Cea mai recentă apariţie în familia Microchip PIC32 creşte performanţele, integrarea şi conectivitatea.
de Bill Hutchings, Senior Product Marketing Manager, MCU32, Microchip Technology Inc.
Dacă există o caracteristică pe care toate dispozitivele moderne fac tot posibilul să o demonstreze – indiferent de aplicaţia finală – aceasta este sensibilitatea răspunsului. Abilitatea de a reacţiona “imediat” este, desigur, o iluzie, susţinută de viteza cu care microprocesorul poate răspunde la un eveniment.
Îmbunătăţirea timpului de răspuns al unui microprocesor aste adesea influenţată îndeaproape de software-ul pe care-l execută, deoarece baza măsurării acestuia este teoretic numărul maxim de instrucţiuni ce pot fi executate pe secundă, sau MIPS.
Îmbunătăţirea subsecventă a acestei probleme a condus mult timp evoluţia microprocesoarelor.
Există un număr de tehnici recunoscute pentru a creşte performanţele, măsurate utilizând unităţile standard industrial Dhrystone MIPS, sau DMIPS.
Cel mai recent membru al familiei de microcontrolere de înaltă performanţă PIC32, PIC32MZ, dispun de cel mai recent miez MIPS32 de la Imagination Technologies, ce combină cu succes multe dintre aceste tehnici pentru a realiza un dispozitiv care triplează performanţele faţă de predecesorii săi.
Miezul din inima PIC32MZ este recent lansatul miez MIPS microAptiv™, care este caracterizat de o arhitectură cu extensii DSP şi set de instrucţiuni microMIPS®, ce permit rularea din memorie la o viteză aproape maximă a unei combinaţii de instrucţiuni de 32- şi 16-biţi. Suplimentar, întregul dispozitiv este capabil de a rula la până la 200MHz, ceea ce conduce la un dispozitiv cu 330 DMIPS; de trei ori performanţele familiei PIC32MX.
Extensiile DSP ale microAptiv furnizează 159 de instrucţiuni adiţionale ce oferă acces pe un singur ciclu la funcţiile micro-arhitecturii care accelerează procesarea digitală a semnalului, precum multiplicare/ acumulare. Aceasta înseamnă că algoritmii DSP pot executa acelaşi algoritm utilizând cu 75% mai puţine cicluri de instrucţiuni decât pe PIC32MX.
PIC32MZ este prima familie ce utilizează miezul microAptiv, care, după cum s-a menţionat, introduce funcţia microMIPS de instrucţiuni pe 16-biţi, rezultând o densitate de cod semnificativ mai ridicată: mai mult de 30% densitate decât în cazul PIC32MX.
PIC32MZ este de asemenea capabil de a rula la frecvenţe mai mari de ceas, de până la 200MHz, ceea ce este de aproximativ două ori mai rapid decât PIC32MX. Împreună, aceste funcţii permit o triplare a performanţelor brute, permiţând ca PIC32MZ să se adreseze aplicaţiilor care necesită timpi de răspuns mai rapizi în timp ce rulează un software chiar mai complex.
Construit pentru conectivitate Embedded
PIC32MZ integrează Ethernet 10/100 MAC şi PHY şi este caracterizat de cel mai mare număr de canale seriale oferite de un dispozitiv PIC. Aceste caracteristici, cuplate cu un miez de înaltă performanţă capabil de a rula simultan multiple pachete de protocoale, îl face să fie cel mai capabil microcontroler pe 32 de biţi pentru aplicaţii cu conectivitate embedded. Un al element de noutate pentru un microcontroler PIC® este adăugarea unui USB MAC/PHY integrat de înaltă viteză, completat de porturi duale CAN, care conduc suplimentar la noi posibilităţi de conectivitate ale PIC32MZ.
Un aspect important al oricărui dispozitiv conectat, astăzi, este securitatea, iar, în acest caz, PIC32MZ oferă un număr de funcţii menite a face mai sigură conectivitatea embedded. Motorul de criptare hardware cu generator de numere aleatoare, oferă o viteză mare de criptare/decriptare şi autentificare a datelor, precum AES, 3DES, SHA, MD5 şi HMAC.
Dincolo de miezul de înaltă performanţă şi setul de periferice orientate pe comunicaţii, PIC32MZ dispune de asemenea de două inovaţii, ce nu au mai fost oferite până acum de un microcontroler PIC®, ambele adresându-se necesităţilor aplicaţiilor ţintă din lumea reală; cele două inovaţii au de-a face cu necesitatea de sisteme de memorie mai sofisticate.
