Neue Architektur verschiebt Maßstäbe bei 32-bit-Flash-Mikrocontrollern
Chip-Tuning für MCUs
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
CAP7-Mikrocontroller reduziert IC-Kosten um mehr als 50 %
Die Atmel Corp. hat mit dem CAP7 eine neue, auf dem ARM7-Prozessorkern basierende MCU vorgestellt, die auf Basis der MPCF-Technik (Metal Programmable Cell Fabric) bis zu 450 K ASIC-Gatter für eine kundenspezifische Programmierung enthält. Dabei können für FPGAs erstellte Netzlisten konvertiert werden. Viele Entwickler nutzen FPGAs, da sie deutlich geringere Entwicklungskosten aufweisen (im Gegensatz zu ASICs werden keine Masken mit sehr hohen Fixkosten benötigt), sehr kurze Implementierungszeiten erlauben und einfach zu rekonfigurieren sind. Geht es dann jedoch in die Massenproduktion, spielen die Herstellungskosten die entscheidene Rolle. Bereits ab mittleren Stückzahlen sind ASICs die deutlich billigere Lösung. Durch die Entfernung externer FPGAs können die Kosten mit Atmels CAP7- Lösung um mindestens 50 % reduziert werden. Bei einer Produktionsmenge von 50 000 Stück kostet eine Zwei- Chip-Lösung mit einem FPGA (1 bis 2 M Gatter) und einer ARM7-MCU zwischen 13 und 20 US-Dollar. Der CAP7 kostet hingegen nur 6 US-Dollar pro Stück. Des weiteren können Entwickler im Vergleich zu einer 1- bis 2-W-FPGALösung den Energiebedarf um mehr als 90 % reduzieren und mit einem 80-MHz-CAP7-Baustein die Leistung verdoppeln. Auf einem Emulations-Board mit einem FPGA können Entwickler ihre Logik schrittweise implementieren, testen und dann in den ASIC-Block übertragen.
Parallele interne Datenbussysteme und DMA-Kanäle
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Wie bei Atmel-Mikrocontrollern auf Basis von ARM-Cores üblich, nutzt auch die CAP7-Familie eine mehrschichtige AHB-Matrix (AMBA-High-Speed-Bus). Dadurch ergeben sich mehrere parallele 32-bit-Datenpfade zwischen Prozessor, ASIC, On-Chip-SRAM, externen Speicherbausteinen mit Zugriff über die externe Busschnittstelle (EBI), Peripheriemodulen und der AMBA-Brücke, die die Verbindung zu den Peripheriemodulen mit niedrigerer Geschwindigkeit darstellt (Bild). Beim CAP7 hat die AHB-Matrix sechs parallele 32-bit-Bussysteme für den Datentransfer zwischen dem ARM7-Prozessorkern, den Peripheriemodulen des Systems und On-Chip- und Off-Chip-Speicherbausteinen. Alle Peripheriemodule des Systems haben eigene Hochgeschwindigkeits-DMA-Schnittstellen, über die sie Daten mit der maximalen Geschwindigkeit des AHB ohne Beteiligung des Prozessors von oder in interne oder externe Speicher übertragen können. Der DMA-Controller wickelt die Datenübertragung von einer Quelle zu einem Zielperipheriemodul oder Speicher über einen speziellen Kanal in der AHB-Matrix ab. Ein optimierter Peripherie-DMA-Kanal ist wesentlich kleiner als ein Speicher-zu-Speicher-DMA. Dies ermöglicht den Einsatz eines eigenen DMA-Kanals für jedes Peripheriemodul, ohne dass dies zu einem zusätzlichen Flächenbedarf oder Kostenaufwand führt. Durch das Verschieben der DMA-Kanalkonfiguration und der Steuerregister in den Peripheriespeicherbereich werden die Treiber für die Peripherie erheblich vereinfacht. Der Anwendungsentwickler muss lediglich den Zielpuffer im Speicher konfigurieren, die Anzahl der Transfers angeben und den Übertragungsvorgang initiieren. Alles andere wird in der Hardware abgewickelt.
Die erste CAP7-MCU kommt unter der Bezeichnung AT91CAP7S auf den Markt und basiert auf dem ARM7TDMIProzessorkern. Auf dem Chip befinden sich 160 Kbyte SRAM und 250 k oder 450 k programmierbare ASIC-Gatter. Daneben umfasst die Peripherie USB-, SPI- und zwei USART-Ports, drei 16-bit-Timer sowie jeweils einen 8-bit- und einen 10-bit-A/D-Wandler. Neben einer Einmalzahlung von 150 000 US-Dollar für Design, Prototypen und Masken beträgt der Stückpreis bei einer Abnahme von 50 000 Stück im 144-Pin-LQFP-Gehäuse 5,44 US-Dollar.
| [1] | Produkte und Lösungen der Atmel Corporation: www.atmel.com/products |
| [2] | Siemers, C.: Die Welt der rekonfigurierbaren Prozessoren. Teil 1: Lösungen auf dem Weg zum konfigurierbaren System-on-Chip. Elektronik 2005, H. 21, S. 42ff.; Teil 2: Aktuelle Produkte und deren Zielmärkte. H. 22, S. 42ff. |
| [3] | Strøm, Ø.: Genügsamer Rechenathlet. Elektronik 2006, H. 15, S. 56ff |
| M.Eng. Régis Latawiec studierte Elektrotechnik mit der Fachrichtung Elektronik. Er startete seine Karriere als Produktentwickler bei der französischen Firma Aerospatiale (Verteidigung, Luft- und Raumfahrt), bevor er dieselbe Position bei SECMAT und Alcatel einnahm. Bei Alcatel wurde er zum Projektmanager befördert, bevor er zu Atmel wechselte. Dort arbeitet er heute als Produktmanager der AVR32-Baureihe. stephane.mainchain@atmel.com |
- Chip-Tuning für MCUs
- CAP7-Mikrocontroller reduziert IC-Kosten um mehr als 50 %
- Die Mikroprozessorserien AVR32 UC3A und UC3B
- Beliebiges Mischen von 16- und 32-bit-Anweisungen
