A MCU RA0E1 da Renesas simplifica o desafio entre preço e desempenho nos projetos

A aprovação do "sinal verde" e o sucesso das aplicações eletrônicas podem se resumir a uma questão de centavos. É por isso que os engenheiros que escolhem a unidade de microcontrolador (MCU) certa muitas vezes enfrentam o desafio difícil de equilibrar desempenho e preço. A Renesas Electronics Corporation pretende facilitar essa escolha com uma MCU de baixíssima potência baseada em Arm®, destinada a aplicações embarcadas sensíveis ao custo.

É difícil superestimar a pressão sobre os engenheiros para desenvolver aplicações de baixo custo e com eficiência energética. As questões competitivas, as expectativas dos consumidores e das empresas e o ritmo acelerado da inovação aumentam as chances de que até mesmo um pequeno erro de cálculo nos custos do produto acabado ou no desempenho da MCU possa prejudicar o sucesso.

Uma MCU é apenas um componente, mas é extremamente importante para definir o escopo dos custos gerais do sistema. Considere que um diferencial de preço de 50 centavos de dólar por unidade pode representar um adicional de US$ 50.000 para uma produção planejada de 100.000 produtos finais.

Isso pode ser apenas a ponta do iceberg: além do custo real por unidade da MCU, os desenvolvedores devem levar em conta uma variedade de fatores potenciais de custo oculto que podem afetar os orçamentos do projeto, como:

• Taxas de licenciamento de ferramentas de software e ambientes de desenvolvimento
• Tempo de treinamento
• Testes e solução de problemas
• Necessidade de componentes periféricos
• Criação de firmware
• Gerenciamento de energia
• Conformidade e certificação

Mesmo para produções muito menores, em que o diferencial de preço da MCU pode não chegar a um valor muito alto, os custos adicionais relacionados geralmente serão relativamente mais caros devido à amortização em um número menor de unidades de produção. Isso pode inviabilizar a aprovação do projeto.

O consumo de energia e o gerenciamento térmico podem complicar a seleção da MCU certa.

Quanto mais energia a MCU consumir, maior será a probabilidade de o projetista precisar acomodar componentes adicionais e, possivelmente, baterias mais caras para aplicações móveis e portáteis. Da mesma forma, quanto maior o consumo de energia, mais calor será gerado, talvez exigindo técnicas de resfriamento adicionais.

Ninguém quer pagar a mais por componentes que oferecem mais desempenho do que o necessário. Mas eles também não querem criar uma aplicação que tenha um desempenho inferior quando for implantado. É por isso que alcançar o equilíbrio ideal entre custo e desempenho pode ser decisivo para o sucesso de uma aplicação.

Alcançando o equilíbrio ideal

A escolha da MCU obviamente deve atender aos recursos específicos e aos requisitos de funcionalidade da aplicação planejada. Mas também precisa se encaixar no orçamento desejado, principalmente quando se trata de uma aplicação sensível ao preço. Para isso, é necessário encontrar a combinação ideal de desempenho, consumo de energia e periféricos integrados.

Algumas aplicações são mais sensíveis ao preço do que outras. Os dispositivos de IoT para uso doméstico, por exemplo, enfrentam geralmente uma intensa pressão competitiva sobre os preços, refletindo as expectativas dos consumidores por dispositivos de custo mais baixo. As aplicações de automação industrial exigem geralmente dispositivos mais robustos e altamente confiáveis para uso frequentemente autônomo, mas ainda assim é provável que concorram com base no preço e em outras considerações.

Encontrar o equilíbrio certo entre preço e desempenho começa com a seleção da MCU certa que atenda aos requisitos de desempenho, seja eficiente em termos de energia e ofereça flexibilidade aos projetistas de aplicações.

Normalmente, as aplicações de alto desempenho oferecem mais capacidade de processamento, velocidades de clock mais altas e a capacidade de realizar tarefas mais complexas. Essas MCUs mais caras geralmente incorporam vários periféricos integrados, reduzindo a necessidade de componentes adicionais, embora muitas vezes com despesas mais altas para desenvolvimento e depuração de software.

As MCUs projetadas para aplicações sensíveis ao custo geralmente vêm com o ônus de menos periféricos integrados, memória limitada e flexibilidade de projeto reduzida. No entanto, oferecem a vantagem de reduzir o consumo de energia e aumentar a vida útil da bateria.

A Renesas oferece MCUs com muitos recursos para aplicações sensíveis ao preço

Com o objetivo de simplificar o processo de seleção para aplicações de baixo custo, a Renesas oferece o grupo RA0E1, uma MCU repleta de recursos com consumo de energia extremamente baixo e periféricos otimizados, que oferece aos desenvolvedores uma maneira de aprimorar seus projetos com uma lista de materiais reduzida.

