Single Source MCU und Software Schneller und effizienter zum Embedded-MCU-System

Autor / Redakteur: Graeme Clark * / Sebastian Gerstl

Mit einer vollintegrierten, umfangreichen Lösung, basierend auf einem Hardware-Software-Toolset-Paket, bietet die Renesas Synergy Plattform neue Möglichkeiten für die Embedded-Entwicklung - und spart Entwicklungsteams Zeit und Geld.

Firmen zum Thema

Eine umfassende Lösung aus einer Hand: Mit der Renesas Synergy Plattform bietet der Mikrocontroller-Hersteller nicht nur eine neue MCU-Familie, sondern gleichzeitig ein direkt darauf zugeschnittenes Paket inklusive Software, Tools und bestimmter Wartungs-Garantien.
Eine umfassende Lösung aus einer Hand: Mit der Renesas Synergy Plattform bietet der Mikrocontroller-Hersteller nicht nur eine neue MCU-Familie, sondern gleichzeitig ein direkt darauf zugeschnittenes Paket inklusive Software, Tools und bestimmter Wartungs-Garantien.
(Bild: Renesas)

Wer als Entwickler als erstes sein Produkt auf den Markt bringt, hat einen wichtigen Vorsprung. Jede Lösung, die die Entwicklungszeit verkürzt, ermöglicht deutliche Wettbewerbsvorteile.

Der klassische Designzyklus gestaltet sich dabei oft wie folgt: Ein Kunde wählt für ein Embedded-MCU-System einen Mikrocontroller. Sein Entwicklungsteam möchte eine bestimmte Anforderung implementieren und wendet sich damit häufig wieder an den Mikrocontrollerhersteller. Nach Festlegung der Hardware wandert die Lösung in die Hände eines Software-Teams für die Entwicklung der Applikation. Im Allgemeinen bestimmten also Hardwareentwickler die Auswahl des geeigneten Mikrocontrollers.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 6 Bildern

Mit dem IoT-Markt muss sich die Rollenverteilung aber ändern: Bei der Definition der endgültigen Lösung spielen Softwareentwickler heute eine immer wichtigere Rolle. Dies gilt auch für die Frage, welcher Mikrocontrollertyp am besten zu den Systemanforderungen passt.

Wie kann man diesen neuen Anforderungen nun am Besten nachkommen? Welche zentralen Aspekte motivieren Kunden, und wie beeinflussen deren Prioritäten die MCU-Auswahl? Zweifellos muss jede für den sehr großen IoT-Markt bestimmte Lösung die zunehmende Bedeutung des Softwareingenieurs berücksichtigen.

Zugleich verstärken auch andere Trends den Druck auf die Entwicklerteams. Immer mehr Unternehmen verlagern Entwicklungsfunktionen teilweise auf externe Dienstleister. Eine zunehmende Anzahl an Firmen stellt zudem fest, dass sie neue Technologien nicht mehr so wie früher entwickeln können. Man ist eher bereit, von hausinterner Entwicklung auf die Nutzung externer Ressourcen und handelsüblicher Komponenten und Software umzusteigen.

Es ist zeitraubend und kostspielig, Standard-MCUs zu nutzen, anschließend nach Stacks, einem Echtzeitbetriebssystem, Middleware und Softwarebibliotheken von zahlreichen Softwareanbietern zu suchen, diese zu lizenzieren, zu integrieren, zu testen und letztendlich noch zu warten. Was, wenn man alles aus einer Hand vom MCU-Chiphersteller beziehen könnte?

Wie können MCU-Hersteller den Entwicklungszyklus verkürzen?

Um Software von einem Halbleiterhersteller zu beziehen, benötigen Entwickler Rückversicherungen. Wie lange wird der Lieferant die Software liefern und unterstützen? Verpflichtet er sich langfristig zu deren Wartung, Aktualisierung und Unterstützung? Entwickler setzen hohe Qualität meist auch mit Langlebigkeit gleich. Könnte eine Rückversicherung für den Systementwickler darin bestehen, dass der Halbleiterhersteller bereit wäre, seine Software als hochqualitatives, kommerzielles Produkt zu spezifizieren?