Un număr tot mai mare de OEM-uri au ajuns la următoarea concluzie: creşterea complexităţii software-ului embedded înseamnă upgrade în teren, operaţie ce nu poate fi evitată. În loc de a se opune acestei tendinţe datorită problemelor de dezvoltare, producători precum Microchip răspund necesităţii, prin introducerea de soluţii inovative pentru upgrade de software în teren. PIC32MZ este la limita superioară a acestui efort, prin integrarea de memorie flash Dual-Panel, care permite actualizarea completă a software-ului cu dispozitivul aflat în serviciu, executând programul la viteză maximă. Acest lucru este obţinut prin divizarea memoriei flash integrate în două blocuri fizice şi logice, sau panouri. Fiecare panou dispune de propriul circuit de programare şi pompă de încărcare, ceea ce înseamnă că un panou este efectiv o memorie dublată exact până în momentul în care devine memorie principală.
Deoarece ambele panouri lucrează independent, un panou continuă să opereze la viteză maximă în vreme ce celălalt este actualizat în background, fără a fi întreruptă executarea programului. Odată ce actualizarea software este instalată şi validată, dispozitivul poate fi resetat şi se poate începe utilizarea memoriei de pe panoul nou programat.
Această caracteristică permite o gamă întreagă de probleme software ce pot fi rezolvate în teren, fără întreruperea funcţionării, reţinând de asemenea permanent pe unul dintre panouri cea mai recentă construcţie software. Beneficiile acestei inovaţii ajung departe: chemările la service vor fi minimizate, întreruperile de funcţionare vor fi evitate în întregime, iar problemele de software vor putea fi rezolvate aproape în timp real.
Cealaltă inovaţie menită de a îmbunătăţi interfaţarea memoriei este adăugarea unui port SQI. SQI (Serial Quad Interface) este un protocol de interfaţare de memorie de înaltă viteză ce utilizează până la patru fire, spre deosebire de interfeţele uzuale SPI sau I2C care utilizează numai un pin pentru schimbul de date. Interfaţa SQI utilizează o magistrală multiplexată pentru a accesa 4 biţi de memorie deodată la accesarea dispozitivelor cu memorie compatibilă SQI, păstrând în acelaşi timp compatibilitatea SPI.
Miezul microAptiv utilizat în cazul PIC32MZ dispune de un MMU (unitate de gestionare a memoriei) şi memorii intermediare de date şi instrucţiuni, o memorie flash pe cip de până la 2048KB şi până la 512kbyte SRAM.
De asemenea, miezul este capabil de a suporta multiple pachete de protocoale rulând simultan, precum şi spaţiu tampon pentru a suporta procesare audio şi spaţii tampon de cadre pentru a suporta display-uri cu rezoluţii până la WQVGA fără necesitatea unui cip grafic extern.
Suport de proiectare
Deoarece noua familie PIC32MZ este dezvoltată pentru aplicaţii de înaltă clasă orientate spre comunicaţii care necesită grafică îmbunătăţită, performanţe ridicate de timp real şi securitate crescută, aceasta este suportată de o gamă de kit-uri de dezvoltare care oferă acces complet la perifericele sale avansate şi motoarele de criptare (pentru acei membri ai familiei care dispun de motorul de criptare opţional). Pe lângă kit-urile de dezvoltare pot fi menţionate şi o placă de extensie Multimedia Expansion Board II, adaptor kit de start şi modul Plug-In ce sunt suportate de placa de dezvoltare modulară Explore 16.
Cel mai recent membru al familiei de microcontrolere pe 32 de biţi de la Microchip aduce performanţele, conectivitatea şi securitatea la noi nivele în dispozitivele embedded. Cu o creştere de 3 ori a performanţelor procesoarelor, adăugarea a 159 de instrucţiuni specifice DSP şi subsistem de memorie inovativă, PIC32MZ este bine poziţionat pentru a conduce la o nouă generaţie de produse.
www.microchip.com
Numele şi logo-ul Microchip, precum şi PIC sunt mărci înregistrate ale Microchip Technology Incorporated în U.S.A.şi alte ţări. Toate celelalte mărci menţionate aici sunt proprietatea companiilor lor.