de Ralf Sommer
Senior Marketing Manager Microcontroller & Memory
Rutronik Elektronische Bauelemente GmbH
Noile tehnologii de ecrane (soluţii TFT/tactile) şi de comunicaţii (IoT/Industry 4.0) sunt forţa conducătoare din spatele creşterii dominaţiei software. Dezvoltatorii ce proiectează microcontrolere pentru aplicaţii industriale se confruntă cu noi probleme legate de software şi hardware ce nu au nimic de-a face cu experienţa lor de bază în legătură cu aplicaţia, în vreme ce complexitatea creşte – uneori atât de drastic, încât apar cerinţe de performanţe CPU crescute şi de memorii mai mari. Printre probleme se evidenţiază sisteme de operare în timp real, biblioteci grafice, pachete de comunicaţii, software de securitate şi sisteme de fişiere, necesitând pachete software complexe pentru securitate funcţională.
Acest lucru înseamnă că selecţia microcontrolerului nu mai este independentă numai de cerinţele aplicaţiei curente, ci depinde tot mai mult de modulele software necesare. În acelaşi timp, există o presiune în creştere pentru reducerea timpului până la lansarea pe piaţă a produsului. Prin urmare, dezvoltatorul are de ales să utilizeze produse MCU mult mai puternice, sau să utilizeze gama mult mai largă oferită de furnizori terţiari.
Renesas şi Synergy cu noul concept
Renesas pune la dispoziţie diferite kit-uri de start, care oferă soluţii hardware şi software pentru aplicaţii IoT şi Industry 4.0. Pentru aplicaţii IoT, acestea sunt bazate pe gamele de produse de uz general RL78, RX, RZ, acoperind aplicaţiile de la consum energetic ultra-redus şi până la înaltă performanţă. Pentru aplicaţii Industry 4.0, în special Ethernet industrial, Renesas a dezvoltat cu succes familia ERTEC şi TPS-1 pe piaţa pentru Profinet. Furnizorul oferă acum cipuri multi-protocol sub forma noilor produse R-IN.
Renesas a anunţat de asemenea lansarea unui nou concept pentru aplicaţii IoT şi Industry 4.0 sub numele de Synergy. Caracteristica definitorie este combinaţia dintre software şi microcontrolere ARM Cortex Mx. Pentru aplicaţii de ultra-joasă putere, furnizorii utilizează un nucleu Cortex M0+ cu 32MHz, periferice cunoscute ca aparţinând familiilor MCU, optimizate pentru operare de joasă putere, ce implică procesare pe 130nm cu pierdere redusă de curent. Pe segmentul de înaltă performanţă sunt oferite trei subfamilii bazate pe nucleu Cortex M4. Procesarea pe 40nm permite frecvenţe de ceas între 32 şi 240MHz şi permite integrarea optimizată ca preţ de RAM generos pe cip de până la 640k şi memorie flash de până la 4 MB.
Totuşi, ceea ce face ca acest concept să fie special este software-ul, iar Renesas a căutat să realizeze un concept complet nou pentru acesta; clientul programează produsele de la nivel API în sus. Acest lucru le permite să economisească timp de dezvoltare valoros utilizat pentru software-ul standard, însemnând că nu este nevoie de a pierde timp cu dezvoltarea şi integrarea de drivere de nivel jos pentru periferice pe cip, pachete de comunicaţii, biblioteci grafice sau sisteme de operare RT.
Renesas furnizează aceste componente software împreună cu noul pachet software Synergy sub formă de cod sursă, testat şi certificat, gata de utilizat în mediul de producţie.
Furnizorul se ocupă în continuare cu întreţinerea şi dezvoltarea continuă a software-ului, utilizând API-uri pentru a asigura compatibilitatea pe întreaga familie de microcontrolere Synergy. Clienţii pot utiliza de asemenea elemente adăugate (add-on) pentru a integra software de la furnizori terţiari. Renesas testează acest lucru în termeni de conformitate cu pachetul software Synergy.
La achiziţionarea microcontrolerelor, clienţii cumpără de asemenea întregul pachet software Synergy, fără costuri de licenţiere suplimentare – singura excepţie fiind făcută de software-ul special terţiar. Mulţumită economiilor generate faţă de costurile de licenţiere la startul dezvoltării şi reducerii timpului de dezvoltare, sunt reduse semnificativ şi problemele legate de intrarea pe piaţă şi riscurile de investiţii în aplicaţii IoT sau Industry 4.0.
