L'MCU RA0E1 di Renesas risolve la sfida del rapporto prezzo/prestazioni nella progettazione

L'approvazione al via e il successo delle applicazioni elettroniche possono essere una questione di pochi centesimi. Ecco perché gli ingegneri che scelgono l'unità microcontroller (MCU) giusta si trovano spesso ad affrontare l'ardua sfida di bilanciare prezzo e prestazioni. Renesas Electronics Corporation intende semplificare questa scelta con un MCU a bassissimo consumo basato su ARM® e destinato ad applicazioni embedded sensibili ai costi.

È difficile sopravvalutare la pressione esercitata sugli ingegneri per lo sviluppo di applicazioni efficienti dal punto di vista energetico e a basso costo. I problemi di concorrenza, le aspettative dei consumatori e dei clienti commerciali e il rapido ritmo dell'innovazione aumentano le probabilità che anche un minimo errore di calcolo sui costi del prodotto finito o sulle prestazioni dell'MCU possa comprometterne il successo.

L'MCU è solo uno dei componenti, ma è di fondamentale importanza per la definizione dei costi complessivi del sistema. Si consideri che una differenza di prezzo di 50 centesimi per unità potrebbe tradursi in 50.000 dollari in più per una produzione pianificata di 100.000 prodotti finali.

E questa potrebbe essere solo la punta dell'iceberg: oltre all'effettivo costo unitario per MCU, gli sviluppatori devono tenere conto di una serie di potenziali fattori di costo nascosti che possono incidere sul budget del progetto, quali:

• Costi di licenza per strumenti software e ambienti di sviluppo
• Tempo di formazione
• Test e risoluzione dei problemi
• Necessità di componenti periferici
• Sviluppo del firmware
• Gestione dell'alimentazione
• Conformità e certificazione

Anche nel caso di produzioni molto più limitate, in cui la differenza di prezzo dell'MCU potrebbe non essere elevata, i relativi costi aggiuntivi saranno spesso relativamente maggiori a causa dell'ammortamento su un numero inferiore di unità di produzione. Questo potrebbe impossibilitare l'approvazione del progetto.

Il consumo energetico e la gestione termica possono complicare la scelta dell'MCU giusto.

Più potenza consuma l'MCU, più è probabile che il progettista debba inserire componenti aggiuntivi e possibilmente batterie più costose per le applicazioni mobili e portatili. Allo stesso modo, maggiore è il consumo energetico, maggiore sarà il calore generato, che potrebbe richiedere tecniche di raffreddamento aggiuntive.

Nessuno vuole pagare in eccesso per componenti che offrono più prestazioni del necessario. Ma al tempo stesso nessuno vuole un'applicazione che non funzioni a dovere una volta messa in campo. Ecco perché il raggiungimento di un equilibrio ottimale tra costi e prestazioni può determinare il successo di un'applicazione.

Raggiungere l'equilibrio ottimale

La scelta dell'MCU deve ovviamente soddisfare le caratteristiche e le funzionalità specifiche dell'applicazione prevista. Deve anche rientrare nel budget desiderato, soprattutto quando si tratta di un'applicazione sensibile ai costi. Per questo è necessario trovare il mix ottimale di prestazioni, consumo energetico e periferiche integrate.

Alcune applicazioni sono più sensibili al prezzo di altre. I dispositivi IoT per la domotica, ad esempio, sono spesso sottoposti a un'intensa pressione concorrenziale sui prezzi, che riflette le aspettative dei consumatori di dispositivi a basso costo. Le applicazioni di automazione industriale richiedono in genere dispositivi più robusti e altamente affidabili per l'uso spesso non presidiato, ma è probabile che siano anch'esse in competizione in termini di prezzo e altre considerazioni.

Il giusto equilibrio tra costi e prestazioni inizia con la scelta dell'MCU giusto che soddisfi i requisiti di prestazione, sia efficiente dal punto di vista energetico e offra flessibilità ai progettisti di applicazioni.

In genere, le applicazioni a prestazioni più elevate offrono una maggiore potenza di elaborazione, velocità di clock più elevate e la possibilità di eseguire operazioni più complesse. Questi MCU più costosi incorporano in genere diverse periferiche, riducendo la necessità di componenti aggiuntivi, anche se spesso comportano spese maggiori per lo sviluppo e il debug del software.

Gli MCU progettati per applicazioni sensibili ai costi sono spesso gravate da un minor numero di periferiche integrate, da una memoria limitata e da una ridotta flessibilità di progettazione. Offrono tuttavia il vantaggio di un consumo energetico ridotto e di una maggiore durata della batteria.

Renesas offre MCU ricchi di funzionalità per applicazioni sensibili ai costi

Per semplificare la selezione per applicazioni a basso costo, Renesas propone il gruppo RA0E1, un MCU ricco di funzionalità con consumi estremamente bassi e periferiche ottimizzate, che offre agli sviluppatori un modo per migliorare i loro progetti con una distinta base ridotta.

