umfassen, und den Core-Tests gibt es auch einen umfangreichen Satz an Laufzeittests. Die von einem Safety-Monitoring-Mechanismus evaluierten Testroutinen der CPU und der Peripheriefunktionen entsprechen den Class-B-Anforderungen mit einer sehr hohen Diagnoseabdeckung. Durch die Modularität des Bibliotheks¬designs lassen sich die Startup-und Runtime-Tests einfach in die Anwendungssoftware einfügen. Auch die Class B-zertifizierten Bibliotheken für XMC4000 und XMC1000 stehen kostenfrei zum Herunterladen unter [2] zur Verfügung (Bild 4).

Über den Autor:

Dirk Heinen ist Product Marketing Manager Industrie-Mikrocontroller bei Infineon Technologies.