NXP propose un écosystème de développement Arm® Cortex®-M33

Les processeurs Arm® Cortex®-M33 constituent une famille de microcontrôleurs (MCU) basse consommation et hautes performances qui offrent une sécurité et des capacités de traitement des signaux numériques améliorées. Ils conviennent à un large éventail d'applications IoT et embarquées, mais la conception de produits avec ces microcontrôleurs peut représenter un défi, en particulier pour les développeurs qui ne sont pas familiarisés avec l'architecture Arm. NXP Semiconductors, un fournisseur leader de microcontrôleurs basés sur Arm, vise à relever ce défi avec sa plateforme de développement MCUXpresso.

Le processeur RISC (Reduced Instruction Set Computing) d'Arm domine les segments de marché tels que les smartphones et l'électronique grand public, où une basse consommation et de hautes performances sont essentielles.

Les processeurs Cortex-M33 sont conçus pour être écoénergétiques et ils offrent des modes basse consommation qui réduisent la consommation de courant en fonctionnement et en veille. Ils conviennent à une large gamme d'applications telles que le contrôle industriel, la maison intelligente, les dispositifs corporels et l'IoT. Ils offrent aux développeurs un haut degré de flexibilité et d'évolutivité, mais ils requièrent également une optimisation minutieuse pour atteindre le compromis idéal entre performances, consommation d'énergie et encombrement.

Les microcontrôleurs Cortex-M33 prennent en charge l'interface Arm EABI (Embedded Application Binary Interface), qui garantit la compatibilité binaire avec d'autres processeurs Cortex-M, leur permettant d'exécuter le code Cortex-M existant sans modifications. Cette compatibilité permet d'accéder aux outils logiciels, aux bibliothèques et aux intergiciels existants.

Portefeuille MCX de NXP

NXP est l'un des principaux fabricants de microcontrôleurs basés sur Arm, y compris des produits à usage général et spécifiques à l'industrie automobile. L'entreprise a positionné son portefeuille MCX comme base pour les dispositifs périphériques écoénergétiques sur les marchés industriels et IoT, avec une évolutivité étendue et des capacités de produits révolutionnaires.

Les microcontrôleurs MCX comprennent deux lignes de produits distinctes :

• Série MCX N de microcontrôleurs industriels et IoT dotés de deux cœurs Cortex-M33 fonctionnant jusqu'à 150 MHz et équipés de l'unité de traitement neuronal (NPU) eIQ® Neutron de l'entreprise pour l'accélération de l'apprentissage automatique (ML). Ces microcontrôleurs hautes performances et basse consommation intègrent des périphériques et des accélérateurs intelligents, offrant des capacités multitâches et des performances efficaces.
• Série MCX A Essential, une ligne de microcontrôleurs Cortex-M33 monocœurs, optimisés pour fournir des fonctionnalités critiques aux applications dans lesquelles les capacités analogiques avancées, telles que les convertisseurs de données haute précision, les contraintes de coûts et la rapidité de mise sur le marché sont des considérations clés.

Cet article est consacré aux microcontrôleurs MCX A (Figure 1) et à leurs outils de développement. La série MCX A prend en charge un large éventail d'applications dans divers marchés, y compris les communications industrielles, les compteurs intelligents, l'automatisation et le contrôle, les capteurs, et les dispositifs basse consommation et alimentés par batterie. Avec un cœur et des périphériques communs, les développeurs peuvent bénéficier d'un développement logiciel simplifié, et d'une migration et de mises à niveau aisées.

Figure 1 : Microcontrôleur série MCX A de NXP. (Source de l'image : NXP)

Tous les dispositifs de la série MCX A incluent une sélection de périphériques intelligents capables de fonctionner indépendamment du processeur, leur permettant de fonctionner à une fréquence plus basse et avec une consommation d'énergie réduite. Ces périphériques permettent aux concepteurs d'utiliser un boîtier plus petit, une conception de carte plus simple et des coûts de nomenclature (BOM) inférieurs.

Les périphériques inclus sont les suivants :

• Communications série avec tampons intégrés, plage de collecte de données programmable et DMA
• Convertisseur analogique-numérique (CAN) à signaux mixtes
• Convertisseur numérique-analogique (CNA)
• Amplificateur opérationnel avec intelligence intégrée pour détection de crête et moyenne
• FlexPWM (modulation de largeur d'impulsion) avec contrôle du temps de récupération et codeur pour les applications de moteurs

Les microcontrôleurs MCX A disposent également d'une unité de gestion de l'alimentation (PMU) qui permet une mise à l'échelle dynamique de la tension et de la fréquence (DVFS) et un contrôle de puissance adaptatif (APC) pour optimiser la consommation d'énergie en fonction de la charge de travail et des conditions de fonctionnement. Les dispositifs sont dotés de 64 Ko ou 128 Ko de mémoire Flash et de 16 Ko ou 32 Ko de SRAM — Toutes les données RAM peuvent être conservées jusqu'au mode d'arrêt profond.

Un contrôleur de cache basse consommation (LPCAC) de 4 Ko connecté au bus de code Cortex-M33 garantit la disponibilité des données et des instructions avec une faible latence. La disponibilité du bus pour les autres périphériques est améliorée car les performances du processeur peuvent être découplées des performances de la mémoire système. Cette fonctionnalité peut aider les développeurs à atteindre de meilleures performances de traitement et E/S pour les applications de détection et de contrôle.

