Le microcontrôleur RA0E1 de Renesas simplifie le défi de conception prix/performances

La validation et le succès des applications électroniques peuvent se jouer à quelques centimes. C'est pourquoi lors de la sélection du microcontrôleur (MCU) approprié, les ingénieurs sont souvent confrontés au défi insurmontable d'équilibrer les performances et le prix. Renesas Electronics Corporation vise à faciliter ce choix avec un microcontrôleur Arm® ultrabasse consommation, destiné aux applications embarquées sensibles aux coûts.

Il est difficile de mesurer la pression exercée sur les ingénieurs pour qu'ils développent des applications écoénergétiques et à faible coût. Les problèmes de concurrence, les attentes des consommateurs et des entreprises, ainsi que le rythme rapide de l'innovation augmentent les risques qu'une légère erreur de calcul sur les coûts du produit fini ou les performances du microcontrôleur puisse compromettre le succès.

Un microcontrôleur n'est qu'un simple composant, mais il est d'une importance cruciale lors de l'évaluation des coûts globaux des systèmes. Pensez qu'une différence de prix de 50 cents par unité peut représenter 50 000 USD supplémentaires pour une production prévue de 100 000 produits finis.

Ce n'est peut-être que la partie émergée de l'iceberg : outre le coût unitaire réel du microcontrôleur, les développeurs doivent tenir compte d'une série de facteurs de coûts cachés potentiels susceptibles d'avoir avoir un impact sur les budgets des projets, notamment :

• Frais de licence pour les outils logiciels et les environnements de développement
• Temps de formation
• Tests et dépannage
• Besoin de composants périphériques
• Création de micrologiciels
• Gestion de l'alimentation
• Conformité et certification

Même pour des séries de production beaucoup plus petites, où l'écart de prix entre les microcontrôleurs a un impact moins important, les coûts supplémentaires associés seront souvent relativement plus élevés en raison de l'amortissement sur un plus petit nombre d'unités de production. Cela peut affecter l'approbation du projet.

La consommation d'énergie et la gestion thermique peuvent compliquer la sélection du microcontrôleur approprié.

Plus le microcontrôleur consomme d'énergie, plus le concepteur devra prévoir des composants supplémentaires et éventuellement des batteries plus coûteuses pour les applications mobiles et portables. De même, plus la consommation d'énergie est élevée, plus la génération de chaleur est importante, exigeant potentiellement le besoin de techniques de refroidissement supplémentaires.

Personne ne veut payer plus pour des composants qui offrent plus de performances que nécessaire. Mais personne ne veut non plus créer une application dont les performances sont insuffisantes une fois qu'elle est déployée. C'est pourquoi atteindre l'équilibre optimal entre coûts et performances peut faire ou défaire le succès d'une application.

Atteindre l'équilibre optimal

Le choix du microcontrôleur doit évidemment répondre aux spécificités et aux exigences de fonctionnalités de l'application envisagée. Mais il doit également s'adapter au budget souhaité, en particulier lorsqu'il s'agit d'une application sensible au prix. Cela implique de trouver la combinaison optimale de performances, de consommation d'énergie et de périphériques intégrés.

Certaines applications sont plus sensibles aux coûts que d'autres. Les dispositifs IoT pour la maison, par exemple, sont souvent soumis à une forte pression concurrentielle en termes de prix, reflétant les attentes des consommateurs en matière de dispositifs moins chers. Les applications d'automatisation industrielle requièrent généralement des dispositifs plus robustes et plus fiables pour une utilisation souvent sans surveillance, mais sont très probablement toujours en concurrence sur le prix et d'autres considérations.

Trouver le bon équilibre entre prix et performances commence par la sélection du microcontrôleur approprié qui répond aux exigences de performances, est économe en énergie et offre une certaine flexibilité aux concepteurs d'applications.

En règle générale, les applications plus performantes offrent une puissance de traitement supérieure, des fréquences d'horloge plus élevées et la capacité d'accomplir des tâches plus complexes. Ces microcontrôleurs plus chers incluent typiquement plusieurs périphériques intégrés, réduisant ainsi le recours à des composants supplémentaires, mais entraînant souvent des dépenses plus élevées pour le développement et le débogage logiciels.

Les microcontrôleurs conçus pour les applications sensibles aux coûts se caractérisent souvent par un nombre réduit de périphériques intégrés, une mémoire limitée et une flexibilité de conception inférieure. Ils offrent néanmoins l'avantage d'une consommation d'énergie réduite et d'une durée de vie étendue de la batterie.

Renesas propose des microcontrôleurs riches en fonctionnalités pour les applications sensibles aux coûts

Dans le but de simplifier le processus de sélection pour les applications à faible coût, Renesas propose le RA0E1, un microcontrôleur riche en fonctionnalités avec une consommation d'énergie extrêmement faible et des périphériques optimisés, offrant aux développeurs un moyen d'améliorer leurs conceptions pour une nomenclature réduite.

