Zehn Entwicklungs-Kits für eCOG1X-Designs zu gewinnen Konfigurierbare 16-Bit-Mikrocontroller der nächsten Generation

Autor / Redakteur: Harald Frank* / Holger Heller

CYAN Technology ist mit dem eCOG1X ein großer Wurf gelungen. Der vielseitige Baustein ist sowohl für tragbare Messgeräte mit wenigen µA Stromaufnahme, als auch für leistungsstarke Webserver-Applikationen geeignet

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( Archiv: Vogel Business Media )

CYAN Technology ist mit dem eCOG1X ein großer Wurf gelungen, im ersten Quartal 2007 steht die Serienfertigung an. Die Vielseitigkeit des Bausteins liegt in der Fülle seiner Peripherie-Einheiten, in der einfachen Konfigurierbarkeit sowie im breiten Taktfrequenzbereich von 0 bis 70 MHz. Der 16-Bit-Mikrocontroller ist sowohl für tragbare Messgeräte mit wenigen µA Stromaufnahme, als auch für leistungsstarke Webserver-Applikationen geeignet.Moderne Entwicklungen im Mikrocontroller-Bereich orientieren sich in zunehmendem Maße an wirtschaftlichen Aspekten. So gehen neben den reinen Bauteilekosten auch das verfügbare Software-IP, günstige Entwicklungswerkzeuge und möglichst kurze Gesamtentwicklungszeiten mit in die Bauteilauswahl ein. Von neuen Mikrocontrollern wird erwartet, dass sie viel Speicher beinhalten, universell einsetzbar sind, wenig Strom benötigen und dabei eine hohe Rechenleistung zur Verfügung stellen, sowie reichhaltige Peripherie bieten. CYAN Technology versucht, genau diesen Ansätzen mit dem neuen eCOG1X gerecht zu werden.

Als britisches Halbleiterunternehmen mit Sitz in Cambridge wurde CYAN im Januar 2004 als Spin-Off der Cambridge-Consultant-Gruppe gegründet und hat sich auf die Herstellung von Mikrocontrollern und zugehörige Entwicklungstools spezialisiert. Der CPU-Core des eCOG1X basiert auf einer 16-Bit-Harvard-RISC-Architektur mit Barrelshifter und zuschaltbarem Befehls-Cache. Die Baureihe bietet bis zu 512 KByte internes Flash und 24 KByte RAM. Über die externe Speicherschnittstelle lassen sich bis zu 32 MByte Adressraum verwalten. Der eCOG1x verfügt über zwei Quarz-Anschlussmöglichkeiten: Diese sind für 32 kHz und für 5 bis 10 MHz ausgelegt.

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Mit seinen zwei einstellbaren PLLs kann er intern auf 70 MHz hochgetaktet werden. Die Takte für CPU und Peripherie können unabhängig voneinander heruntergeteilt werden. Dadurch ist der Baustein in der Lage, mit 1 kHz CPU-Takt und niedriger Stromaufnahme zu arbeiten oder dynamisch seine Rechenleistung nach Bedarf anzupassen. Weiterhin befindet sich im Taktbereich ein On-Chip-Oszillator, der über einen externen Widerstand zwischen 1 und 11 MHz trimmbar ist. Die Core-Spannung beträgt 1,8 V, die I/O-Versorgung 3,3 V; wobei die Mehrheit der I/O-Pins 5-V-tolerant ist. Besondere Bedeutung fällt dem Code-Cache zu, der im eingeschalteten Zustand zur Senkung des Strombedarfs und zur schnelleren Codeverarbeitung beiträgt.

Konfigurierbarkeit

Konfigurierbarkeit bedeutet im Zusammenhang mit CYAN-MCUs, dass aus der Peripherie-Vielfalt und deren Pinzuweisungen eine optimale Kombination für die gegebene Aufgabe wählbar ist. So werden aus ein und demselben Bauteil völlig verschiedene Mikrocontroller in Bezug auf deren Anwendungen. Zur Konfiguration stellt CYAN entsprechende Tools kostenlos zur Verfügung. Die integrierte Benutzeroberfläche CyanIDE vereint Editor, C-Compiler, Simulator, Debugger und Peripherie-Konfigurator. Letzterer unterstützt den Entwickler bei der Initialisierung der MCU. Er ist eine Mischung aus grafischer Programmierung und einem Ressourcen-Verwaltungsprogramm. Beim Aufruf der Konfigurator-Oberfläche werden die zur Verfügung stehenden Peripherie-Einheiten und eine leere Planfläche in Form eines Mikrocontrollers geöffnet.