Les dispositifs MCX A fonctionnent à 48 MHz pour la série A14x et à 96 MHz pour la série A15x. Le MCX A utilise un sous-système d'alimentation LDO sans condensateur, pouvant fonctionner de 1,7 V à 3,6 V. Les dispositifs présentent une faible consommation d'énergie dans différents modes :

• 59 µA/MHz (3 V, à +25°C) en mode actif exécutant Coremark à partir de la mémoire Flash interne
• 6,5 µA en veille profonde, 10 µs en mode réactivation avec rétention SRAM totale, 3 V à +25°C
• Moins de 400 nA en mode d'arrêt profond avec réactivation en 2,78 ms

Les dispositifs MCX A intègrent un contrôleur de périphérique USB pleine vitesse avec couche PHY embarquée, permettant la connectivité aux PC et autres dispositifs. Le sous-système USB permet la programmation ISP via la ROM d'amorçage, et les produits peuvent être mis à jour sur le terrain à l'aide de l'interface USB.

Selon le modèle, les développeurs peuvent bénéficier de 26 à 52 broches d'entrée/sortie à usage général (GPIO). Les interfaces de communication série comprennent une interface I²C, deux SPI et trois UART. Trois temporisateurs 32 bits, capables de générer des paires PWM complémentaires avec insertion d'une plage neutre, ainsi qu'un temporisateur basse consommation sont inclus. La tension d'alimentation peut s'étendre de 1,71 V à 3,6 V, et la température de fonctionnement est comprise entre -40°C et +125°C.

Le MCXA143VLH de la série A14x, par exemple, est doté de 52 broches GPIO et fonctionne jusqu'à 48 MHz, avec 128 Ko de mémoire Flash et 32 Ko de SRAM, dans un boîtier LQFP64. Le MCXA152VFT de la série A15x dispose également de 52 broches GPIO et il fonctionne jusqu'à 96 MHz, avec 64 Ko de mémoire Flash et 16 Ko de SRAM, dans un boîtier QFN48.

Utiliser MCUXpresso

Ces microcontrôleurs offrent un équilibre entre coûts, performances et rendement énergétique. Avec la prise en charge d'un plus grand nombre de broches GPIO, les concepteurs peuvent utiliser des boîtiers plus petits et des conceptions de cartes plus simples.

La série tire parti de l'expérience de développement MCUXpresso pour faciliter le processus de développement avec des logiciels, des outils et un provisionnement sécurisé afin d'accélérer les cycles de conception et d'aider les développeurs à créer, déboguer et optimiser les applications. La plateforme MCUXpresso inclut :

• IDE MCUXpresso — Environnement de développement intégré prenant en charge l'édition de code, la compilation, le débogage et la programmation Flash
• MCUXpresso Config Tools — Ensemble d'outils graphiques qui aident les développeurs à configurer les broches, les horloges, les périphériques et les fonctionnalités de sécurité
• MCUXpresso SDK — Kit de développement logiciel fournissant un ensemble de pilotes, d'intergiciels, de bibliothèques et d'exemples

Les cartes de développement NXP pour la série MCX A, y compris la carte FRDM-MCXA153 (Figure 2), sont conçues pour le prototypage rapide et le développement d'applications utilisant à la fois les microcontrôleurs A14x et A15x.

Figure 2 : Carte de développement FRDM-MCXA153. (Source de l'image : NXP)

Ces cartes sont compactes, permettant l'intégration aisée dans les prototypes de conception. Les embases conformes aux normes de l'industrie offrent un accès direct aux E/S pour une évaluation et un prototypage rapides. Des options d'extension comme des embases Arduino®, des embases FRDM, Pmod™ et mikroBUS™ permettent aux développeurs d'ajouter facilement des fonctionnalités et des composants additionnels.

D'autres fonctionnalités conviviales pour les développeurs incluent des interfaces série à norme ouverte intégrées, une mémoire Flash externe et un débogueur MCU-Link embarqué avec le protocole CMSIS-DAP. Les développeurs peuvent choisir de travailler avec MCUXpresso for Visual Studio Code ou avec l'IDE MCUXpresso basé sur Eclipse de NXP, ou avec les IDE d'IAR et de Keil qui offrent également une certification de sécurité.

NXP fournit également un référentiel Application Code Hub (ACH) avec des exemples de logiciels de haut niveau, des extraits de code et des démos. Ces exemples sont associés au SDK et sont directement accessibles depuis les IDE de NXP ou via l'interface Web ACH.

Conclusion

Les microcontrôleurs série MCX A de NXP offrent aux développeurs une solution compacte et économique. Grâce à des fonctionnalités essentielles et à une architecture d'alimentation innovante, ils conviennent bien à une large gamme d'applications embarquées telles que les compteurs intelligents, l'automatisation et le contrôle, et les dispositifs basse consommation/alimentés par batterie. Les microcontrôleurs, les cartes d'évaluation et la plateforme MCUXpresso de NXP peuvent aider les développeurs à tirer parti des fonctionnalités avancées d'édition, de compilation et de débogage pour innover, optimiser et commercialiser.