Basati sul core ARM Cortex-M23 ad alta efficienza energetica e un'impressionante serie di timer integrati, comunicazioni seriali, funzioni analogiche e funzioni di sicurezza e protezione, gli MCU RA0E1 si rivolgono direttamente al mercato delle applicazioni sensibili ai costi.

Il core ARM Cortex-M23 è stato progettato come processore entry-level a 32 bit per un funzionamento ad alta efficienza energetica. Con un'architettura semplice e facile da imparare e programmare, questo core MPU incorpora la tecnologia di sicurezza TrustZone di ARM, funzioni di debug e di tracciamento per diagnosticare e ottimizzare le applicazioni e il supporto per modalità a basso consumo energetico.

L'MCU RA0E1 consuma 84,3 μA/MHz di corrente in modalità attiva e 0,82 mA in modalità di sospensione, rendendolo particolarmente adatto ad applicazioni alimentate a batteria e sensibili ai consumi. Il suo set di funzionalità offre versatilità ed efficienza per diverse applicazioni, tra cui elettronica consumer, automazione industriale, dispositivi IoT sicuri, automazione degli edifici e piccoli elettrodomestici.

Con una tensione di alimentazione compresa tra 1,6 V e 5,5 V, i progettisti possono utilizzare l'MCU RA0E1 senza dover ricorrere a un regolatore di livello o a un regolatore di tensione nei sistemi a 5 V. L'MCU RA0E1 incorpora anche un oscillatore su chip ad alta precisione, grazie al quale i progettisti non devono aggiungere un oscillatore indipendente ai loro progetti. L'oscillatore presente migliora l'accuratezza della velocità di trasmissione e mantiene una precisione di ±1,0% in ambienti che vanno da -40 °C a +105 °C.

Gli MCU che combinano più funzioni in un unico chip possono ridurre drasticamente la necessità di componenti aggiuntivi. Questa integrazione semplifica la progettazione, riduce l'ingombro sulla PCB e, in ultima analisi, il costo complessivo del sistema. Per ridurre al minimo le periferiche esterne, l'MCU RA0E1 integra numerosi componenti, tra cui:

• Fino a 64 kB di memoria flash di codice integrata e 12 kB di SRAM ad alta velocità con un bit di parità
• Periferiche analogiche, tra cui un ADC a 12 bit, un sensore di temperatura e una tensione di riferimento interna
• Periferiche di comunicazione, tra cui 3 interfacce UART, 1 interfaccia UART asincrona, 3 interfacce periferiche seriali (SPI) semplificate, 1 circuito inter-integrato (IIC) e 3 IIC semplificati
• Caratteristiche di sicurezza, tra cui il controllo di parità della SRAM, il rilevamento di accessi non validi alla memoria, il rilevamento della frequenza, il test A/D, l'archiviazione immutabile, la calcolatrice CRC e la protezione in scrittura dei registri
• Caratteristiche di protezione che includono un ID univoco, un vero generatore di numeri casuali (TRNG) e la protezione dalla lettura della flash

L'ambiente di sviluppo e la compatibilità verso l'alto

Renesas offre agli sviluppatori un ambiente di progettazione comune, dal nome Flexible Software Package, che include driver pronti per la produzione, Azure RTOS, FreeRTOS e altri stack middleware. Inoltre, fornisce agli sviluppatori un percorso per migrare le loro applicazioni verso MCU RA più potenti.

I core ARM hanno un elevato grado di compatibilità. Il Cortex-M23 utilizza il set di istruzioni Armv8-M, compatibile con i set di istruzioni utilizzati da altre architetture core Cortex-M.

Gli MCU RA01E di Renesas sono compatibili in termini di pin e periferiche con la linea di MCU RA2E1 di Renesas, che si basa su un core ARM Cortex-M23 a 48 MHz con fino a 128 kB di flash di codice e 16 kB di SRAM. Ciò consente di aggiornare i progetti realizzati con l'MCU RA0E1 a MCU con prestazioni più elevate.

Renesas offre anche la scheda di prototipazione rapida FPB-RA0E1 (Figura 1) per la valutazione, la prototipazione e lo sviluppo di applicazioni basate sull'MCU RA0E1.

Figura 1: La scheda FPB-RA0E1 per la prototipazione di applicazioni del microcontroller RA0E1. (Immagine per gentile concessione di Renesas)

La scheda di valutazione comprende un'interfaccia Arduino UNO R3 e due connettori Pmod. Inoltre, gli sviluppatori possono usufruire di un circuito emulatore SEGGER J-Link™ incorporato per scrivere e fare il debug dei programmi senza bisogno di strumenti aggiuntivi.

Conclusione

L'MCU RA01E di Renesas offre una serie impressionante di funzioni e periferiche integrate per lo sviluppo di applicazioni a bassissimo consumo e sensibili ai costi, senza compromettere il rapporto prezzo/prestazioni. È dotato di molteplici opzioni di connettività e di un ricco ecosistema con un ambiente di sviluppo completo che può favorire la creazione di applicazioni dai costi contenuti e fornire un percorso per la successiva migrazione delle applicazioni a dispositivi più potenti.