Mit der MCU RA0E1 von Renesas ein besseres Preis-Leistungs-Verhältnis erreichen

Die Erlaubnis ein Projekt zu starten und der Erfolg elektronischer Anwendungen kann eine Frage von Pfennigen sein. Aus diesem Grund stehen Entwicklungsteams bei der Auswahl des richtigen Mikrocontrollers (MCU) oft vor der schwierigen Aufgabe, ein Gleichgewicht zwischen Performance und Preis zu finden. Die Renesas Electronics Corporation möchte diese Entscheidung mit einer Arm®-basierten MCU mit extrem niedrigem Stromverbrauch erleichtern, die für kostensensitive Embedded-Anwendungen gedacht ist.

Der Druck, energieeffiziente und kostengünstige Anwendungen zu entwickeln, ist kaum zu überschätzen. Wettbewerbsprobleme, die Erwartungen von Verbrauchern und Geschäftskunden und das rasante Innovationstempo erhöhen die Wahrscheinlichkeit, dass selbst eine geringfügige Fehleinschätzung der Kosten des Endprodukts oder der Performance der MCU den Erfolg zunichte machen könnte.

Eine MCU ist nur eine Komponente, aber sie ist von entscheidender Bedeutung, wenn es darum geht, die Gesamtkosten des Systems zu ermitteln. Bedenken Sie, dass sich ein Preisunterschied von 50 Cent pro Stück bei einer geplanten Produktionsserie von 100.000 Endprodukten auf zusätzliche 50.000 Dollar belaufen könnte.

Das könnte nur die Spitze des Eisbergs sein: Zusätzlich zu den tatsächlichen Kosten pro Einheit der MCU müssen die Entwickler eine Reihe potenzieller versteckter Kostenfaktoren berücksichtigen, die sich auf das Projektbudget auswirken können, wie z. B:

• Lizenzgebühren für Software-Tools und Entwicklungsumgebungen
• Einarbeitungszeit
• Tests und Fehlerbehebung
• Bedarf an peripheren Komponenten
• Erstellung der Firmware
• Energiemanagement
• Einhaltung der Vorschriften und Zertifizierung

Selbst bei sehr viel kleineren Produktionsserien, bei denen der Preisunterschied bei MCUs keinen großen Betrag ausmacht, sind die damit verbundenen zusätzlichen Kosten aufgrund der Amortisation über eine geringere Anzahl von Produktionseinheiten oft relativ teurer. Das könnte die Projektgenehmigung zum Scheitern verurteilen.

Stromverbrauch und Wärmemanagement können die Auswahl der richtigen MCU erschweren.

Je mehr Strom die MCU verbraucht, desto wahrscheinlicher ist es, dass zusätzliche Komponenten und möglicherweise teurere Batterien für mobile und tragbare Anwendungen eingebaut werden müssen. Ein höherer Stromverbrauch bedeutet auch mehr Wärme, was möglicherweise zusätzliche Kühltechniken erfordert.

Niemand möchte zu viel Geld für Komponenten ausgeben, die mehr Performance bringen als nötig. Aber sie wollen auch keine Anwendung erstellen, die bei der Bereitstellung nicht die gewünschte Performance erbringt. Aus diesem Grund kann ein optimales Gleichgewicht zwischen Kosten und Performance über den Erfolg einer Anwendung entscheiden.

Das optimale Gleichgewicht erreichen

Die Wahl der MCU muss natürlich den spezifischen Merkmalen und Funktionsanforderungen der geplanten Anwendung entsprechen. Aber sie muss auch in das gewünschte Budget passen, insbesondere wenn es sich um eine preisempfindliche Anwendung handelt. Dazu muss die optimale Mischung aus Performance, Stromverbrauch und integrierten Peripheriekomponenten gefunden werden.

Einige Anwendungen sind preisempfindlicher als andere. IoT-Geräte für den Heimgebrauch stehen beispielsweise häufig unter starkem Preisdruck, was die Erwartungen der Verbraucher an kostengünstige Geräte widerspiegelt. Industrielle Automatisierungsanwendungen erfordern in der Regel robustere und hochzuverlässige Geräte für den oft unbeaufsichtigten Einsatz, wobei der Preis und andere Erwägungen nach wie vor eine wichtige Rolle spielen.

Um das richtige Gleichgewicht zwischen Preis und Performance zu finden, muss zunächst die richtige MCU ausgewählt werden, die die Leistungsanforderungen erfüllt, stromsparend ist und Flexibilität für die Entwicklung bietet.

Leistungsstärkere Anwendungen bieten in der Regel mehr Verarbeitungsleistung, höhere Taktraten und die Möglichkeit, komplexere Aufgaben zu bewältigen. Diese teureren MCUs verfügen in der Regel über mehrere integrierte Peripheriekomponenten, wodurch sich der Bedarf an zusätzlichen Komponenten verringert, was jedoch häufig mit höheren Kosten für Softwareentwicklung und Fehlersuche verbunden ist.

MCUs, die für kostensensitive Anwendungen entwickelt wurden, bieten oft weniger integrierte Peripheriekomponenten, begrenzten Speicher und eingeschränkte Designflexibilität. Sie bieten jedoch den Vorteil eines geringeren Stromverbrauchs und einer längeren Batterielebensdauer.

Renesas bietet funktionsreiche MCUs für preissensible Anwendungen

Mit dem Ziel, den Auswahlprozess für kostengünstige Anwendungen zu vereinfachen, bietet Renesas die Familie RA0E1 an, funktionsreiche MCUs mit extrem niedrigem Stromverbrauch und optimierter Peripherie, die die Möglichkeit bietet, Designs mit einer reduzierten Stückliste zu verbessern.

