MCUs für die Automatisierungstechnik
Für alles ein passendes Derivat
Als System-on-Chip konzipierte Mikrocontroller lassen sich durch die Wahl der jeweiligen Bausteine auf dem Chip optimal den unterschiedlichen Applikationen anpassen. Die so entstehenden Derivate erleichtern dem Entwickler die Arbeit, weil sie untereinander pin- und Software-kompatibel sind.
Die Mikrocontroller der Sitara-Familie von Texas Instruments basieren auf den Prozessorkernen der ARM-A-Serie - Cortex-A8, Cortex-A9 und Cortex-A15. Sie wurden speziell für den Einsatz in der Automatisierungstechnik entwickelt und bieten dem Entwickler den Vorteil, dass Schnittstellen für mehrere industrielle Kommunikations-Protokolle direkt auf dem Chip integriert sind. Die Mikrocontroller der einzelnen Prozessorfamilien sind pin- und Software-kompatibel und eignen sich für den Einsatz in Ein-/Ausgabe-Geräten, für Mensch-Maschine-Schnittstellen (Human-Machine Interface - HMI) und speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS).
Eine Familie, drei Mikrocontroller-Reihen
Die Sitara-Mikrocontroller wurden als System-on-Chip realisiert und enthalten einen Prozessorkern der ARM-A-Serie (Single- oder Multicore), ein echtzeitfähiges Kommunikations-Subsystem (PRU-ICSS, Programmable Real-Time Unit Subsystem and Industrial Communication Subsystem) und gängige industrielle Schnittstellen. Dazu zählen mehrere Industrial-Ethernet- und Feldbus-Protokolle mit Master- und Slave-Funktion - zum Beispiel Profibus, Profinet, EtherCAT, EtherNET IP, Powerlink, Sercos III - und mehrere Positionsgeber-Protokolle, wie EnDat 2.2, BiSS C, SSI (Serial Synchronous Interface) sowie vier- oder zweiadrige Hiperface-DSL-Encoder (DSL: Digital Servo Link). Diese Integration ermöglicht kleine, kompakte Systeme, die dank moderner Halbleiterprozesse nur wenig Verlustleistung erzeugen, sodass Entwickler Systeme auch ohne Lüfter konzipieren können.
Die ersten Mikrocontroller der Sitara-Familie sind die Sitara AM335x - sechs pinkompatible Mikrocontroller mit unterschiedlichen Taktfrequenzen und geeignet für verschiedene Temperaturbereiche. Sie bieten ein gutes Verhältnis zwischen Rechenleistung, auf dem Chip integrierter Peripherie und Preis. Mit dem Prozessorkern Cortex-A8 von ARM, der erste, der die ARMv7-A-Architektur unterstützt, mit einer typ. Rechenleistung von 2,0 DMIPS/MHz (Dhrystone MIPS) können die AM335x-Controller Werte bis zu 2000 DMIPS erzielen.
Die Mikrocontroller der Reihe Sitara AM437x enthalten einen mit bis zu 1 GHz getakteten Cortex-A9-Prozessorkern mit Unterstützung für die Single-Cycle-VFP-Verarbeitung (Vector Floating Point). Dies steigert die Leistungsfähigkeit bei Gleitkomma-Berechnungen, wie sie beispielsweise in Motorregelungen vorkommen. Der Cortex-A9-Kern hat eine achtstufige Pipeline mit Out-of-Order-Speculative-Issue-Superscalar-Verarbeitung und kommt damit auf 2,50 DMIPS/MHz, was bis zu 2500 DMIPS für die AM437x-Mikrocontroller ergibt.
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Die neuen Mikrocontroller Sitara AM572x zeichnen sich durch eine spezielle heterogene Architektur aus, die im Interesse maximaler Rechenleistung und Skalierbarkeit aus ARM-Prozessorkernen Cortex-A15, C66x-DSPs und Cortex-M4 besteht. Die beste Rechenleistung wird mit zwei Arten von Prozessorkernen erzielt: mit einem bis zwei Cortex-A15 mit bis zu 1,5 GHz Taktfrequenz sowie einem bis zwei C66x-DSPs mit einer Taktfrequenz bis zu 750 MHz. Besondere Regelungsfunktionen lassen sich für die deterministische Echtzeitverarbeitung an die beiden Cortex-M4-Prozessorkerne auslagern, die mit 213 MHz getaktet werden. Zwei Cortex-A15-Prozessorkerne ergeben eine Rechenleistung von 10.500 DMIPS. Sie lassen sich durch zwei C66x-DSPs ergänzen, die 48 GMACS (Multiply Accumulate per Second), entsprechend 24 GFLOPS (Floating Point Operations per Second) beisteuern. Damit stellt die AM572x-Reihe die leistungsfähigsten Mikrocontroller innerhalb der Sitara-Familie (Tabelle).
Dank der pin- und Software-kompatiblen ICs kann der Entwickler auf bereits zuvor konstruierte und bewährte Schaltungsteile, Baugruppen, Layouts und Software-Module aufsetzen und in das neue Projekt übernehmen. Neben TI RTOS und Linux können auf den Mikrocontrollern auch kommerziell angebotene Echtzeit-Betriebssysteme (RTOS) laufen.
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