Nun kann der Entwickler Ethernet-, USB-, Timer-, ADC-, DAC- oder UART-Einheiten per Maus mit Drag & Drop von der Peripherieleiste in den Chip hineinziehen und sich die entsprechend belegten Pins dazu ansehen (Bild 1). Nicht benötigte Einheiten werden nicht initialisiert, belegen keine Pins und benötigen somit auch keinen Strom. Viele Peripherals können auf andere Pins umkonfiguriert werden. Entwickler sind damit in der Lage, eine optimale Konfiguration für das Platinen-Layout zu wählen. Ist die richtige Pinzuordnung gefunden, wird sie fixiert. Ein Mausklick auf das platzierte Peripheral öffnet ein Pull-Down-Menü mit den Einstellungsmöglichkeiten für diese Einheit. Eine ausführliche Erklärung wird ebenfalls eingeblendet. So lässt sich grafisch, ohne Verwendung eines Handbuchs, die Initialisierung der benötigten Peripherie programmieren.

Das Memory-Mapping und die Erzeugung von Interrupt-Vektortabellen werden auf ähnlich komfortable Weise mit diesem Software-Tool durchgeführt. Am Ende wird aus den konfigurierten Einheiten automatisch ein entsprechender Initialisierungs-Quellcode generiert. Dieser kann nachbearbeitet oder kontrolliert werden. Damit der eCOG1X in vielen verschiedenen Applikationen eingesetzt werden kann, verfügt er über zahlreiche Peripherieeinheiten (Bild 2):

  • 10/100 Ethernet MAC USB 2.0 (480 MBit/s) mit On-The-Go-Funktion 4 × 32 LCD-Controller externe Host-Schnittstelle (16/32 Bit) externe Speicherschnittstelle (8/16 Bit) zwei getrennte 12-Bit-A/D-Wandler mit je 7 Kanälen (200 KSamples/s) integrierter Temperatursensor integrierter Spannungsüberwachungssensor zwei 12-Bit-D/A-Wandler fünf Multifunktionstimer (Clocktimer + 2 × Counter/Timer + 2 × PWM-Timer) Watchdog-Timer Long-Interval-Timer 3-Phasen Motor-Control-PWM-Timer zwei Double-Buffered UARTs Double-Buffered USART/SPI/I²C/SCI/IRDA SPI-Schnittstelle I²S-Schnittstelle zwei getrennte Smartcard-Schnittstellen parallele Schnittstelle Power-On-Reset On-Chip-Oszillator bis zu 116 General Purpose I/Os

Aus dieser Liste lässt sich bereits ermessen, dass nur wenige Applikationen die Nutzung aller Ressourcen erforderlich machen. Deshalb bietet CYAN eine Palette verschieden zusammengestellter MCUs in unterschiedlichen Gehäusen an. Erhältlich sind Derivate in einem 68-Pin-QFN- (10 mm × 10 mm), 100-Pin-QFN- (12 mm × 12 mm) und 208-poligen BGA-Gehäuse (14 mm × 14 mm). Abgesehen von drei unterschiedlichen Flash-Größen (128, 256 und 512 KByte) sind auch Kombinationen ohne Ethernet MAC, ohne ADC/DAC, sowie ohne USB-Interface lieferbar. Entwickler können somit eine grobe Vorauswahl treffen und auf ein kleineres Gehäuse zu einem geringeren Preis wechseln. Die komplette Peripherie steht im 208-poligen BGA-Gehäuse zur Verfügung.

Anwendungsbereiche

Die Einsatzmöglichkeiten für den eCOG1X sind vielfältiger, als man sie an dieser Stelle auflisten könnte. Prädestiniert ist er, nicht zuletzt wegen seines industriellen Temperaturbereiches von -40 bis 85 °C, für Aufgaben im Bereich der Automatisierungstechnik. Seine Peripherie und sein niedriger Strombedarf sind für den Einsatz in Messumformern willkommen. Industrial Ethernet befindet sich auf dem Vormarsch und zählt zu den wichtigsten Zielmärkten für den eCOG1X. Auch der Markt für autarke Webserver ist interessant; sie finden sich vielen fernauslesbaren Geräten. Die USB-OTG-Schnittstelle ermöglicht sowohl Applikationen im Bereich der PC-Peripherie als auch im Bereich von Systemen, die mit externen USB Slaves, wie USB Sticks oder -Druckern, kommunizieren müssen. Die hochauflösenden A/D-Wandler eignen sich für batteriebetriebene Messgeräte, die dann wiederum über USB parametriert oder ausgelesen werden können. Ebenfalls kann mit den zwei 12-Bit-ADCs in Verbindung mit der Motor-Control-Timer-Einheit eine feldvektororientierte Antriebsregelung realisiert werden.

