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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.
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Bild: Fujitsu Semiconductor Europe
www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 04 / 2011 19
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