Der er en tendens til, at mikrocontrollerne har fået langt mere ”ansvar” i applikationerne. Flere MCU-producenter spillede også med musklerne under Embedded World, og der er lagt op til kamp mellem Arm- og RISC-V-arkitekturerne i fremtidens edge-designs
Artiklen har været bragt i Aktuel Elektronik nr. 5 – 2025 og kan læses herunder uden illustrationer
(læs originaludgaven her)
Af Rolf Sylvester-Hvid, Embedded World, Nürnberg
Der var engang, da mikrocontrollere var små kompakte stand-alone komponenter, som kunne udføre nogle relativt simple opgaver. 8-bit var som regel nok for 20 år siden, meeeen ting udvikler sig, og siden er 16-bit mere blevet dagens standard. Udviklingen er jo som bekendt ikke lige til at standse, og den eksplosive udbredelse af IoT samt behovet for mere intelligens i edgen har givet controllerproducenterne endnu et skub fremad og opad, så der er vokseværk i branchen. Kunsten er nu at levere deciderede processorer til branchen uden samtidigt at gøre udviklingen af applikationer baseret på MCU’erne kompleks. Det var der så flere bud på under Embedded World.
Største nyhed var nok uden tvivl, at Microchip nu lancerer deres første 32-bit mikrocontroller baseret på virksomhedens egen PIC-arkitektur, og det er et brud med den tradition, virksomheden har – og har haft – inden for MIPS- og Arm-baserede kerner i 32-bit miljøet. Det har Microchips produktchef, Joe Thomsen, en forklaring på:
– Der er en tendens til, at RISC-V bliver stadigt mere populært, og valget mellem PIC- og Arm-arkitekturer handler i høj grad om hardware vs. software. Hardware- og software-ingeniører har vidt forskellige tilgange til de embeddede designs, og med valget mellem MIPS, Arm og PIC burde applikationsudvikling blive langt mere enkel. Vi har blandt andet opnået at embedde branchens første ”brugbare” operationsforstærkere i de nye 32-bit PIC-mikroer. Det er oplagte komponenter til de intelligente sensorer, der bliver en vital del af fremtidens IoT-miljøer, siger Joe Thomsen.
200MHz 32-bit PIC32A-familien er med andre ord designet, så den reducerer behovet for eksterne komponenter drastisk blandt andet med de integrerede analoge high-speed funktioner, op til 40Msps 12-bit ADC’er, højhastigheds 5ns komparatorer og de omtalte 100MHz Gain Bandwidth Product (GBWP) operationsforstærkere. Det er funktioner, som sammen med en højt ydende CPU, tillader flere funktioner i en enkelt MCU, så både system- og materialeomkostninger kan holdes nede.
– En 64-bit Floating Point Unit (FPU) i PIC32A MCU’en håndterer effektivt meget dataintensive beregninger og gør det let for brugeren at adoptere modelbaserede designs. Sikkerheden er selvfølgelig også i top med Error Code Correction (ECC) på både flash og RAM, Memory Built-In Self-Test (MBIST), I/O-integritetsmonitor, clock-monitering samt immutable secure-boot, alt sammen designet til at give en sikker eksekvering af softwarekode i en embedded styring, slutter Joe Thomsen.
Nu kommunikerer mikrocontrollerne med satellitterne
Vokseværk handler også om kommunikationen mellem de embeddede applikationer og ”verden udenfor”. Bluetooth er blevet til WiFi, som har fået selskab af LoRa, og stille og roligt øges rækkevidden for edge-komponenterne, hvor der måske ikke er behov for de store datamængder, men hvor rækkevidden og længere handshakes mellem edge og de højere hierarkier får en stadigt større betydning. Det marked har Nordic Semiconductor også fået øje på, og med virksomhedens nye SiP-modul kan applikationer i edgen nu komme i kontakt med LEO- og GEO-satellitter (Low Earth-/Geostationary Orbit).