Microchip urmăreşte o abordare de soluţie sistem
Microchip se concentrează complet pe o abordare de soluţie sistem, în care blocuri periferice, chiar şi mai specifice, sunt utilizate împreună cu module analogice externe din portofoliul propriu, şi module de comunicaţie pre-certificate ale căror nuclee de microcontroler sunt abia vizibile sau sunt chiar complet invizibile pentru utilizator.
Varietatea nucleelor în uz, dovedind că oferă performanţele necesare aplicaţiei, este de importanţă redusă în acest punct, deoarece majoritatea dezvoltatorilor programează în C, ceea ce înseamnă că potenţialul de optimizare şi calitatea compilatorului C sunt mult mai importante decât nucleul de bază. Soluţia se distinge faţă de alte MCU prin calitatea perifericelor de pe cip şi a componentelor externe, precum şi prin modul în care interacţionează cu componentele software corespunzătoare. De exemplu, în modurile de ultra-joasă-putere, perifericele inteligente sunt utilizate din ce în ce mai mult, implementând funcţii de monitorizare independente, cu nucleul, unul dintre principalii consumatori de energie, activat doar atunci când este necesar. Microchip a recunoscut de asemenea că software-ul a luat un rol dominant în multe aplicaţii IoT, motiv pentru care furnizorul a lansat mediul de dezvoltare MPLAB Harmony IDE pentru produsele PIC32. Tot în acest scop, Microchip a ales de asemenea calea API, pentru a economisi timp preţios de dezvoltare. Pachetele software utilizate direct de Microchip pot fi utilizate cu licenţă gratuită, iar programul generat poate fi rulat fără utilizarea unui RTOS. Dezvoltatorii pot de asemenea integra un RTOS sau pachete de comunicaţii speciale de la furnizori terţiari, deşi acestea pot fi subiect de licenţiere faţă de furnizorii în cauză.
STMicroelectronics – soluţii pentru cerinţe de nivel superior şi putere redusă
Ca lider de piaţă în ceea ce priveşte microcontrolerele ARM Cortex bazate pe Mx, STMicroelectronics şi-a extins portofoliul cu câteva noi familii de produse. El este primul furnizor care prezintă un nucleu M7 într-o familie de produse standard. Aceste produse au integrat un controler TFT, memorie generoasă pe cip şi o varietate de interfeţe de comunicaţie, făcându-le ideale pentru utilizare în aplicaţii de nivel ridicat, precum interfeţe om-maşină (HMI).
Cu familia L4, ST a adăugat un design îmbunătăţit gamei sale de modele de joasă putere. Mulţumită optimizărilor variate ale perifericelor, acest puternic CPU, bazat pe Cortex M4, economiseşte energie ori de câte ori este posibil. În gama largă de produse din cele trei sub-familii, utilizatorul va găsi produsul potrivit pentru aplicaţia dorită, beneficiind de compatibilitate ridicată şi caracteristici clare. Privite ca un întreg, există numeroase interfeţe standard integrate, care răspund celor mai stringente cerinţe de comunicaţie de astăzi. Bazat pe seriile STM32, ST oferă o gamă largă de kit-uri de iniţiere interesante şi soluţii pentru aplicaţii IoT sau Industry 4.0.
Mediul de dezvoltare propriu IDE STM32CubeMx oferă un generator de program cu o interfaţă grafică modernă, pentru produsele STM32. Scopul său este de a asista dezvoltatorii încă de la selectarea componentelor, de exemplu prin afişarea la nivel de PIN în funcţie de caracteristicile cerute. Cube permite dezvoltarea programului necesar pentru iniţializarea unui controler STM32 cu numai câteva click-uri. Pe lângă Pinout Conflict Solver (rezolvarea conflictului la nivel de pini), el conţine de asemenea unelte pentru configurarea ceasului, configurarea middleware (n.t. – software-ul ce se găseşte pe un nivel între programele de aplicaţii şi sistemul de operare, realizând legătura dintre aplicaţii) şi pentru calculul consumului energetic. Sunt disponibile o varietate bogată de produse terţiare precum noul Safety LIB, diferite pachete de comunicaţie sau sisteme de operare în timp real.
