Nicht der Erste, aber der Pfiffigste? CES: Atmel stellt Cortex-M7-Controller für Automotive, Industrie und IoT vor

Zeitgleich mit ARMs Präsentation des Cortex-M7-Cores stellte ST Microelectronics mit dem STM32F7 den passenden Mikrocontroller vor. Atmel ließ sich 3 Monate mehr Zeit, hat sich das Warten gelohnt? Hier ist die Antwort.

Die zwei neuen Nicht-Automotive-qualifizierten Controller-Familien heißen SAMS70 und SAME70 und sind die logischen Upgrades von SMA4S und SM4E, beides mit jeweils 120 MHz getaktete MCUs mit dem bekannten und beliebten Cortex-M4. Die E-Familie bringt als Peripherie neben High-Speed-USB auch noch Ethernet- und Dual-CAN-FD-Controller von Bosch mit, beide sind mit 300 MHz getaktet und beinhalten 384 KB SRAM sowie bis zu 2 MB Flash-Speicher. Die Varianten in 100-Pin-LQFP-, TFBGA- und VFBGA-Gehäusen sind dabei ebenso pin-kompatibel zum SMA4E wie die 144-Pin-LQFP- und LFBGA-Varianten. Daneben gibt es noch 64-Pin-Varianten in LQFP- und QFN-Gehäusen. Muster sind im Februar verfügbar, die Massenproduktion startet im 3. Quartal. Bei der Abnahme von mindestens 10.000 Stück startet der S70 bei 4,80 US-Dollar pro Stück.

Daneben gibt es mit dem SAMV70 und V71 noch zwei Familien, die automotive-qulifiziert sind. Ihre Zielmärkte sind Infotainment-Konnektivitäts- und Audio-Applikationen, dementsprechend sind als Peripherie-Elemente neben Ethernet AVB auch High-Speed-USB mit PHY, Media-LB für MOST und CAN 2.0. implementiert. Mit Audio-Video Bridging (AVB) werden die Ethernet-Frames deterministisch zugestellt. Die AVB-Technik eignet sich für die Verteilung von hochwertigem Audio, aber vor allem für die lippensynchrone Wiedergabe bei Audio-Video. Der V70 ohne Ethernet ist mit 512 KB oder 1 MB Flash erhältlich, der V71 mit 512 KB, 1 MB oder 2 MB Flash und Ethernet AVB. Atmel bietet einen kompletten Ethernet Automotive AVB Stack an, d.h. es werden die Protokolle IEEE 802.1AS, IEEE 802.1Qat, IEEE 802.1Qav und IEEE 1722 für AVB Audio über Ethernet unterstützt.

Wenn man sich Atmels Produktportfolio ansieht, versteht man, warum der Leidensdruck im Vergleich zu ST Microelectronics limitiert war, möglichst schnell einen Cortex-M7-basierten Chip auf den Markt zu bringen: Oberhalb der Cortex-M4-Controller bietet Atmel noch zwei weitere Familien mit mehr Rechenleistung an, den SAM9 (mit CPU ARM926) mit 440 DMIPS und den SAMA5 mit Cortex-A5 und 850 DMIPS. ST Microelectronics hatte oberhalb des STM32F4 nichts mehr, bei 225 DMIPS war Schluß, bis dann der STM32F7 vorgestellt wurde. Dank Fertigung in einem 65-nm-Prozess (ST nutzt auch für den STM32F7 seinen bewährten 90-nm-Prozess) kann der SAMX70 mit 300 statt nur mit 200 MHz getaktet werden.

Auf seinen Marketing-Slides präsentiert Atmel die neuen SAM S70/E70 unterhalb der SAM9, in Wahrheit kommen die Cortex-M7-basierenden Produkte mit 642 DMIPS oder 1.500 CoreMark auf eine deutlich höhere Rechenleistung als die SAM9. Sie sollen nach Atmels Vorstellungen in der Konsum-Elektronik (Sportuhren, Fitness-Bändern, weiße Ware), Industrie (Thermostate, Alarmsysteme, Prozessautomation, Einstiegs-PLCs, Barcode-Scanner, Motorsteuerung, Bezahl-Terminals) und Energie-Erzeugung/Distribution (Umrichter, Stromversorgungen) zum Einsatz kommen.

Bild 1 zeigt das Blockdiagramm des SAME70. Besonders interessant erscheint als Differenzierungsmerkmal zum STM32F7 das Speichersystem, das in der Folge detaillierter beleuchtet werden soll.

Neben 512 KB, 1 MB oder 2 MB embedded-Flash-Speicher gibt es eine QSPI-Schnittstelle und eine sogenannte externe Bus-Schnittstelle (EBI), die wie auch der On-Chip-Flash über eine mit 150 MHz betriebene Schaltmatrix über jeweils 16 KB große Caches für Instruktionen und Daten an die CPU angebunden sind. So gut Caches beim Zugriff auf nichtflüchtigen Speicher auch in Bezug auf Geschwindigkeitssteigerungen und Energieverbrauch (durch Reduktion der Zugriffe auf den physikalischen Speicher nur bei Cache-Misses) auch sind, für Anwendungen, die deterministisches Verhalten erfordern, sind sie ungeeignet, da man nicht prognostizieren kann, ob sich die Daten im Cache oder nicht befinden.

Für diese Art Anwendungen bietet Atmel 256 oder 384 SRAM an, die als sogenanntes „Multi-Port RAM“ in Vielfachen von Häppchen mit 16 KB entweder als TCM oder System-SRAM konfiguriert werden kann (Tabelle 1), eine pfiffige Idee, wie wir gleich so sehen werden.

KonfigurationBefehls-TCMDaten-TCMSystem-SRAM
   Version mit 384 KBVersion mit 256 KB
100384 KB256 KB
232 KB32 KB320 KB192 KB
364 KB64 KB256 KB128 KB
4128 KB128 KB128 KB0
Tabelle 1. Mögliche Konfigurationen des On-Chip-SRAM-Speichers als TCM oder System-RAM.