CYAN vertritt die Philosophie, möglichst alle Hard- und Software-Tools aus einer Hand zu unterstützen und zu fairen Konditionen anzubieten. Als Hardware-Tool dient das DEVKIT1X (siehe Verlosung) in Verbindung mit einer von vier verschiedenen MCU-spezifischen Daughtercards. Auf diese Weise kann genau die MCU-Type zur Emulation verwendet werden, die später in der Serienfertigung eingesetzt werden soll. Auf dem Motherboard stehen unter anderem 8 MByte externes Flash, 128 MByte SDRAM, 32 KByte serielles EEPROM, ein 10/100 Ethernet-PHY, eine USB-OTG-Schnittstelle, eine Smartcard-Schnittstelle SIM-Kartenhalter, ein Audio-Codec mit inegriertem Kopfhörerverstärker, mehrere serielle Anschlussmöglichkeiten sowie ein JTAG-Interface für Applikationen bereit. Über das JTAG/eICE-Interface werden Boundary Scan, Fast-Flash-Programmierung und Debugging ermöglicht. Diese Anbindung erlaubt auch das Arbeiten in seiner eigenen Ziel-Hardware. Somit lassen sich teuere Emulatoren und filigrane Adapter zur Ankopplung an eine eigene Schaltung einsparen.

Die Softwareplattform besteht aus der integrierten Benutzeroberfläche CyanIDE, in der alle relevanten Software-Tools, wie ANSI-C-Compiler, Simulator und Debugger, enthalten sind. Ein einbindbarer GNU-Compiler ist in Vorbereitung. Die aktuelle Version der CyanIDE unterstützt bereits alle 32 Derivate der eCOG1X-Familie. CYANs eigene Software-Tools können kostenlos über das Internet (siehe Linkkasten) herunter geladen werden. Jeder eCOG1 enthält einen In-Circuit-Emulator, über den in der Zielhardware das Debugging bewerkstelligt wird. Der Debugger unterstützt bis zu 512 Breakpoints, die selbst für komplexere Anwendungen ausreichen dürften. CyanIDE ermöglicht ein an Einzelbefehle oder an C-Statements angelehntes Einzelschrittverfahren. Die Darstellung des Quellcodes ist zwischen Assembler und C umschaltbar. Middleware für die komplexe Peripherie ist ebenfalls vorhanden. CYAN stellt für den eCOG1X einen kompletten TCP/IP-Stack mit Webserver-Funktionalität zur Verfügung. Bei der USB-Software ist man noch einen Schritt weiter gegangen: Diese Firmware wird bereits durch den Konfigurator mit in den Code übernommen, wenn das USB-Interface konfiguriert wird. Fertige Routinen zum Ankoppeln von USB-Sticks oder zur PC-Kommunikation sind bereits implementiert. Viele getestete Applikationsschriften erleichtern den Einstieg.

Ausblick

Anfang 2007 wird der eCOG1X in Serienproduktion gehen. An der nächsten Stufe, der eigenen 32-Bit-Core-Entwicklung eCOG2, wird bereits gearbeitet. Ab Mitte 2007 sollen zu dieser Familie, über die folgenden 12 Monate verteilt, etwa 40 verschiedene Derivate auf den Markt kommen. Weiterhin sind spezielle eCOG-Derivate für bestimmte Marktsegmente in Planung (Bild 3).

MCU-Konzept von CYAN bringt frischen Wind

Extrem Strom sparende Technologie in Verbindung mit hoher Rechenleistung, großen Speichern und starker Peripherie ist der Schlüssel für viele Applikationen. Als neuer Anbieter im MCU-Markt bietet CYAN ein MCU-Konzept, das in der Branche für frischen Wind sorgt. Kostenlose Software-Tools und Middleware sowie preiswertes Hardwareemulations-Equipment kommen den Entwicklern entgegen. Das zum Patent angemeldete Konfigurations-Tool verschafft gerade in der ersten Phase der Schaltungsentwicklung Zeit- und Flexibilitätsvorteile. Der Halbleiter-Distributor GLYN stellt durch sein MCU-Team den Support für die Franchise-Gebiete Deutschland, Österreich, Schweden, Norwegen, Australien und Neuseeland sicher.

GLYN, Tel. +49(0)6126 5900

*Harald Frank ist Field Application Engineer, Office-Manager und Linemanager für CYAN Technology bei GLYN in Nettetal.

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