Dotés d'un cœur Arm Cortex-M23 écoénergétique et d'un ensemble impressionnant de temporisateurs intégrés, de communications série, de fonctions analogiques et de fonctions de sécurité et de sûreté, les microcontrôleurs RA0E1 s'adressent directement au marché des applications sensibles aux coûts.

Le cœur Arm Cortex-M23 a été conçu comme un processeur 32 bits d'entrée de gamme pour un fonctionnement économe en énergie. Doté d'une architecture simple, facile à appréhender et à programmer, ce cœur de microprocesseur intègre la technologie de sécurité TrustZone d'Arm, des fonctionnalités de débogage et de traçage pour diagnostiquer et optimiser les applications, ainsi que la prise en charge de modes basse consommation écoénergétiques.

Le RA0E1 consomme 84,3 μA/MHz de courant en mode actif et 0,82 mA en mode veille, ce qui le rend parfaitement adapté aux applications alimentées par batterie et sensibles à la consommation d'énergie. Son ensemble de fonctionnalités offre polyvalence et efficacité pour de nombreuses applications, notamment l'électronique grand public, l'automatisation industrielle, les dispositifs IoT sécurisés, l'immotique et les petits appareils électroménagers.

Avec une tension d'alimentation comprise entre 1,6 V et 5,5 V, les concepteurs peuvent utiliser le RA0E1 sans avoir à utiliser de dispositif de décalage de niveau ou de régulateur de tension dans les systèmes 5 V. Le RA0E1 intègre également un oscillateur haute précision, ce qui évite aux concepteurs d'avoir à ajouter un oscillateur autonome à leurs conceptions. Cet oscillateur améliore la précision du débit en bauds et maintient une précision de ±1,0 % dans des environnements s'étendant de -40°C à +105°C.

Les microcontrôleurs qui combinent plusieurs fonctions dans une seule puce peuvent considérablement réduire le besoin de composants supplémentaires. Cette intégration simplifie la conception, réduit l'empreinte du circuit imprimé et par conséquent, diminue le coût global du système. Pour minimiser le nombre de périphériques externes, le RA0E1 intègre de nombreux composants, notamment :

• Jusqu'à 64 Ko de mémoire Flash code intégrée et 12 Ko de SRAM haute vitesse avec un bit de parité
• Périphériques analogiques, y compris un CAN 12 bits, un capteur de température et une tension de référence interne
• Périphériques de communication, y compris 3 interfaces UART, 1 interface UART asynchrone, 3 interfaces SPI simplifiées, 1 interface IIC et 3 IIC simplifiées
• Fonctionnalités de protection, y compris contrôle de parité SRAM, détection d'accès à la mémoire non valide, détection de fréquence, test A/N, stockage immuable, calculateur CRC et protection en écriture des registres
• Fonctionnalités de sécurité, y compris identifiant unique, générateur de nombres véritablement aléatoires (TRNG) et protection de lecture Flash

Environnement de développement et compatibilité ascendante

Renesas offre aux développeurs un environnement de conception commun, le Flexible Software Package, qui inclut des pilotes prêts pour la production, Azure RTOS, FreeRTOS et d'autres piles intergicielles. Cet environnement permet également aux développeurs de migrer leurs applications vers des microcontrôleurs RA plus puissants.

Les cœurs Arm présentent un haut degré de compatibilité. Le cœur Cortex-M23 utilise le jeu d'instructions Armv8-M, qui est compatible avec les jeux d'instructions utilisés par d'autres architectures de cœurs Cortex-M.

Les microcontrôleurs RA0E1 de Renesas sont compatibles au niveau des broches et des périphériques avec les microcontrôleurs RA2E1 de Renesas, architecturés autour d'un cœur Arm Cortex-M23 de 48 MHz intégrant jusqu'à 128 Ko de Flash code et 16 Ko de SRAM. Cela permet de mettre à niveau les conceptions basées sur le RA0E1 vers des microcontrôleurs plus performants.

Renesas propose également la carte de prototypage rapide FPB-RA0E1 (Figure 1) pour l'évaluation, le prototypage et le développement d'applications basées sur le microcontrôleur RA0E1.

Figure 1 : Carte FPB-RA0E1 pour le prototypage d'applications basées sur le microcontrôleur RA0E1. (Source de l'image : Renesas)

La carte d'évaluation inclut une interface Arduino UNO R3 et deux connecteurs Pmod. De plus, les développeurs peuvent tirer parti d'un circuit émulateur SEGGER J-Link™ intégré qui permet d'écrire et de déboguer des programmes sans recourir à des outils supplémentaires.

Conclusion

Le microcontrôleur RA0E1 de Renesas fournit un ensemble impressionnant de fonctionnalités et de périphériques intégrés pour développer des applications ultrabasse consommation et sensibles aux coûts sans compromettre le rapport prix/performances. Il est fourni avec de multiples options de connectivité et un riche écosystème disponible avec un environnement de développement complet contribuant à la création d'applications avec des coûts de nomenclature réduits et offrant une voie pour migrer ultérieurement les applications vers des dispositifs plus puissants.