Infineon – periferice inteligente şi suport software
Pentru piaţa industrială tradiţională, Infineon utilizează derivate ARM Cortex M0/M4, pentru aplicaţii în domeniul controlului motoarelor, iluminării, automatizării industriale şi surselor de tensiune. Perifericele inteligente sunt capabile de a reduce sarcina procesorului. Principalul aspect nu este minimizarea consumului energetic, ci integrarea unui coprocesor matematic pentru creşterea semnificativă a performanţelor de calcul, chiar şi cu cei mai slabi membri ai familiei XMC1000. Periferice inteligente precum BCCU (unitate de control strălucire şi culoare) – ce permite controlul fără fluctuaţii de surse LED multi-canal fără creşterea sarcinii CPU prin generarea de PWM-uri – conduc la diferenţe semnificative în termeni de cost şi timp de dezvoltare.
Pentru automatizare industrială, Infineon şi-a extins familia sa 4000, care este bazată pe Cortex M4 şi este proiectată pentru aplicaţii de timp real. Noii membri au crescut opţiunile de comunicaţie, în special interfeţe CAN şi noua interfaţă ETHERCAT. Cu ajutorul mediului său de dezvoltare IDE Dave 4, Infineon facilitează de asemenea clienţilor săi procesul de dezvoltare software. Utilizând aplicaţiile proprii, clienţii pot integra software-ul lor prin API-uri. O mare parte din hardware-ul şi software-ul tradiţionale ale furnizorilor terţiari ai Infineon pot fi de asemenea integrate flexibil în DAVE 4.
Soluţii practice de la distribuitor
Rutronik asigură suport pentru clienţii săi, atât cu produse de la partenerii din domeniul semiconductoarelor, cu mediile lor de dezvoltare şi cu unelte de dezvoltare terţiare. Rutronik şi-a extins de asemenea parteneriatul cu SEGGER Microcontroller dincolo de produsele hardware, pentru a cuprinde şi software-ul. Cu 400000 de sisteme de depanare J-Link instalate pe plan mondial, SEGGER este bine plasată pe piaţă şi este binecunoscută printre dezvoltatorii de microcomputere pentru sistemul său de operare în timp real 
(embOS). Cu noul său mediu de dezvoltare Segger IDE şi diferitele module middleware, clienţii Rutronik au acum la dispoziţie o platformă de dezvoltare completă, independentă de furnizorul de componente semiconductoare, de la mediu de dezvoltare IDE la programator flash pentru producţie de serie. Segger lucra deja de ani de zile îndeaproape cu toţi partenerii Rutronik pe diferite produse hardware şi software, fiind o alternativă foarte interesantă şi flexibilă la uneltele de dezvoltare ale furnizorilor de componente, pentru toate mărcile de microcontrolere din portofoliul Rutronik. Pe această bază, produsele Segger suportă numeroase familii de microcontrolere. Acest furnizor, urmărind tendinţele pieţei către nuclee ARM, oferă soluţii pentru o gamă largă de diferite nuclee ARM-Mx/Ax. Produsele software ale Segger sunt definite de gradul lor ridicat de flexibilitate. Clienţii nu trebuie să utilizeze întregul lanţ de unelte Segger. Ei pot opta permanent când vor să continue lucrul cu IDE-ul lor existent, cu compilatorul C preferat sau cu alte pachete, şi de exemplu să utilizeze numai biblioteca grafică sau sistemul de operare embOS. Necesarul redus de RAM şi flash, în special cu embOS, face ca Segger să fie ideal pentru aplicaţii cu microcontrolere cu resurse limitate de memorie.
Rutronik a prezentat deja unui număr de clienţi o demonstraţie, primele roade ale parteneriatului apropiat, bazată pe un microcontroler PIC32, un TFT industrial de înaltă calitate 4.3″ DLC şi biblioteca grafică SEGGER. Vor urma soluţii de sisteme similare cu alţi producători de microcontrolere şi display-uri din linia de produse. Acest lucru înseamnă că toți clienţii Rutronik nu primesc numai produse de nivel industrial, ci şi soluţii practice – iar în cazuri specifice, reglaje şi dezvoltări oferite de Segger ￭
Rutronik Elektronische Bauelemente
www.rutronik.com