Ein Report über 16-bit-Controller für „Embedded“-Anwendungen
Leistungsfähige Rechenknechte
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Platz 6 bis 10 mit 20 Prozent Marktanteil
Während die größten vier Hersteller (Hitachi und Mitsubishi in Renesas zusammengefasst) etwa 70 % des Marktes ausmachen, bringen es die Unternehmen auf den Plätzen 6 bis 10 (Rangordnung 2002) auf weitere rund 20 %, so dass die Top Ten insgesamt 90 Prozent des Marktes abdecken.
Jobangebote+ passend zum Thema
Platz 9 der iSuppli-Liste geht an STMicroelectronics [8], die gleich mit mehreren 16-bit-Familien aufwarten: Das Low-End markiert die ST9-Familie mit dem Slogan „16-bit-Leistung zum 8-bit-Preis“. Darüber kommt die leistungsstarke und populäre ST10-Familie, die auf der C166-Architektur von Infineon basiert. Die daraus weiterentwickelte softwarekompatible Familie „Super10“ (Bild 7) mit integrierten DSP-Funktionen (40-bit-MAC-Einheit) erweitert die Pipeline von vier auf fünf Stufen und stößt mit einer Rechenleistung bis zu 150 MIPS weit in Regionen von 32-Bittern vor. ST hat diesen Kern vor allem als IP-Kern für die SoC-Integration entwickelt. Die für eine 16-bit-Architektur vergleichsweise hohe Rechenleistung ermöglicht eine CPU, die beispielsweise eine MAC-Operation (Multiply/Accumulate), einen „Memory Move“ (Bewegung eines Speicherinhalts) und eine „Post-Operation“ an einem Zeiger in einem Taktzyk-lus durchführen kann. Die in einem 0,13-µm-Prozess gefertigten Super10-Chips zeichnen sich durch einen linearen Adressraum von 16 Mbyte und einen 64 bit breiten Programm-Speicherbus aus. Die spezifische Leistungsaufnahme gibt ST mit 0,2 bis 0,5 mW pro MHz an, wobei die maximale Taktfrequenz bei 150 MHz liegt. Der Befehlssatz ist eine Mischung aus RISC und CISC, wobei die DSP-Befehle auf die Anwendungsfelder Festplatten, Automotive und Consumer-Anwendungen zugeschnitten wurden. Flash-Speicher-Versionen sind in allen drei Familien erhältlich.
Die japanische NEC Electronics (Rang 10, [9]) setzt auf die zu den 8-Bittern 78K0 aufwärtskompatible 16-bit-Baureihe 78K4 und bietet damit einen einfachen Upgrade-Pfad für seine 8-bit-Familien. Ein typischer Vertreter der 78K4-Familie ist beispielsweise der µPD784225, der bei einer Taktfrequenz von 12,5 MHz eine Befehlszykluszeit von 160 ns aufweist. An Speichern umfasst der Baustein 128 Kbyte Flash und 4 Kbyte RAM, wobei auch 256-Kbyte-Flash-Derivate angeboten werden. Neben Bit-Manipulations-Befehlen bietet die CPU auch eigene Multiplikations- und Divisionsbefehle. Der für die Anwendungsgebiete Telekommunikation, Automobil-Audio-Gerä-te und Datenverarbeitung optimierte Satz an Peripherie-Einheiten stellt dem Anwender umfangreiche Timer und Schnittstellen (2 UART, synchrone serielle Schnittstelle und Mehrzweck-Ports) sowie A/D- und D/A-Umsetzer zur Verfügung. Der Betriebsspannungsbereich reicht von 1,8 bis 5,5 V. Als Gehäuse kommen 80-Pin-QFPs und -TQFPs zum Einsatz.
