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Mikrocontroller Coverstory ARM-Architektur erobert Fujitsu Lücke zwischen 16-Bit-CISC und 32-Bit-RISC geschlossen Was unterscheidet eine Durchschnitts-Implementierung von einer Spitzenlösung? Genau diese Fragestellung war der Anstoß für die Entwicklung der neuen, auf dem ARM Cortex-M3-basierenden FM3-MCU-Familie von Fujitsu. Autor: Dirk Fischer Bild: Tryfonov - Fotolia 18 elektronik industrie 04 / 2011 www.elektronik-industrie.de 18_Coverstory Fujitsu____ .indd 18 01.04.2011 11:21:32
Mikrocontroller Coverstory Den Unterschied zu den zahlreichen Wettbewerbern, die ARM-Cores verwenden, erreicht Fujitsu mit der neuen FM3-Produktfamilie durch die gelungene Kombination eigener Technologien mit der bewährten ARM-Technologie. Die ARM Cortex-M3-Architektur füllt quasi die Lücke zwischen 16-Bit-CISC- und 32-Bit-RISC-CPU-Cores, wobei die Fujitsu eigenen MCU-Linien 16FX und FR weiter im Programm bleiben. Die im Folgenden beschriebenen Leistungs- und Applikationsmerkmale sollen dem Entwickler helfen, die für seine Anwendung exakt passenden Bausteine aus der FM3-Familie auszuwählen. Die ARM Cortex-M3-basierten MCUs der FM3-Familie werden zunächst in zwei Linien angeboten (Basic und High-Performance), wobei die 44 neuen Controller beider Linien ganz klar für Embedded Industrie-Applikationen konzipiert sind. Zwei Leistungsklassen Die High-Performance-Linie mit den Serien B9B500/400/300/ 100 zeichnet sich durch hohe Prozessorleistung aus und bietet viele von der FR-Familie übernommene Peripherie-Funktionen, die für Servo-Steuerungen, Fertigungsautomatisierung und andere industrielle Anwendungen optimiert wurden. Die Basic-Linie Serie MB9A100 mit dem günstigen Preis/Leistungsverhältnis verfügt über eingeschränkte Versionen der Peripherie-Funktionen aus der High-Performance-Linie, die vorrangig für die Bereiche Hausgeräte (Klimaanlagen, Waschmaschinen, Kühlschränke), Elektronische Konsumgüter, Büro- oder Medizingeräte optimiert sind. Dem steigenden Bedarf an stromsparenden Mikrocontrollern wird zusätzlich mit zwei ergänzenden Produktgruppen Rechnung getragen. Die Ultra Low Leakage und Low Power Serien werden ab der zweiten Jahreshälfte 2011 verfügbar sein. Die Architektur dieser Produkte ist für batteriebetriebene Geräte optimiert - z.B. tragbare medizinische Geräte. Bild 1 zeigt eine Übersicht über die einzelnen Derivate der FM3-Familie. Die wichtigsten Eigenschaften der FM3- Familie sind in Bild 2 dargestellt, das Blockschaltbild zeigt Bild 3. Bild 1: Übersicht über die einzelnen Versionen der FM3-Familie. Die besonderen Merkmale Die FM3-Mikrocontroller verfügen über einen integrierten und höchst zuverlässigen High-Speed-NOR-Flash-Speicher, der für eine Datenhaltung bis zu 20 Jahren und bis zu 100.000 Schreib-/Lese-Zyklen ausgelegt ist. Mit den schnellsten Speicherzugriffszeiten in der Cortex-M3-Klasse sind verzögerungsfreie Operationen bis 60 MHz möglich und machen diesen Speicher zum Maßstab der Flash-Memory-Technologie in Embedded-Applikationen. Industrielle Steuerungssysteme sind einerseits oft über viele Jahre in Betrieb und steuern Produktionslinien die auf lange Lebensdauer ausgelegt sind. Andererseits müssen Haushaltsgeräte Betriebsprofile und Leistungsdaten regelmäßig in nichtflüchtigen Speichern hinterlegen, um beispielsweise Stromausfällen vorzubeugen. In beiden Fällen sind 100.000 Lösch-Zyklen ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal, und wenn diese Flash-Technologie anstelle von E2PROMs eingesetzt wird, kommen die beiden wichtigsten Ei- ➔ genschaften zum Tragen: Zuverlässigkeit über große Zeiträume und Reduzierung der Kosten. Mit Taktzeiten bis 144 MHz bei der High-Performance-Linie gehören diese zu den schnellsten dieser Klasse und garantieren in Verbindung mit dem High-Speed-Flash-Memory hohe Leistung in industriellen Embedded-Applikationen. Die FM3-Familie kann in 3,3-V- und 5-V-Anwendungen betrieben werden und hebt sich dadurch von den meisten Mikrocontrollern mit Cortex-M3-Core ab, die mit 3,3 V oder weniger arbeiten aber nicht in 5-V-Systemen einsetzbar sind. Daher kommt die FM3-Familie der starken Nachfrage nach 5-V-MCUs für industrielle Applikationen entgegen. Die FM3-Familie bietet dem Entwickler von Industrie-Applikationen über die Standard-USB-, Ethernet- und CAN- I/O- Anschlussmöglichkeiten hinaus noch weitere ungewöhnliche Peripherie-Unterstützung. Am bedeutendsten für industrielle Anwendungen dürften neben den drei High-Speed- 12-Bit-A/D-Wandlern (1,0 μs Wandlungszeit) mit 16 Eingangskanälen die anspruchsvollen Multifunktions-Timer sein, die Signale zur Ansteuerung von bürstenlosen Gleichstrommotoren erzeugen können. Mit diesen lassen sich auch automatisch Totzeiten in die komplementären pulsweiten modulierten Signale einfügen, um Querströme in der Leistungsstufe zu vermeiden. Außerdem können die A/D-Wandler präzise getriggert werden, um die Motorströme exakt zu messen. In Verbindung mit dem neuen Quadratur Encoder für die automatische Ermittlung der Rotorposition können so mit den FM3-Mikrocontrollern sehr anspruchsvolle Antriebssysteme implementiert werden. Tools Von Entwicklern wird erwartet, dass sie die Ideen der Produktmanager sehr schnell umsetzen und zeitnah erste Prototypen erstellen können. Fujitsu unterstützt sie bei diesem Prozess mit einem umfangreichen Angebot an Hardware- und Softwaretools. Starterkits werden in verschiedenen Ausstattungsvarianten angeboten. Von einfachen, günstigen Typen bis üppig ausgestatteten Boards mit LC-Display, SD-Karten-Slot und Motorcontrol-Treiberstufe. Besonders interessant ist das erweiterbare Kit SK-FM3-100PMC, dessen Funktionsumfang durch verschiedene Erweiterungen ergänzt werden kann. So sind beispielsweise Aufsteckplatinen mit externen Flash- und SRAM Speichern erhältlich, Kapazitive Touch Sensorik, oder Motor Treiber. Außerdem sind zusätzliche, externe Kommunikationsfunktionen wie WLAN oder RFID Reader/Writer in Vorbereitung. ➔ Bild: Fujitsu Semiconductor Europe www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 04 / 2011 19 18_Coverstory Fujitsu____ .indd 19 01.04.2011 11:21:35
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