Die RA0E1-MCUs sind mit einem energieeffizienten Arm-Cortex-M23-Kern und einem beeindruckenden Satz integrierter Timer, serieller Kommunikation, analoger Funktionen sowie Sicherheitsfunktionen ausgestattet und richten sich direkt an den Markt für kostensensitive Anwendungen.

Der Arm-Cortex-M23 wurde als 32-Bit-Prozessor der Einstiegsklasse für einen energieeffizienten Betrieb entwickelt. Mit einer einfachen Architektur, die leicht zu erlernen und zu programmieren ist, beinhaltet dieser MPU-Kern die TrustZone-Sicherheitstechnologie von Arm, Debug- und Trace-Funktionen zur Diagnose und Optimierung von Anwendungen sowie Unterstützung für energieeffiziente Energiesparmodi.

Der RA0E1 verbraucht 84,3 μA/MHz im aktiven Modus und 0,82 mA im Schlafmodus und eignet sich damit hervorragend für batteriebetriebene und energieempfindliche Anwendungen. Sein Funktionsumfang bietet Vielseitigkeit und Effizienz für verschiedene Anwendungen, darunter Unterhaltungselektronik, industrielle Automatisierung, sichere IoT-Geräte, Gebäudeautomatisierung und Kleingeräte.

Mit einer Versorgungsspannung von 1,6 V bis 5,5 V kann der RA0E1 ohne Pegelwandler oder Spannungsregler in 5V-Systemen eingesetzt werden. Der RA0E1 verfügt außerdem über einen hochpräzisen On-Chip-Oszillator, so dass kein eigenständiger Oszillator in das Design eingebaut werden muss. Sein Oszillator verbessert die Baudratengenauigkeit und gewährleistet eine Präzision von ±1,0 % in einem Temperaturbereich von -40°C bis +105°C.

MCUs, die mehrere Funktionen in einem einzigen Chip vereinen, können den Bedarf an zusätzlichen Komponenten drastisch reduzieren. Diese Integration vereinfacht das Design, reduziert den Platzbedarf auf der Leiterplatte und senkt letztendlich die Gesamtkosten des Systems. Um die externe Peripherie zu minimieren, sind im RA0E1 zahlreiche Komponenten integriert, darunter:

• Bis zu 64 KB integrierter Code-Flash-Speicher und 12 KB Highspeed-SRAM mit einem Paritätsbit
• Analoge Peripheriekomponenten, darunter ein 12-Bit-ADC, ein Temperatursensor und eine interne Referenzspannung
• Peripheriekomponenten für die Kommunikation, einschließlich drei UART-Schnittstellen, eine asynchrone UART-Schnittstelle, drei vereinfachte serielle Peripherieschnittstellen (SPIs), eine interintegrierte Schaltung (IIC) und drei vereinfachte IICs
• Sicherheitsfunktionen, einschließlich SRAM-Paritätsprüfung, Erkennung ungültiger Speicherzugriffe, Frequenzerkennung, A/D-Test, unveränderliche Speicherung, CRC-Kalkulator und Register-Schreibschutz
• Sicherheitsmerkmale wie eine eindeutige ID, ein echter Zufallszahlengenerator (TRNG) und Flash-Leseschutz

Die Entwicklungsumgebung und die Aufwärtskompatibilität

Renesas bietet eine gemeinsame Designumgebung, das Flexible Software Package, das produktionsreife Treiber, Azure RTOS, FreeRTOS und andere Middleware-Stacks enthält. Außerdem bietet es die Möglichkeit, Anwendungen auf leistungsfähigere RA-MCUs zu migrieren.

Arm-Kerne zeichnen sich durch ein hohes Maß an Kompatibilität aus. Der Cortex-M23 verwendet den Armv8-M-Befehlssatz, der mit den Befehlssätzen anderer Cortex-M-Kernarchitekturen kompatibel ist.

Die MCUs RA01E von Renesas sind Pin- und Peripherie-kompatibel mit den MCUs RA2E1 von Renesas, die um einen 48 MHz Arm-Cortex-M23-Kern herum aufgebaut sind, der bis zu 128 KB Code-Flash und 16 KB SRAM enthält. Dies ermöglicht die Aufrüstung von Designs, die auf dem RA0E1 aufgebaut sind, auf MCUs mit höherer Performance.

Renesas bietet auch das FPB-RA0E1 Fast Prototyping Board (Abbildung 1) für die Evaluierung, das Prototyping und die Entwicklung von RA0E1-MCU-basierten Anwendungen an.

Abbildung 1: Das Board FPB-RA0E1 für das Prototyping von RA0E1-Mikrocontroller-Anwendungen. (Bildquelle: Renesas)

Das Evaluierungsboard enthält eine Arduino-UNO-R3-Schnittstelle und zwei Pmod-Anschlüsse. Darüber hinaus können die Vorteile eines eingebauten J-Link™-Emulator-Schaltkreises von SEGGER genutzt werden, der das Schreiben und Debuggen von Programmen ohne zusätzliche Tools ermöglicht.

Fazit

Die MCU RA01E von Renesas bietet eine beeindruckende Reihe von Funktionen und integrierten Peripheriekomponenten für die Entwicklung von kostensensitiven Anwendungen mit extrem niedrigem Stromverbrauch, ohne Kompromisse beim Preis-Leistungs-Verhältnis einzugehen. Sie verfügt über zahlreiche Anschlussmöglichkeiten und ein reichhaltiges Ökosystem mit einer umfassenden Entwicklungsumgebung, die die Erstellung von Anwendungen mit geringeren Stückkosten unterstützen und einen Weg für die spätere Migration von Anwendungen auf leistungsfähigere Komponenten bieten kann.