Crossover-CPUs für besser skalierbare Embedded-Designs nutzen

| Autor / Redakteur: Gowri Chindalore, Ulrich Schmidt * / Margit Kuther

Crossover-Embedded-CPUs von NXP: kosteneffizient, leistungsstark, sicher
Crossover-Embedded-CPUs von NXP: kosteneffizient, leistungsstark, sicher (Bild: NXP/ EBV)

Anwendungen im Edge-Computing erfordern eine neue Klasse von Low-Power-Embedded-Lösungen. Diese muss kosteneffizient und skalierbar sein und dabei mehr Rechenleistung und Sicherheit bieten.

Das Herzstück vieler IoT-Produkte sind Embedded-Prozessoren mit maßgeschneiderter Funktionalität und Leistung. Mit Blick auf die sich weiter entwickelnden Möglichkeiten einer vernetzen Welt in Bezug auf Edge Computing und künstlicher Intelligenz (KI) wird schnell klar, dass wir eine neue Klasse von Low-Power-Embedded-Lösungen benötigen. Sie muss sowohl kosteneffizient als auch skalierbar sein; und sie muss mehr Rechenleistung und Sicherheit bei einem deutlich verbesserten Funktionsumfang und Nutzererlebnis bieten. Auch wenn klassische Mikrocontroller zwar heute schon einige dieser Anforderungen erfüllen, so sind sie aber in ihrer Skalierbarkeit nach oben hin zu begrenzt und deshalb nicht für alle neuen Applikationen geeignet.

Zwei Leistungsbereiche für Prozessoren

Diese Skalierbarkeitslücke lässt sich schließen. Benötigt wird dafür eine neue Klasse von Embedded-Prozessoren, die die Grenzen zwischen Mikrocontroller und leistungsfähigeren Applikationsprozessoren überwinden – die Crossover-Embedded-Prozessoren. Sie haben einen MCU-Kern, der einfach zu programmieren ist, Echtzeitbetrieb ermöglicht und wenig Strom verbraucht, gleichzeitig aber die hohe Leistung und Funktionsvielfalt von Applikationsprozessoren bietet.

Seit vielen Jahren teilen sich Embedded-Prozessoren aufgrund ihrer unterschiedlichen Anforderungen in zwei Leistungsbereiche: Anwendungen, die eine erschwingliche und flexible Nutzbarkeit erfordern, setzen auf MCUs. Applikationen, die die Kapazitätsgrenzen der MCUs überschreiten, setzen auf Applikationsprozessoren. Wegen dieser Trennung und den dadurch existierenden heterogenen Lösungsangeboten war es für Embedded-Designer bislang nicht möglich, Applikationen nahtlos über MCUs und Anwendungsprozessoren hinweg zu skalieren. Zu den typischen Herausforderungen bei dieser Skalierung gehören, Funktionen über das Angebot klassischer MCUs hinaus erweitern zu können – wie mehr Performance, mehrere Displays und erweiterte Konnektivitätsoptionen zu bieten – ohne dabei jedoch die Kosten oder die Komplexität zu erhöhen.

Oft fehlt es an Budgetressourcen und/oder Erfahrung bei den Mitarbeitern, Linux-basierte Anwendungsprozessoren zu unterstützen. Erforderlich ist zudem ein Echtzeitsystem, das ein Leistungs- und Integrationsniveau auf Anwendungsprozessor-Level erreicht. Nicht zuletzt müssen die Leistungsmerkmale eines Applikationsprozessor-Designs beibehalten werden, bei gleichzeitiger Reduzierung der Komponentenkosten.

Diese Herausforderungen gilt es zu meistern, denn die Entwicklung einer intelligenteren vernetzten Welt sollte durch Innovation beschleunigt und nicht durch eingrenzendes Scheuklappendenken zwischen entweder Mikrocontroller oder Anwendungsprozessoren ausgebremst werden. Embedded-Produktdesigner sollten vielmehr in die Lage versetzt werden, Embedded-Prozessoren frei wählen zu können, um stets den Innovationsbedarf ihres Designs am besten treffen zu können, anstatt sich durch die Prozessorauswahl bei Designoptionen und Innovationspotenzialen einschränken zu lassen. Hierzu ist die technologische Kluft zwischen High-End-Mikrocontrollern und Low-End-Anwendungsprozessoren zu schließen.

Crossover-Embedded-CPUs: mehr Leistung und Usability

Die Crossover-Prozessoren, die sich sowohl an Consumer- als auch an Industrie- und IoT-Anwendungen richten, stellen hierfür die Performance und den Funktionsumfang von anwendungsprozessorbasierten Designs zur Verfügung. Gleichzeitig ist aber auch die Benutzerfreundlichkeit und stromsparender Echtzeitbetrieb mit geringer Interrupt-Latenz gegeben, wie man ihn von MCU-basierten Designs kennt. Darüber hinaus sind Crossover-Prozessoren so konzipiert, dass sie die Gesamtsystemkosten senken, da auf Embedded-Flash verzichtet wird und Power-Management mit integriert wurde.

Die neuen Crossover-Prozessoren werden unter Verwendung der Funktionsblöcke von Anwendungsprozessoren entwickelt. Damit bieten sie von Haus aus einen hohen Inte-grationsgrad – inklusive schneller Schnittstellen, verbesserter Sicherheit sowie Beschleunigungseinheiten für ein verbessertes Benutzererlebnis (zum Beispiel 2D/3D-Grafiken). Integriert ist jedoch ein stromsparender MCU-Kern der Echtzeitbetriebssysteme wie RTOS unterstützt. Mit Crossover-Prozessoren können MCU-Entwickler ohne großen Aufwand das Leistungsniveau von Anwendungsprozessoren erreichen, weil sie ihre bestehenden Entwicklungswerkzeuge weiterhin nutzen können. Im Zweifel können sie sich sogar Zeit, Kosten und Komplexität sparen, die sie für die Softwareentwicklung unter Linux – oder einem anderen weit komplexeren Betriebssystem – aufwenden müssten.

Aufbauend auf der jahrzehntelangen führenden Stellung bei Mikrocontroller und Anwendungsprozessoren für den Consumer-, Industrie- und IoT-Markt hat NXP eine neue Serie solcher Crossover-Embedded-Prozessoren entwickelt. Sie bietet alle oben genannten Funktionen und ist beim Vertriebspartner EBV Elektronik erhältlich.

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