– Der er en række formål inden for asset tracking og landbrug, fiskeri eller skovbrug, hvor mobilkommunikation er udelukket. Derfor har mange IoT-applikationer brug for NTN-konnektivitet (Non-Terrestrial Network), og det kan ikke nødvendigvis løses med NBIoT-platforme. Med GEO- og LEO-kontakt kan vi med vores nyeste nRF9151 SiP-modul levere bit-rater fra PHY-laget direkte til satellitter mellem 1kbps og 40kbps for henholdsvis GEO- og LEO-satellitter, fortæller Martin Lesund, mens han viser en demo på Nordic Semiconductors stand, hvor en nRF9151 opsamler data i messehallen og opsender data til en satellit. Data bliver så vist på en skærm. Selvfølgelig lidt ”over-åen-efter-vand”, men det giver en klar idé om mulighederne i løsningen.
Udgangspunktet i nRF9151 er topmodellen fra Nordic Semiconductors program baseret på en Arm Cortex M33 ledsaget af eget modem i en to-kerne konstruktion. Det giver mulighed for at akkumulere data i en edge-sensor for derefter at videregive data, når der er en satellit til stede – eller rådighed. Opkobling og ping tager blot 15 sekunder til en GEO-satellit, og man kan bruge løsningen både i kontinuert brug, hvis der er et stort satellitnetværk til rådighed – eller diskontinuert ved færre satellitter, eller hvor latency til clouden kan forventes at være lang.
Bæredygtig IC-producent
Både allokering og de i dag lidt tvivlsomme relationer til vores gamle ven, USA, har fået – og får – flere designere til at kigge i retning af andre leverandører af de centrale controllere i mange slags designs. Det er et hul i markedet, som også Indesmatech har fået øje på, så den uafhængige distributør finder løbende nye og spændende leverandører, herunder Nuvoton, der er en 4200-medarbejdere stor Taiwan-virksomhed med et ganske imponerende program af komponenter.
Nuvoton definerer sig selv som en ”bæredygtig IC-producent”, hvilket givet har med brug af grøn energiforsyning at gøre, vandrensning og meget andet godt. Programmet spænder over 8-bit til 32-bit mikrocontrollere og så alle de support-komponenter, der løfter funktionerne i controller-komponenterne. Det er motordrev, MOSFETs, 2D/3D-løsninger, BMIC’er, HDMI- og USB4-konnektivitet og re-timere. Med sit køb af Panasonics halvlederproduktion i Japan i 2020 har virksomheden etableret Nuvoton Japan, som fremstiller CSP MOSFETs til forbrugerapplikationer, men også time-of-flight sensorer med rækkevidde op til 10 meter samt mulighed for indirekte måling af afstande.
– Nuvoton har godt fat i mange industrikunder, som gerne vil have samlede løsninger på BOM’en, og i de tilfælde er Nuvotons kombination af mere end 1200 forskellige mikrocontrollere og mange relevante komponenter, der indgår i mikrocontrollernes økosystem et meget populært og stærkt tilbud. Vi er hos Indesmatech primært faldet for MCU’erne, der spænder fra de mindste styringer af blæsere op til Qt-forsynede grafik-controllere. Nuvoton går hele vejen op gennem Arm-miljøet, så der er for alvor en mikrocontroller til alle vores industrikunders behov foruden muligheden for at få matchende sensor- og effektkomponenter i samme løsning, fortæller Rune Domsten, som vi mødte på Nuvoton-standen.
Vokseværket i controller-miljøet handler derfor ikke ”bare” om ydelse, rækkevidde og forbrug, men også om at få de stadigt mere avancerede løsninger gjort så lette som muligt at bruge for designere og OEM-producenter overalt i verden – og IoT-miljøerne …
Billedtekster:
1: En markant nyhed under Embedded World var Microchips 32-bit PIC-baserede mikrocontrollere, som Joe Thomsen viser hér på et udviklings-board. Det er en oplagt løsning til intelligente edge-sensorer, og det løser en del af den hardware-/softwarehovedpine, som MIPS og Arm ellers har givet.
2: Nu kan mikroer fra Nordic Semi komme i kontakt med satellitter i det nære rum. Martin Lesund viser en nRF9151 SiP-demo, hvor en controller på messen sender data op til satellitter, som videregiver data visuelt til en monitor i demoen.
3: Rune Domsten fra Indesmatech kigger sammen med Jeffery Lin, ansvarlig for Nord Europa, på produkter fra Nuvotons meget omfattende controller-program. Taiwan-producenten har en ekstrem spændvidde i programmet og definerer sig selv som ”bæredygtig IC-producent”.
