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Cortex-M85-MCUs

Erster Teil der RA8-Familie verfügbar

19. November 2023, 8:30 Uhr | Iris Stroh

Vorteile des Cortex-M85 und Vergleich mit Cortex-M7

Renesas Electronics hatte auf der embedded world 2022 erstes funktionsfähiges Silizium auf Basis des Cortex-M85 vorgestellt, auf der embedded world 2023 folgten Demos und jetzt steht die erste General-Purpose-MCU-Gruppe mit dem Cortex-M85 zur Verfügung.

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Die RA8M1-Gruppe aus der RA8-Serie besteht aus neuen, hochleistungsfähigen Controllern, das sind die ersten weltweit, die auf dem Cortex-M85-Prozessorkern basieren«, erklärt Bernd Westhoff, Director Microcontroller Product Marketing weltweit bei Renesas Electronics. Die neuen Bausteine der RA8-Serie liefern mit 6,39 CoreMark/MHz und über 3000 CoreMark-Punkten sowie einem vollständig deterministischen Echtzeitbetrieb mit geringer Latenz die »branchenweit beste Leistung und schließen die Lücke zwischen unseren Arm-MCUs und Arm-MPUs«, erklärt er weiter.

Vorteile der RA8-Serie

Geht es um Besonderheiten bzw. Vorteile der neuen RA8-Serie, so verweist Westhoff auf die mit dem Cortex-M85 bzw. der zugrundeliegenden ARMv8.1-M-Architektur verbundene Helium-Technologie (M-Profil-Vektor-Erweiterung) von Arm. Mit Helium lassen sich KI-/ML- (Maschinenlernen) und DSP-Aufgaben deutlich beschleunigen. Bei Arm heißt es, dass Helium die ML-Leistung um einen Faktor von maximal 15 erhöht, die Signalverarbeitung immerhin um den Faktor 5. Bei Renesas selbst heißt es, dass Helium »eine vierfache Leistungssteigerung für digitale Signalprozessoren (DSP) und maschinelles Lernen (ML) im Vergleich zu MCUs auf Basis des Arm-Cortex-M7-Prozessors bietet«. Auch die skalare Performance fällt im Vergleich zum Cortex-M7 um 30 Prozent höher aus; im Vergleich zum CM55 steigt die Vektorleistung um 20 Prozent.

Westhoff erklärt weiter, dass sich die neuen MCUs aber auch durch eine führende Security auszeichnen. Denn einerseits ist in den Cortex-M85-Prozessoren die TrustZone-Technologie implementiert, die eine Isolierung und Partitionierung in sichere und nicht sichere Bereiche (Speicher, Peripherals und Programmcode) erlaubt. Darüber hinaus hat Renesas in die neuen MCUs auch seine neueste Variante des eigenen RSIP (Renesas Security IP: RSIP-E51A) integriert, die kryptografische Beschleuniger umfasst und eine True-Secure-Boot-Funktionalität unterstützt.

Zu den weiteren Security-Funktionen gehören unveränderlicher Speicher für ein leistungsstarkes Hardware-Root-of-Trust, Octal SPI mit Decryption on the Fly (DOTF), sicheres authentifiziertes Debugging, sichere Programmierung der Werkseinstellungen und Manipulationsschutz. In Verbindung mit der Arm TrustZone ermöglicht dies eine umfassende und vollständig integrierte Secure-Element-Funktionalität. Mit dem Cortex-M85 ist auch das PACBTI-Feature (Pointer-Authentication and Branch-Target-Identification) als Security-Maßnahme verbunden.

Dieses bietet einen Schutz vor Software-Angriffen, die auf Verletzungen der Speichersicherheit und Speicherbeschädigungen abzielen. Die RA8-Serie strebt außerdem Zertifizierungen nach PSA Certified Level 2 + Secure Element (SE), NIST CAVP und FIPS 140-3 an.

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Westhoff weist außerdem darauf hin, dass die neuen RA8M1-MCUs auch in Hinblick auf die Leistungsaufnahme optimiert wurden. So erlaube eine Kombination aus DC/DC-Wandler, Low-Power-Modi, verschiedenen Power-Domains, Spannungs- und Frequenzskalierung, dynamischem Clock-Gating und schneller Aufwachzeit sowie niedrigen Aktiv- und Standby-Strömen eine Senkung des Gesamtsystemverbrauchs.

