A NXP oferece um ecossistema de desenvolvimento Arm® Cortex®-M33

Os processadores de núcleo Arm® Cortex®-M33 são uma família de microcontroladores (MCUs) de baixo consumo de energia e alto desempenho que oferecem segurança aprimorada e recursos de processamento digital de sinais. Eles são adequados para uma ampla variedade de aplicações embarcadas e de IoT, mas projetar produtos com esses MCUs pode ser um desafio, especialmente para desenvolvedores que não estão familiarizados com a arquitetura Arm. A NXP Semiconductors, uma das principais fornecedoras de microcontroladores baseados em Arm, tem o objetivo de facilitar esse desafio com sua plataforma de desenvolvimento MCUXpresso.

O processador RISC (reduced instruction set computing) Arm domina segmentos de mercado como smartphones e produtos eletrônicos de consumo, nos quais o baixo consumo de energia e o alto desempenho são cruciais.

Os processadores Cortex-M33 foram projetados para serem eficientes em termos de energia, oferecem modos de baixo consumo de energia que reduzem o consumo de corrente ativa e em repouso, e podem impulsionar uma ampla variedade de aplicações, como controle industrial, casas inteligentes, dispositivos vestíveis e IoT. Eles oferecem aos desenvolvedores um alto grau de flexibilidade e escalabilidade, mas também exigem uma otimização cuidadosa para obter o equilíbrio ideal entre desempenho, consumo de energia e pegada.

As MCUs Cortex-M33 são compatíveis com a EABI (Embedded Application Binary Interface) Arm, que garante a compatibilidade binária com outros processadores Cortex-M, permitindo que elas executem o código Cortex-M existente sem modificações. Essa compatibilidade fornece acesso a ferramentas de software, bibliotecas e middleware existentes.

Portfólio MCX da NXP

A NXP é uma das principais fabricantes de MCUs baseados em Arm, incluindo produtos de uso geral e específicos para o setor automotivo. A empresa posicionou seu portfólio MCX como a base para dispositivos de ponta com eficiência energética nos mercados industrial e de IoT, com escalabilidade expandida e recursos inovadores de produtos.

As MCUs MCX compreendem duas linhas de produtos distintas:

• Série MCX N de MCUs industriais e de IoT com dois núcleos Cortex-M33 operando a até 150 MHz e com a Unidade de Processamento Neural (NPU) eIQ® Neutron da empresa para aceleração de aprendizado de máquina (ML). Essas MCUs de alto desempenho e baixo consumo de energia incorporam periféricos e aceleradores inteligentes, oferecendo recursos multitarefa e desempenho eficiente.
• Serie MCX A Essential, uma linha de produtos de MCUs com um núcleo Cortex-M33 otimizadas para fornecer funcionalidade crítica para aplicações em que recursos analógicos avançados, como conversores de dados de alta precisão, restrições de custo e tempo rápido de colocação no mercado são considerações importantes.

Este artigo se concentrará nas MCUs MCX A (Figura 1) e em suas ferramentas de desenvolvimento. A série MCX A suporta uma grande variedade de aplicações em vários mercados, incluindo comunicações industriais, medição inteligente, automação e controle, sensores e dispositivos de baixa potência e alimentados por bateria. Com um núcleo e periféricos comuns, os desenvolvedores podem aproveitar o desenvolvimento simplificado de software, a migração facilitada e as atualizações.

Figura 1: representação do microcontrolador Série MCX A da NXP. (Fonte da imagem: NXP)

Cada dispositivo da Serie MCX A inclui uma seleção de periféricos inteligentes que podem ser executados independentemente da CPU, permitindo a execução em uma frequência mais baixa e com consumo de energia reduzido. Esses periféricos permitem que os projetistas utilizem um invólucro menor, um projeto de placa mais simples e menor custo da lista de materiais (BOM) do sistema.

Os periféricos incluídos são:

• Comunicação serial com buffers integrados, intervalo de coleta de dados programável e DMA
• Conversor analógico-digital (ADC) de sinal misto
• Conversor digital-analógico (DAC)
• Amplificador operacional com inteligência integrada para detecção de média e pico
• FlexPWM (modulação por largura de pulso) com controle de tempo morto e codificador para aplicações de motor

As MCUs MCX A também apresentam uma unidade de gerenciamento de energia (PMU) que permite a escala dinâmica de tensão e frequência (DVFS) e o controle adaptativo de energia (APC) para otimizar o consumo de energia de acordo com a carga de trabalho e as condições operacionais. Os dispositivos incluem 64 KB ou 128 KB de memória flash e 16 KB ou 32 KB de SRAM — todos os dados da RAM podem ser mantidos até o modo de desligamento profundo.

Um controlador de cache de baixo consumo de energia (LPCAC) de 4 KB conectado ao barramento de código do Cortex-M33 garante que os dados e as instruções estejam disponíveis com baixa latência. A disponibilidade do barramento para outros periféricos é aprimorada, pois o desempenho do processador pode ser desacoplado do desempenho da memória do sistema. Esse recurso pode ajudar os desenvolvedores a obter o melhor desempenho de processamento e E/S para aplicações de detecção e controle.