Aus der Sicht des Entwicklers bietet der Bezug der Software direkt von einem MCU-Lieferanten viele Vorteile. Groß aufgestellte Halbleiterhersteller haben die nötigen Ressourcen, um Entwicklung und Wartung einer Software über lange Zeiträume zu unterstützen. Besitzt dieser Lieferant eine breite Kundenbasis, wird die Software auch von vielen Kunden erprobt.

Da der Hersteller selbst nur dann Geld verdient, wenn entwickelte Produkte auch in die Fertigung gehen, ist er genauso wie der Kunde an einer Beschleunigung des Entwicklungszyklus bis hin zum fertigen Endprodukt beim Kunden interessiert. Die Sicherung der Softwarequalität ist auch im Interesse des Halbleiterherstellers, weil der Erfolg seiner Software direkt damit verbunden ist, weiterhin seine MCUs verkaufen zu können.

Was wäre also, wenn die Entwickler den klassischen Produktentwicklungszyklus neu erfinden und damit mehr von ihrer Zeit für die wirklich innovativen Aspekte ihrer Lösung verwenden könnten? Was, wenn MCU-Lieferanten wie Renesas den Zeitbedarf verkürzen könnten, den Entwickler auf das grundlegende Kernsystem verwenden müssen, sodass sie stattdessen mehr Zeit für den Anwendungscode hätten? Wie könnte so ein neuer Entwicklungskreislauf aussehen?

Im herkömmlichen Ablauf haben Entwickler laufend mit Updates und stets neuen Roadmaps für Echtzeit-Betriebssysteme, Stacks und Tools zu kämpfen. Aber eine Plattform direkt vom MCU-Lieferanten, vor der auch die Software stammt, könnte zusätzlich auch die Integration neuer Updates übernehmen und so diesen Teil der Produktpflege für den Entwickler verkürzen. Wie wäre es, wenn der MCU-Lieferant diese Software als ein kommerzielles Paket zusammen mit APIs anbieten und unterstützen würde, so dass ein Entwickler seine eigenen Anwendungen einfach darauf aufsetzen kann?

Diese Fragen führten zur Entwicklung der Renesas Synergy Plattform. Mit ihr bietet der MCU-Hersteller eine voll integrierte und für Embedded- wie IoT-Anwendungen optimierte Hard- und Softwarelösung. Die Plattform umfasst das Synergy Software Paket (SSP), eine Mikrocontroller-Familie, Tools, Kits und Lösungen sowie die sogenannte Galerie.

Software und Mikrocontrollerfamilie aus einer Hand

Das Synergy Software Paket (SSP) gehört zum Lieferumfang jeder Synergy-MCU und enthält Softwarekomponenten für alle in Embedded-Anwendungen grundlegenden Kernsystem-Funktionen. Als Basis dient das Premium-RTOS ThreadX von Express Logic. Hinzu kommen weitere Middleware-Komponenten aus der X-Ware Suite des gleichen Herstellers. Diese Bestandteile sind mit bausteinspezifischen Softwarekomponenten wie Device Treibern, Middleware, Bibliotheken und einem flexiblen Applikations-Framework zusammen mit einem API integriert.

Das SSP verbindet RTOS, Middleware und Bibliotheken anhand der API über ein spezielles Framework mit Low-Level Peripheriefunktionen. So kann die Anwendung auf Peripherieelemente in Form von benutzerfreundlichen Funktionen zugreifen. Das Framework unterstützt die Details der RTOS-Integration. Über logisch definierte Werte können Treiber Hardwareregister abstrahieren.

Renesas Synergy Software: Das integrierte Softwarepaket enthält umfangreiche SSP-, QSA- und VSA-Komponenten.
Renesas Synergy Software: Das integrierte Softwarepaket enthält umfangreiche SSP-, QSA- und VSA-Komponenten.
(Bild: Renesas)

Dadurch lassen sich die API und deren Parameter konsistent für alle unterschiedlichen Produktreihen innerhalb der MCU-Familie nutzen. Dieser Ansatz erlaubt es dem Entwickler, Lösungen aufzubauen, ohne Zeit für detaillierte MCU-Hardwarespezifikationen, spezielle Registerdefinitionen oder ThreadX -Details aufwenden zu müssen.

Es wird hierbei zwischen „qualifizierten“ und „verifizierten“ Add-Ons unterschieden. Die „qualifizierten“ Renesas Synergy Softwarekomponenten sind für die Synergy-MCUs optimiert und integriert, wobei ihre Leistungsfähigkeit und ihre Zuverlässigkeit umfassend geprüft wurde. Wo erforderlich, haben entsprechende Softwarekomponenten auch Konformitätstests für Industrienormen durchlaufen.

