Neuer Mikrocontroller von Espressif WiFi für einen Dollar

Der neue ESP32-S2 für industrielle Anwendungen mit geriner Stromaufnahme.
Der neue ESP32-S2: WLAN-SoC für industrielle Anwendungen mit geringer Stromaufnahme.

Sein erfolgreiches SoC ESP32 mit WLAN und Bluetooth ergänzt Espressif um eine reduzierte Version. Nur mit WLAN-Transceiver und einem statt zwei Hauptprozessoren, aber mit dem neuen Xtensa-LX7 und mehr Anschlüssen ist der neue ESP32-S2 bereit für industrielle Anwendungen mit niedriger Stromaufnahme.

Am 22. Juli 2019 wurden erstmalig die Aktien der Firma Espressif unter dem Ticker 688018 zu einem Ausgabepreis von 62,60 Yuan (etwa 9,10 US-Dollar) am neu geschaffenen STAR-Segment der Börse Shanghai (Shanghai Stock Exchange‘s Science and Technology Innovation Board) notiert. Erst vor zehn Jahren hat Teo Swee Ann das Unternehmen gegründet [1], das mit seinen IoT-SoCs (System on Chip) weltweit bekannt wurde. Darunter der ESP8266, der in der Maker-Community großen Zuspruch fand und den Erfolg von Espressif zweifelsohne mitbegründete. Ähnlich dem Raspberry Pi überzeugten bei den Espressif SoCs der niedrige Preis im Bereich von Taschengeld, spannende Referenzdesigns aber vor allem auch die Philosophie der Open Community, die ihre Entwicklungsprojekte weltweit kostenlos zur Verfügung stellt.

Wurde der ESP8266 teilweise noch als Bastelkram belächelt, folgte dann mit dem Zweikern-SoC ESP32 im September 2016 ein wesentlich leistungsfähigerer Baustein, der nun in der Lage war, komplexe Aufgabenstellungen im Bereich des IoTs autonom zu bewältigen. Unterstützt mit einem umfangreichen Software Repository einschließlich eigenem RTOS fand der ESP32, als IC oder in Form zertifizierter Module, Eingang in industrielle Anwendungen. Im Januar 2018 konnte Espressif die Auslieferung seines 100 Millionsten SoCs verkünden [2].

Natürlich hat Espressif längst weitere Bausteine auf seiner Roadmap, doch muss taktisch klug überlegt werden, welche Funktionen realisiert werden können, ohne die finanziellen und technischen Ressourcen des Unternehmens über Gebühr zu strapazieren. Unter dieser Prämisse ist der neue ESP32-S2 (Bild 1) zu verstehen, der kürzlich vorgestellt wurde und dessen technische Daten zunächst einmal wenig spektakulär klingen: Nur ein Prozessorkern statt zwei, kein Bluetooth mehr und eine integrierte Speicherausstattung, die nur noch spartanisch zu nennen ist.

Dennoch lohnt sich ein genauerer Blick auf das Innenleben des neuen IoT-SoCs, die Innovationen sind zwar nicht »Ground breaking« aber pragmatisch, und Espressif erweitert sein Angebot um einen vernünftigen IC mit dem Potenzial, neue Anwendungen zu erschließen.

Der neue ESP32-S2 alias »Chip 7«

Augenfälligste Veränderung beim ESP32-S2 ist das mit 7 × 7 mm2 größere QFN-Gehäuse, das jetzt Platz für 56 Anschlüsse bietet und immerhin 43 allgemeine Ein-/Ausgänge (GPI/O) – gegenüber 34 beim ESP32-DxWD (Bild 2).

Die Ein-/Ausgänge sind über eine programmierbare Matrix mit den internen Funktionsbereichen verschaltet, wobei manche Funktionen, wie etwa UARTs (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) beliebig zugeordnet werden können. Andere, wie z.B. ADU (Analog Digital Umsetzer) oder die Anschlüsse für Touch-Sensoren, sind dagegen festgelegt.

Da es auch bei 56 E/As weniger physikalische Anschlüsse als interne Signale gibt, konkurrieren die zur Verfügung stehenden Funktionen um Hardwareanschlüsse nach außen und dies erfordert entsprechende Abwägungen bei der Anwendungsentwicklung.

14 der allgemeinen Ein-/Ausgänge sind beim ESP32-S2 dem neuen kapazitiven Touch-Sensor-Interface zugeordnet, das störungsarme und sogar wasserfeste Berühreingaben erlaubt und für Geräte wie Kassensysteme und Kartenlesegeräte oder Systeme mit Mensch-Maschinen-Schnittstelle (HMI, Human Machine Interface) vorgesehen ist.

Daneben gibt es zwei 12-bit-ADUs, zwei 8-bit-DAUs (Digital Analog Umsetzer), vier SPIs (Serial Peripheral Interface), zwei UART-, zwei I2C-Schnittstellen (Inter-Integrated Circuit) und eine IR-Empfängerschnittstelle. Neu ist das USB-OTG-Interface (On-the-go) mit 12 Mbit/s. Zwei LCD-Controller mit 8 bit bzw. bis zu 16 bit und ein Digital Video Port (DVP) für den Anschluss einer Kamera können alternativ zu SPI- bzw. I2S-Hardware-Ressourcen (Inter-IC Sound) aktiviert werden (Bild 3).

Neben den mehr oder weniger frei verschaltbaren E/A-Anschlüssen gibt es natürlich auch fest verschaltete Pins wie die Spannungsersorgungs- und Quarz-Anschlüsse oder die JTAG-Schnittstelle.