Os dispositivos MCX A operam a 48 MHz na série A14x e a 96 MHz na série A15x. Os MCX A usam um subsistema de alimentação LDO sem capacitor, que pode operar de 1,7 V a 3,6 V. Os dispositivos apresentam baixo consumo de energia em vários modos:

• 59 µA/MHz (3 V a +25 °C) no modo ativo executando o Coremark a partir da memória flash interna
• 6,5 µA em suspensão profunda, despertar de 10 µs com retenção total da SRAM, 3 V a +25 °C
• Menos de 400 nA em desligamento profundo com 2,78 ms de despertar

Os dispositivos MCX A incluem um controlador de dispositivo USB de velocidade total com PHY integrado, permitindo a conectividade com PCs e outros dispositivos. O subsistema USB apresenta programação no sistema (ISP) por meio da inicialização ROM, e os produtos podem ser atualizados em campo usando a interface USB.

Dependendo do modelo, os desenvolvedores podem aproveitar os 26 a 52 pinos de entrada/saída de uso geral (GPIO). As interfaces de comunicação serial incluem uma I²C, duas SPI e três UARTs. Estão incluídos três temporizadores de 32 bits que podem gerar pares PWM complementares com inserção de banda morta, juntamente com um temporizador de baixo consumo de energia. A tensão de alimentação pode variar de 1,71 a 3,6 V, e a temperatura de operação é de -40 °C a +125 °C.

O MCXA143VLH da série A14x, por exemplo, tem 52 pinos GPIO e opera a até 48 MHz, com 128 KB de memória flash e 32 KB de SRAM, em um invólucro LQFP64. O MCXA152VFT da série 15x, por exemplo, tem 52 pinos GPIO e opera a até 96 MHz, com 64 KB de memória flash e 16 KB SRAM, em um invólucro QFN48.

Aproveitamento da MCUXpresso

Essas MCUs oferecem equilíbrio entre custo, desempenho e eficiência energética. Com suporte para mais pinos GPIO, os projetistas podem aproveitar invólucros menores e projetos de placas mais simples.

A série aproveita a experiência do desenvolvedor MCUXpresso para facilitar o processo de desenvolvimento com software, ferramentas e provisionamento seguro para acelerar os ciclos de projeto e ajudar os desenvolvedores a criar, depurar e otimizar aplicativos. A plataforma MCUXpresso inclui:

• MCUXpresso IDE — um ambiente de desenvolvimento integrado que oferece suporte à edição de código, compilação, depuração e programação flash
• MCUXpresso Config Tools — um conjunto de ferramentas gráficas que ajudam os desenvolvedores a configurar os pinos, os clocks, os periféricos e os recursos de segurança
• MCUXpresso SDK — um kit de desenvolvimento de software que fornece uma coleção de drivers, middleware, bibliotecas e exemplos

As placas de desenvolvimento da NXP para a série MCX A, incluindo a FRDM-MCXA153 (Figura 2), foram projetadas para prototipagem rápida e desenvolvimento de aplicações usando os microcontroladores A14x e A15x.

Figura 2: a placa de desenvolvimento FRDM-MCXA153. (Fonte da imagem: NXP)

Essas placas são compactas, permitindo a fácil integração em protótipos de projeto. As barras de pinos padrão industrial fornecem acesso direto a E/S para avaliação e prototipagem rápidas. As opções de expansão, como Barra de pinos Arduino®, Barra de pinos FRDM, Pmod™ e mikroBUS™, permitem que os desenvolvedores adicionem prontamente funcionalidades e componentes adicionais.

Outros recursos de fácil desenvolvimento incluem interfaces seriais integradas de padrão aberto, memória flash externa e um depurador MCU-Link integrado com protocolo CMSIS-DAP. Os desenvolvedores podem optar por trabalhar com o MCUXpresso para Visual Studio Code ou com o IDE MCUXpresso baseado em Eclipse da NXP ou com IDEs da IAR e da Keil que também oferecem certificação de segurança.

A NXP também fornece um repositório Application Code Hub (ACH) com exemplos de software de alto nível, trechos de códigos e demos. Esses exemplos são emparelhados com SDK e podem ser acessados diretamente dos IDEs da NXP ou por meio da interface web ACH.

Conclusão

Os microcontroladores da série MCX A da NXP oferecem uma solução de baixo custo e pegada reduzida para desenvolvedores, com recursos essenciais e arquitetura de energia inovadora que os tornam adequados para uma ampla variedade de aplicações embarcadas, como medição inteligente, automação e controle e dispositivos de baixa potência/alimentados por bateria. Os microcontroladores, as placas de teste e a plataforma MCUXpresso da NXP podem ajudar os desenvolvedores a aproveitar os recursos avançados de edição, compilação e depuração para inovar, otimizar e entrar no mercado.