MCUs für die Automatisierungstechnik Für alles ein passendes Derivat

Unterschiedliche Applikationen lassen sich anpassen, durch die Wahl der jeweiligen Bausteine auf dem SoC-Chip.
Durch die Kombination der Bausetine im SoC lässt sich ein Prozessor zu einer variantenreichen Mikrocontroller-Familie erweitern - mit zu den jeweiligen Applikationen passenden ICs.

Als System-on-Chip konzipierte Mikrocontroller lassen sich durch die Wahl der jeweiligen Bausteine auf dem Chip optimal den unterschied­lichen Applikationen anpassen. Die so entstehenden Derivate erleichtern dem Entwickler die Arbeit, weil sie untereinander pin- und ­Software-kompatibel sind.

Die Mikrocontroller der Sitara-Familie von Texas Instruments basieren auf den Prozessorkernen der ARM-A-Serie - Cortex-A8, Cortex-A9 und Cortex-A15. Sie wurden speziell für den Einsatz in der Automatisierungstechnik entwickelt und bieten dem Entwickler den Vorteil, dass Schnittstellen für mehrere industrielle Kommunikations-Protokolle direkt auf dem Chip integriert sind. Die Mikrocontroller der einzelnen Prozessorfamilien sind pin- und Software-kompatibel und eignen sich für den Einsatz in Ein-/Ausgabe-Geräten, für Mensch-Maschine-Schnittstellen (Human-Machine Interface - HMI) und speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS).

Eine Familie, drei Mikrocontroller-Reihen

Die Sitara-Mikrocontroller wurden als System-on-Chip realisiert und enthalten einen Prozessorkern der ARM-A-Serie (Single- oder Multicore), ein echtzeitfähiges Kommunikations-Subsystem (PRU-ICSS, Programmable Real-Time Unit Subsystem and Industrial Communication Subsystem) und gängige industrielle Schnittstellen. Dazu zählen mehrere Industrial-Ethernet- und Feldbus-Protokolle mit Master- und Slave-Funktion - zum Beispiel Profibus, Profinet, EtherCAT, EtherNET IP, Powerlink, Sercos III - und mehrere Positionsgeber-Protokolle, wie EnDat 2.2, BiSS C, SSI (Serial Synchronous Interface) sowie vier- oder zweiadrige Hiperface-DSL-Encoder (DSL: Digital Servo Link). Diese Integration ermöglicht kleine, kompakte Systeme, die dank moderner Halbleiterprozesse nur wenig Verlustleistung erzeugen, sodass Entwickler Systeme auch ohne Lüfter konzipieren können.

Die ersten Mikrocontroller der Sitara-Familie sind die Sitara AM335x - sechs pinkompatible Mikrocontroller mit unterschiedlichen Taktfrequenzen und geeignet für verschiedene Temperaturbereiche. Sie bieten ein gutes Verhältnis zwischen Rechenleistung, auf dem Chip integrierter Peripherie und Preis. Mit dem Prozessorkern Cortex-A8 von ARM, der erste, der die ARMv7-A-Architektur unterstützt, mit einer typ. Rechenleistung von 2,0 DMIPS/MHz (Dhrystone MIPS) können die AM335x-Controller Werte bis zu 2000 DMIPS erzielen.

Die Mikrocontroller der Reihe Sitara AM437x enthalten einen mit bis zu 1 GHz getakteten Cortex-A9-Prozessorkern mit Unterstützung für die Single-Cycle-VFP-Verarbeitung (Vector Floating Point). Dies steigert die Leistungsfähigkeit bei Gleitkomma-Berechnungen, wie sie beispielsweise in Motorregelungen vorkommen. Der Cortex-A9-Kern hat eine achtstufige Pipeline mit Out-of-Order-Speculative-Issue-Superscalar-Verarbeitung und kommt damit auf 2,50 DMIPS/MHz, was bis zu 2500 DMIPS für die AM437x-Mikrocontroller ergibt.

Die neuen Mikrocontroller Sitara AM572x zeichnen sich durch eine spezielle heterogene Architektur aus, die im Interesse maximaler Rechenleistung und Skalierbarkeit aus ARM-Prozessorkernen Cortex-A15, C66x-DSPs und Cortex-M4 besteht. Die beste Rechenleistung wird mit zwei Arten von Prozessorkernen erzielt: mit einem bis zwei Cortex-A15 mit bis zu 1,5 GHz Taktfrequenz sowie einem bis zwei C66x-DSPs mit einer Taktfrequenz bis zu 750 MHz. Besondere Regelungsfunktionen lassen sich für die deterministische Echtzeitverarbeitung an die beiden Cortex-M4-Prozessorkerne auslagern, die mit 213 MHz getaktet werden. Zwei Cortex-A15-Prozessorkerne ergeben eine Rechenleistung von 10.500 DMIPS. Sie lassen sich durch zwei C66x-DSPs ergänzen, die 48 GMACS (Multiply Accumulate per Second), entsprechend 24 GFLOPS (Floating Point Operations per Second) beisteuern. Damit stellt die AM572x-Reihe die leistungsfähigsten Mikrocontroller innerhalb der Sitara-Familie (Tabelle).

Dank der pin- und Software-kompatiblen ICs kann der Entwickler auf bereits zuvor konstruierte und bewährte Schaltungsteile, Baugruppen, Layouts und Software-Module aufsetzen und in das neue Projekt übernehmen. Neben TI RTOS und Linux können auf den Mikrocontrollern auch kommerziell angebotene Echtzeit-Betriebssysteme (RTOS) laufen.