Construídas com um núcleo Arm Cortex-M23 de baixo consumo de energia e um conjunto impressionante de temporizadores integrados, comunicações seriais, funções analógicas e funções de proteção e segurança, as MCUs RA0E1 são voltadas diretamente para o mercado de aplicações sensíveis ao custo.

O Arm Cortex-M23 foi projetado como um processador de 32 bits de nível básico para operação com eficiência energética. Com uma arquitetura simples que é fácil de aprender e programar, esse núcleo de MPU incorpora a tecnologia de segurança TrustZone da Arm, recursos de depuração e rastreamento para diagnosticar e otimizar aplicações, além de suporte para modos de baixa potência.

O RA0E1 consome 84,3 μA/MHz de corrente no modo ativo e 0,82 mA no modo de suspensão, o que o torna altamente adequado para aplicações alimentadas por bateria e sensíveis à energia. Seu conjunto de recursos oferece versatilidade e eficiência para diversas aplicações, incluindo eletrônicos de consumo, automação industrial, dispositivos IoT seguros, automação predial e pequenos eletrodomésticos.

Com uma tensão de alimentação que varia de 1,6 V a 5,5 V, os projetistas podem utilizar o RA0E1 sem a necessidade de empregar um deslocador de nível ou um regulador de tensão em sistemas de 5 V. O RA0E1 também incorpora um oscilador de alta precisão no chip, permitindo que os projetistas não precisem adicionar um oscilador autônomo aos seus projetos. Seu oscilador melhora a precisão da taxa de transmissão e mantém a precisão de ±1,0% em ambientes que variam de -40°C a +105°C.

As MCUs que combinam várias funções em um único chip podem reduzir drasticamente a necessidade de componentes adicionais. Essa integração simplifica o projeto, reduz a pegada da PCI e, por fim, diminui o custo geral do sistema. Para ajudar a minimizar os periféricos externos, o RA0E1 integra vários componentes, incluindo:

• Até 64 KB de memória flash com código integrado e 12 KB de SRAM de alta velocidade com um bit de paridade
• Periféricos analógicos, incluindo um ADC de 12 bits, um sensor de temperatura e uma tensão de referência interna
• Periféricos de comunicação, incluindo 3 interfaces UART, 1 interface UART assíncrona, 3 interfaces periféricas seriais (SPIs) simplificadas, 1 circuito inter-integrado (CII) e 3 CIIs simplificados
• Recursos de segurança, incluindo verificação de paridade da SRAM, detecção de acesso inválido à memória, detecção de frequência, teste A/D, armazenamento imutável, calculadora CRC e proteção contra escrita em registradores
• Recursos de segurança que incluem uma ID exclusiva, um gerador de números aleatórios verdadeiros (TRNG) e proteção contra leitura de flash

O ambiente de desenvolvimento e a compatibilidade ascendente

A Renesas oferece aos desenvolvedores um ambiente de design comum, o Flexible Software Package, que inclui drivers prontos para produção, Azure RTOS, FreeRTOS e outras pilhas de middleware. Também oferece aos desenvolvedores um caminho para migrar suas aplicações para MCUs RA mais poderosas.

Os núcleos Arm apresentam um alto grau de compatibilidade. O Cortex-M23 utiliza o conjunto de instruções Armv8-M, que é compatível com os conjuntos de instruções usados por outras arquiteturas de núcleo Cortex-M.

As MCUs Renesas RA01E são compatíveis com pinos e periféricos com a linha de MCUs Renesas RA2E1, que são construídas em torno de um núcleo Arm Cortex-M23 de 48 MHz que incorpora até 128 KB de código flash e 16 KB de SRAM. Isso permite atualizar os projetos criados no RA0E1 para MCUs de maior desempenho.

A Renesas também oferece a placa de prototipagem rápida FPB-RA0E1 (Figura 1) para avaliação, prototipagem e desenvolvimento de aplicações baseadas na MCU RA0E1.

Figura 1: A placa FPB-RA0E1 para prototipagem de aplicações do microcontrolador RA0E1. (Fonte da imagem: Renesas)

A placa de teste inclui uma interface Arduino UNO R3 e dois conectores Pmod. Além disso, os desenvolvedores podem tirar proveito de um circuito emulador SEGGER J-Link™ integrado que permite escrever e depurar programas sem a necessidade de ferramentas adicionais.

Conclusão

A MCU RA01E da Renesas oferece um conjunto impressionante de recursos e periféricos integrados para o desenvolvimento de aplicações de baixíssima potência e sensíveis ao custo, sem comprometer o preço em relação ao desempenho. Ela vem com várias opções de conectividade e um rico ecossistema disponível com um ambiente de desenvolvimento abrangente que pode ajudar na criação de aplicações com custos reduzidos da lista de materiais e fornecer um caminho para migrar posteriormente as aplicações para dispositivos mais poderosos.