Anwendungsbeispiel ARM-Cortex Dem Cortex-M4 Spitzenleistungen entlockt

Im Rahmen der Kinetis-MCU-Familie bietet Freescale erstmals ein auf einem ARM-Cortex-M4 basierendes Mixed-Signal-MCU-Portfolio für den breiten Markt an. Unter anderem bei "Intelligenten Versorgungsnetzen" und in der "Medizintechnik" kann der Cortex-M4 im Umfeld des Kinetis-Mikrocontrollers seine Vorteile ausspielen.

Der ARM-Cortex-M4 bietet neben allen Funktionen des Cortex-M3 zusätzliche neue Funktionen für die digitale Signalverarbeitung in Form eines um DSP-Befehle erweiterten Thumb-2-Befehlssatzes, eine zusätzliche MAC-Einheit, die Multiply/Accumulate-Operationen in einem Zyklus verarbeiten kann, sowie optional eine Gleitkomma-Einheit.

Darüber hinaus bieten die Kinetis-MCUs weitere Funktionen auf Chip-Ebene wie z.B. einen DMA-Controller, verbesserte Tracing-Optionen mit auf dem Chip integrierten Trace-Puffern sowie einen optionalen, auf dem Chip integrierten Cache-Speicher (Bild 1). Letzterer sorgt für höhere Verarbeitungsgeschwindigkeiten aus dem Flash-Speicher und ermöglicht CPU-Frequenzen bis zu 150 MHz.

Drei Faktoren machen den Cortex-M4 geradezu ideal für Industrieanwendungen: Skalierbarkeit, Software-Ecosystem und niedrige Leistungsaufnahme. Die Kinetis-MCUs sind in Ausführungen von 50 MHz und 32 Kbyte Flash-Speicher bis hin zu 150 MHz und 1024 Kbyte Flash-Speicher erhältlich. Um ein solches Maß an Skalierbarkeit zu realisieren, hätte man früher auf mehrere unterschiedliche Rechenkern-Architekturen zurückgreifen müssen. Der Cortex-M4 verfügt über wesentlich leistungsfähigere Arithmetik-Operationen als der Cortex-M3. Für Schlüsselmärkte wie Konsum-Elektronik und tragbare Medizintechnik drückt sich dies in erheblichen Verbesserungen aus.

Faktoren der Differenzierung

Die über den Funktionsumfang des Cortex-M3 hinausgehenden DSP- und Gleitkomma-Funktionen machen die Cortex-M-MCU-Baureihe für viele Wachstumssegmente besonders attraktiv. Embedded-Entwickler aus Konsum-Elektronik, Medizintechnik, Automatisierung und Energietechnik legen großen Wert auf hohe Rechenleistung bei niedriger Energieaufnahme. Durch die Integration des Cortex-M4-Cores mit Freescales eigenen Stromspar- und Analogtechniken lassen sich drastische Kostensenkungen auf Systemebene erzielen.

Bei der Realisierung von Projekten mit 32-bit-MCUs hängt die Entwicklungsdauer in immer höherem Maß von der Software-Entwicklung und der Erwartungshaltung ab, dass der Halbleiter-Hersteller ganzheitliche Lösungen anbietet. Die ARM-Architektur kann auf eine umfangreiche und im Markt etablierte Supportlandschaft zurückgreifen. Zu den rund um die Produkte der Kinetis-Familie erhältlichen Software-Paketen zählen unter anderem Tools von IAR, Keil und anderen Partnerfirmen von ARM sowie ein kostenloses MQX-RTOS im Bundle mit einem eclipse-basierten CodeWarrior v10 IDE.

Der Cache-Controller erlaubt es, MCUs an externen DDR/DDR2-Speicher anzubinden. MCU-Kunden können so beispielsweise mit SDRAMs umfangreiche externe Speicherbereiche realisieren. Die Möglichkeit, eine herkömmliche MCU um riesige Speicherbereiche zu erweitern, eröffnet dem M4 den Zugang zu weiteren Projekten.