Beim Prozessor-Giganten Intel (Platz 11, [10]) denkt man zwar zunächst an Hochleistungs-PC-Prozessoren, doch das Unternehmen bietet nach wie vor auch noch 16-Bitter an. Der Familie MCS96 liegt eine Register-zu-Register-Architektur mit 232 gleichzeitig ansprechbaren Registern zugrunde, die sich mit bis zu 50 MHz takten lässt. Die drei Unterfamilien umfassen die EPA-Linie (mit Event Processor Array und flexiblem I/O-System) für Echtzeit-Anwendungen, die HSIO-Familie mit einem optimierten Hochgeschwindigkeits-I/O-Subsystem für schnelle Sensorikanwendungen und die Motorsteuerungsfamilie. Die MCS296-Familie bietet zusätzlich noch DSP-Funktionen.
Typische Mehrzweck-16-Bitter bieten auch die japanische Oki Electric (Rang 16, [11]) mit der OLMS66K-Familie und die niederländische Philips Semiconductor (Rang 19, [12]) mit der aus der populären 8-bit-Architektur abgeleiteten XA-Familie an. Von beiden Herstellern gibt es zahlreiche Derivate mit unterschiedlichen Peripheriemodulsätzen und Flash-Speicheroptionen.
Internet-Adressen
[1] Renesas Technology (Hitachi und Mitsubishi Electric): www.renesas.com
[2] Infineon Technologies: www.infineon.com
[3] Motorola Halbleiter: www.mot-sps.com
[4] Toshiba Electronics Europe: www.toshiba-components.com
[5] Texas Instruments: www.ti.com
[6] Fujitsu Microelectronics Europe: www.fme.fujitsu.com
[7] Matsushita Electric: www.panasonic. co.jp/semicon/e-index.html
[8] STMicroelectronics: www.st.com
[9] NEC Electronics Europe: www.ee.nec.de
[10] Intel: www.intel.com
[11] Oki Electric: www.okisemi.com/eu/
[12] Philips Semiconductors: www.semiconductors.philips.com
Gerhard Stelzer, Elektronik
Verwandte Artikel:
In der 16-bit-Gemeinde nach wie vor sehr populär ist die C166-Familie der Nummer 2 im Markt – Infineon [2]. Sechs Unterfamilien hat das Unternehmen mittlerweile auf den Markt gebracht (C161, C163, C164, C165, C166 und C167). Das obere Ende des 16-bit-Leistungssegments wollen die Münchner mit dem neueren C166SV2-Kern adressieren. Dazu wurde die Pipeline von vier auf fünf Stufen ausgedehnt, so dass die Befehlszykluszeit bei der maximalen Taktfrequenz von 40 MHz bei 25 ns liegt. Ein gutes Beispiel für diese Baureihe leistungsfähiger 16-bit-Controller ist der XC161 (Bild 3). Der Baustein kombiniert RISC-, CISC- und DSP-Eigenschaften in einem Chip. Für 16?16-bit-Multiplikationen und für MAC-Befehle reicht ein Taktzyklus aus, 32/16-bit-Divisionen benötigen 21 Zyklen. Der Adressraum ist mit 16 Mbyte (12 Mbyte extern) reichlich bemessen. Als Gedächtnis fungiert ein komplexes Speichersubsystem mit 128 Kbyte Flash-Speicher für Programme, 4 Kbyte SRAM für Daten (DSRAM), 2 Kbyte gemischtem Programm-/Daten-RAM (PSRAM) sowie 2 Kbyte Dual-Port-RAM (DPRAM). Auf der Peripherieseite hat man u.a. einen 12-Kanal-A/D-Umsetzer mit wahlweise 8 oder 10 bit Auflösung, zwei 16-bit-Capture/Compare-Einheiten (32 I/O-Pins), fünf Timer, zwei schnelle synchrone serielle Schnittstellen, zwei USARTs, zwei CAN-Schnittstellen sowie ein Serial Data Link Module (für J1850 geeignet) und ein I2C-Interface eingebaut. Weitere Eigenschaften wie eine eigene Takterzeugung mit Vorteiler, bis zu 99 Mehrzweck I/O-Pins, JTAG-Schnittstelle und ein On-Chip-Bootstrap-Loader runden die Funktionsvielfalt ab. Als Gehäuse kommt ein 144-Pin-TQFP zum Einsatz.
- Leistungsfähige Rechenknechte
- Platz 6 bis 10 mit 20 Prozent Marktanteil
- Motorola mit Flash-Speicher und EEPROM
