Mikrocontroller Neue MCUs in der Übersicht

Auf der embedded world 2010 gab es im Vergleich zum letzten Jahr, viele richtig interessante neue Mikrocontroller zu sehen. Die unserer Meinung nach spannendsten sieben Neuheiten haben wir nachträglich einmal zusammengefasst.

8-bit-MCUs von Infineon

Infineon stellte zwei 8-bit-MCU-Familien mit den Bezeichnungen XC82x und XC83x für Industrie-Anwendungen (z.B. Motorsteuerungen für Lüfter, Pumpen oder Kompressoren) vor, die auf dem 8051-Core basieren. Beide Serien enthalten einen Controller für die Anschaltung kapazitiver Touch- Panels, LED-Matrix-Controller, EEPROM- Emulation, 10-bit-A/D-Wandler, eine mit 48 MHz betriebene „Capture/ Compare“-Einheit (CCU6), die vier PWM-Signale erzeugt und eine Hardware-Verbindung zum 16-MHz- A/D-Wandler (bis zu acht Kanäle, Abtastzeit 125 ns, Konvertierungszeit ca. 820 ns) aufweist. Watchdog-Timer, Power-Down-Modi und die Kommunikationsschnittstellen UART, High- Speed-SPI und I2C kommen dazu.

Die Serie XC82x verfügt über eine Multiplizierer-Dividierer-Einheit (MDU), die Serie XC83x über einen 16-bit-Vector-Computer, eine ROM-Bibliothek für feldorientierte Motorregelung und „High Current Pads“ (30 bis 50 mA). Der programmierbare Flash-Speicher der XC82x- und XC83x-Serien reicht von 2 bis 8 Kbyte.

Die Produkte werden in einem Automotive- Prozess gefertigt, d.h. sie können theoretisch bis zu einer Temperatur von 150 °C eingesetzt werden. Da diese bei den Zielapplikationen nicht erreicht wird, kann man daraus eine längere Lebensdauer ableiten.

32-bit-MCU für industrielle Anwendungen

Renesas’ 32-bit-MCU-Familie SH7216 mit integriertem Flash-Speicher zielt auf industrielle Anwendungen wie Wechselstrom-Servomotoren, Geräte der industriellen Automatisierung, der Gebäudeautomatisierung und Klimageräte. Wahlweise sind Varianten mit FPU (400 MFLOPS, einfache und doppelte Genauigkeit) bzw. Ethernet- Schnittstelle verfügbar.

Die MCUs arbeiten mit einer Taktfrequenz von 200 MHz, sie sind somit die schnellsten Embedded-Flash-Mikrocontroller. Wegen des superskalaren 32-bit- SH-2A-Cores, der zwei Instruktionen gleichzeitig ausführen kann, ist eine Rechenleistung von 400 DMIPS möglich. Der Baustein enthält den erweiterten, extrem schnellen MONOS-Flash-Speicher (Metal Oxide Nitride Oxide Silicon), der einen „deterministischen Betrieb“ mit 10 ns Zugriffszeit ohne Wait States ermöglicht. Der CPU-Takt beträgt 200 MHz und ermöglicht einen Betrieb ohne Wait States oder Cache Misses.

Die CPU-Register sind in „Bänken“ angeordnet, wobei die 16 Register 15-fach gespiegelt sind. Folglich ist die Reaktionszeit auf einen Interrupt Request (IRQ) so kurz wie bei einer einfachen Verzweigung. Das entspricht bei einem Arbeitstakt von 200 MHz einer Zeit von 30 ns.

Die Kombination des SH7216 aus schnellem Core und kurzer Reaktionszeit ermöglicht Rechenleistungen, die früher nur mit einem ASIC oder einem dedizierten DSP-Coprozessor erzielbar gewesen wären.

Neben den typischen seriellen Kommunikationsfunktionen bietet diese Mikrocontroller-Familie eine breite Auswahl an Schnittstellen. Dazu zählen u.a. Ethernet, CAN sowie USB 2.0. Diese Funktionen erübrigen externe Kommunikations-Controller in Geräten für Büroautomation oder Anwendungen in der industriellen Kommunikation. Der SH7216 enthält außerdem zwei erweiterte Motorsteuerungs- Timer-Einheiten (MTU2 und MTU2S), mit denen sich zwei Motoren gleichzeitig steuern lassen, damit kann etwa eine Mehrachsen-Servosteuerung realisiert werden.

Der Baustein integriert weiterhin zwei 12-bit- A/D-Wandler mit einer minimalen Sampling-Zeit von 1 μs. Dank seiner Kombination aus Timer und A/D-Wandler eignet sich der SH7216 für die Steuerung von BLAC/BLDC-Motoren. Eine BGO-Funktion (Background Operation) für den Daten-Flash ermöglicht ein Schreiben der Daten simultan zur Ausführung des Programms. Das Abspeichern der Daten bremst die CPU dadurch nicht mehr aus. Die Funktion eignet sich damit auch für Backup-Abläufe, so dass sich die Kosten für ein externes EEPROM einsparen lassen.

Dünnschicht-Flash statt EEPROM

Freescale Semiconductor kündigte eine 90-nm-Dünnschicht-Flash-Speichertechnologie für seine MCU-Plattformen der nächsten Generation an. Mit der neuartigen TFS-Technologie (Thin Film Storage) „FlexMemory“ will man ein breites Anwendungsspektrum abdecken. Dabei handelt es sich um eine Silizium-Nanokristall-Technologie, die eine hohe Zuverlässigkeit auf Bit-Ebene bieten soll und auch bei geringen Spannungen schnell schaltende Transistoren, Energie sparende Lesezugriffe und uneingeschränkte Flash-Funktionen bis zu einer spezifizierten Mindestspannung von 1,71 V ermöglicht.

Die Flash-Zugriffszeiten sollen unter 30 ns liegen. Die vergleichsweise extrem kompakten Abmessungen der Zellen ermöglichen zudem eine hohe Integration von Speichern und Peripherie über alle Flash-Größen. Der Kunde bestimmt je nach Applikation die Aufteilung zwischen verfügbarem EEPROM (bis zu 16 Kbyte) und Lebensdauer (mehr als eine Million Zyklen über den gesamten Temperatur- und Spannungsbereich). Ein Lösch- und Schreibvorgang benötigt lediglich 1,5 ms – und damit nur ein Fünftel der Zeit von traditionellen EEPROMs. FlexMemory kann für die unterschiedlichsten Szenarien verwendet werden, etwa für zusätzliche Anwenderprogramme, für Datentabellen oder das byte-weise Löschen und Schreiben von Systemdaten.

In allen Betriebsarten können Zugriffe auf diesen Speicher gleichzeitig mit solchen auf den Hauptprogrammspeicher erfolgen.