Microchip Technology Mit zwei 32-bit-Herzen auf Security getrimmt

Blockschaltbild des SAM L11-Controllers

Microchip hat einerseits sein Mikrocontroller-Portfolio um neue 32-bit-MCUs der Serien SAM L10 und SAM L11 erweitert. Andererseits stehen auch neue digitale Signal-Controller (DSCs) aus der dsPIC-Serie zur Verfügung, und zwar die ersten mit zwei Cores.

Rich Hoefle, Marketing Director 32-Bit Microcontroller Business Unit bei Microchip Technology, erklärt, dass die neue dsPIC33CH-Familie mit zwei DSC-Cores – einer fungiert als Master (90 MIPS), der andere als Slave (100 MIPS) – für leistungsfähige, digital geregelte Stromversorgungs- und Motorsteuerungsanwendungen optimiert ist, grundsätzlich aber für alle Applikationen, in denen komplexe Algorithmen berechnet werden müssen. Dazu zählen kabellose Stromversorgungen, Server-Netzteile, Drohnen und Automotive-Sensoren.

Beide Cores verfügen über ihren eigenen Peripheral- und Memory-Bus, die Kommunikation zwischen den Cores kann über ein einfaches Mailbox-Interface oder über zwei dedizierte, unidirektionale FIFOs erfolgen. Dank der zwei unabhängigen Cores kann die Code-Entwicklung für jeden Core durch ein eigenes Team erfolgen; die spätere Zusammenführung sei problemlos möglich. Darüber hinaus ist es damit möglich, zeitkritische Regelalgorithmen getrennt von Aufgaben wie Diagnose und Kommunikation laufen zu lassen, und die Firmware kann für jeden Core einzeln optimiert werden. Außerdem ist laut Hoefle das Debuggen leichter, denn zwischen den Cores findet nur eine minimale Interaktion statt und ein Update der Firmware ist ebenfalls einfacher.

Hoefle gibt anhand der anvisierten Applikationen Beispiele, wie eine Aufteilung der Aufgaben auf die Cores aussehen könnte:

Digital Power - Slave: latenzkritische Kompensationsalgorithmen; Master: PMBus-Stack und Aufgaben auf Systemebene

Motorsteuerung – Slave: zeitkritische Regelungsalgorithmen (Geschwindigkeit und Drehmoment); Routinen für die funktionale Sicherheit, CAN-FD-Stack und andere Aufgaben auf Systemebene

Leistungsfähige Embedded-Systeme – Beschleunigung von rechenintensiven Funktionen wie DSP-Filterung von Sensordaten

Die höhere Rechenleistung der neuen dsPIC-Bausteine macht sich aus Hoefles Sicht in allen eben genannten Anwendungsbereichen positiv bemerkbar. Geht es um die digitale Stromregelung, so ermöglichen höhere Schaltfrequenzen eine höhere Leistungsdichte; adaptive Algorithmen wiederum erhöhen den Wirkungsgrad und das bei den unterschiedlichsten Lastbedingungen; Digital Power ermöglicht auch die Implementierung nichtlinearer und prädikativer Regelalgorithmen und verbessern damit die Reaktionsfähigkeit des Systems. In der Motorsteuerung können dank der hohen Rechenleistung mehrere Motoren geregelt werden und zwar einschließlich Leistungsfaktorkorrektur, was schlussendlich die Kosten senkt. Und in Embedded-Anwendungen »kann das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert werden, indem komplexere Filteralgorithmen zum Einsatz kommen«, so Hoefle weiter.

Die erhöhte Rechenleistung macht sich bemerkbar. Hat ein dsPIC33EOP mit 70 MHz bislang für einen Kompensationsalgorithmus mit 3 Polen und 3 Nullstellen 543 ns benötigt, braucht der dsPIC33 CH mit 100 MHz nur noch 280 ns, wobei die deutliche Verbesserung nicht nur an der höheren Taktfrequenz liegt, sondern auch an neuen Instruktionen (z.B. schnellere Divisionen, Akkumulator-Normalisierung, 32-bit-Akkumulator-Load/Stores) und kontextabhängigen Akkumulator- und Statusregistern. Hoefle weiter: »Mit den zwei dsPIC33C-Cores und 100 MHz können Schaltfrequenz von über 2 MHz realisiert werden, sodass sich die Bausteine ideal für GaN-Leistungshalbleiter eignen.«

Was hat Microchip an Peripherie spendiert? Der Master ist über seinen Memory-Bus mit 128 kB Flash (ECC) und 16 kB RAM verbunden, außerdem sind sechs DMA-Kanäle integriert. Über seinen Peripheral-Bus sind I2C (2), CAN-FD, SPI (2), UART (2) und SENT (Single-Edge Nibble Transmission, 2) angebunden. Darüber hinaus auch eine PWM-Unit mit einer Auflösung von 250 ps (4 Kanäle), ein A/D-Wandler mit 3,5 MS/s, ein Analogkomparator sowie diverse Timer und ein Capture/Compare/PWM-Modul. Dem Master stehen außerdem zwei der sogenannten Core-independent Peripherals zur Verfügung: ein Peripheral-Trigger-Generator (PTG) und konfigurierbare Logikzellen (CLC). Der Slave verfügt über 24 kB PRAM (RAM-Speicher, von dem der Slave Programmbefehle holt), 4 kB Daten-RAM und zwei DMA-Kanäle. An Peripherals sind folgende Blöcke integriert: PWM-Unit (8 Kanäle, 250 ps), A/D-Wandler (3 Kanäle, 3,5 MS/s), Analogkomparatoren (3), PGA (Programmable Gain Amplifier, 3), CLC, I2C, SPI, UART, Capture/Compare/PWM-Modul und Timer. Hoefle: »Der Master verfügt über mehr Kommunikationsschnittstellen und Programm-Flash und eignet sich deshalb hervorragend für die Systemüberwachung und Housekeeping-Funktionen. Der Slave wiederum ist mit mehr analogen Peripherals und PWMs versehen, sodass er sich wiederum für Motorsteuerungen mit geschlossenem Regelkreis oder digitale Stromversorgungen eignet.«

Die dsPIC33CH DSCs werden durch Microchips MPLAB-Entwicklungstools unterstützt, u.a. durch die kostenlose integrierte Entwicklungsumgebung (IDE) MPLAB X und den MPLAB Code Configurator. Außerdem stehen drei Entwicklungs-Boards zur Verfügung: Das dsPIC33CH Curiosity Board (DM330028) als kostengünstige und flexible Plattform, mit der Kunden schnell einen Prototyp erstellen können. Das dsPIC33CH-Plug-in-Modul (PIM) für Motorsteuerungsplattformen (MA330039) ist für die MCLV-2- und MCHV-2/3-Systeme von Microchip erhältlich und das dsPIC33CH PIM als General-Purpose-Plug-in-Modul (MA330040).

Die dsPIC33CH DSCs sind in acht verschiedenen Gehäusen erhältlich, vom 28-poligen dsPIC33CH64MP202 bis hin zu Varianten mit 80 Pins und Varianten ab 5 mm × 5 mm. Die Flash-Speichergrößen reichen von 64 bis 128 kB.