Die Bausteine werden mithilfe einer 40-nm-Technologie gefertigt, um den Standby-Strom im Vergleich zu einem 28-nm-Prozess zu senken. Zu den konkreten Zahlen erklärt Westhoff weiter: »Im aktiven Modus liegt die typische Leistungsaufnahme bei 223 µA/MHz; im RTC-Modus bei laufender RTC geht die Stromaufnahme runter bis typisch 0,52 µA.« Im Deep-Software-Standby-Mode beziffert er die Stromaufnahme mit 1,56 µA, im SW-Standby-Mode liegt die Stromaufnahme bei 0,9 mA, bei 1 MB SRAM-Erhalt.

Für Westhoff stellen die mit den Mikrocontrollern verbundenen Kosten ebenfalls ein Differenzierungsmerkmal für die RA8M1-Familie dar. Westhoff: »Auf allen RA8-Komponenten integrieren wir Flash; das ist bei konkurrierenden Anbietern von Cortex-M7-MCUs nicht der Fall, das heißt, Entwickler müssten externes Flash implementieren. Das ist bei uns nicht notwendig, und wir reden hier von bis zu 2 MB Flash und 1 MB RAM. Wenn das nicht reichen sollte, kann der Entwickler natürlich auch über das integrierte Octal-SPI-Interface mit ‚Execution in Place’-Unterstützung und ‚Decryption on the Fly’-Unterstützung externe Speicherelemente anbinden«, so Westhoff weiter. Dank der RSIP wiederum könne der Entwickler auf ein externes Secure Element verzichten, auch das senke die Kosten.

Als weiteres Differenzierungsmerkmal verweist er auf die einfache Entwicklung, die mit den RA8M1-MCUs verbunden ist, wobei er weiter erklärt, dass das für die gesamte RA-Familie und nicht nur für die RA8-Serie gilt. Renesas stellt den Entwicklern sein FSP (Flexible Software-Package) zur Verfügung. Das FSP soll eine schnellere Anwendungsentwicklung ermöglichen, indem es die gesamte benötigte Infrastruktursoftware bereitstellt.

Hierzu gehören mehrere RTOS (FreeRTOS und Azure RTOS), BSP, Peripherie-Treiber, Middleware, Konnektivität, Netzwerk- und Security-Stacks sowie Referenzsoftware für den Aufbau komplexer KI-, Motorsteuerungs- und Cloud-Anwendungen. Entwickler können ihren eigenen Legacy-Code und das RTOS ihrer Wahl in das FSP integrieren. Das FSP erleichtert außerdem die Migration bestehender Designs auf die neuen Bausteine der RA8-Serie. Westhoff: Alles wird über Github zur Verfügung gestellt, von Renesas gewartet und dementsprechend für jede Produktgruppe, die in Zukunft auf den Markt kommt, erweitert.«

Dazu kommen natürlich noch diverse andere Tools wie die hauseigenen On-Chip-Debugger-Module E2 und E2 Lite sowie Segger J-Link, mit e2studio die hauseigene IDE, aber natürlich werden auch die IDEs von Keil und IAR (IAR Embedded Workbench), ein GNU-Compiler sowie die Compiler von Keil und IAR sowie ein Evaluation-Kit für die RA8M1-Gruppe unterstützt. »Das sogenannte EK-RA8M1-Evaluation-Kit bietet die Möglichkeit, den RA8M1 in allen seinen Möglichkeiten zu evaluieren.

Das heißt, hier sind alle Pins des Controllers rausgeführt; zusätzlich sind verschiedene Interfaces implementiert, Ethernet, CAN, USB usw. Und die Entwickler haben die Möglichkeit, diesen Controller mit diversen Ecosystem-Modulen zu erweitern, die zum Beispiel auf Pmod-Interface oder mikroBus-Interface basieren. Darüberhinaus ist auch ein Arduino-Interface vorhanden, und natürlich hat dieses Board auch einen On-Chip-Debugger implementiert, sodass ein Kunde, der mit dem RA8 starten möchte, nichts anderes braucht als dieses Kit und sofort loslegen kann«, so Westhoff.