Softwarekomponenten von externen Entwicklern werden auf Funktionsumfang und Kompatibilität zur SSP hin geprüft, um zu gewährleisten, dass sie auch korrekt mit der Synergy Plattform zusammenarbeiten. Solche durch Renesas „verifizierte“ Softwarekomponenten von externen Entwicklern sind im SSP als „Verified Software Add-ons“ (VSAs) gekennzeichnet. Das SSP wird von Renesas gepflegt und künftig sowohl um eigene Softwarekomponenten als auch um Software externer Entwickler ergänzt.

Synergy-Mikroprozessorfamilie: Die Hand in Hand mit der Synergy-Plattform eingeführte MCU-Reihe hält zum Launch bereits große Palette an verschiedenen Leistungsanforderungen bereit.
Synergy-Mikroprozessorfamilie: Die Hand in Hand mit der Synergy-Plattform eingeführte MCU-Reihe hält zum Launch bereits große Palette an verschiedenen Leistungsanforderungen bereit.
(Bild: Renesas)

Für die Plattform wurde eine spezielle Familie untereinander kombatibler 32-Bit Mikrocontroller auf Basis der ARM Cortex-M CPU-Cores von Grund auf, ohne Legacy-Anforderungen, entwickelt. Jedes Mitglied der MCU-Familie besitzt die gleichen oder ähnliche Peripherieschaltungen, was Einarbeitungszeiten verkürzen und ein Maximum an Wiederverwendbarkeit für Software ermöglichen soll.

Zudem sind alle Synergy-MCUs im gleichen Gehäuse pinkompatibel, d.h., spezielle Funktionen sind immer denselben Pins zugewiesen. Die Peripheriefähigkeiten lassen sich zudem bei gleichbleibendem Registeraufbau auf- und abwärtsskalieren.

Ergänzendes zum Thema
Verfügbarkeit der Renesas-Synergy-MCU-Familie

Als erste Mikrocontroller aus der Synergy-Plattform sind die MCU-Modelle S3 und S7 ab sofort verfügbar. Beide Varianten basieren auf einem ARM Cortex-M4-Core. Der S3 ist mit Taktfrequenzen von 32 - 100 MHz erhältlich und zielt auf Anwendungen ab, in denen eine hohe Effizienz bei geringer Leistungsaufnahme gefragt ist. Die High-Performance-Variante S7 ist auf Taktfrequenzen von 200 bis 300 MHz ausgelegt und bietet bis zu 640 KByte an SRAM.

Das auf einem Arm Cortex M0+ Kern basierende Ultra-Low-Power-Modell S1 wird voraussichtlich ab Februar 2016 zur Verfügung stehen. Bis etwa Mitte 2016 soll schließlich der S5 folgen.

Weitere Informationen finden Sie auf der Webseite des Herstellers: www.renesas.com/synergy

Die Mikrocontrollerfamilie beginnt mit dem S1, einer Ultra-Low-Power MCU auf Basis eines 32 MHz Cortex-M0+ Cores. Die Serien S3, S5 und S7 nutzen Cortex -M4 Cores und bieten Taktfrequenzen bis aktuell 240 MHz. Bei den Renesas-MCUs der Serie S3 kommt ein 48 MHz Cortex-M4 Core zum Einsatz. Diese eignen sich für Anwendungen, die ein höheres Maß an Integration benötigen als die auf dem Cortex M0+ beruhende S1-Serie bieten kann.

Die Serie S5 ist für komplexere IoT-Anwendungen konzipiert. Ihre MCUs basieren auf einem Cortex-M4 Core, getaktet auf 120 MHz, während die S7-Reihe einen 240 MHz Cortex-M4 Core mit einer Palette von Hochgeschwindigkeits-Peripherieschaltungen vereint. Die gesamte MCU-Familie bietet umfangreichen, auf dem Chip integrierten Speicher bis zu 4 MByte Code-Flashspeicher und 640 KByte SRAM in der S7-Serie.

Darüber hinaus bietet die Renesas Synergy Plattform dem Entwickler eine breite Palette von Optionen, um funktionale Sicherheit und Security in seinen Industrie- oder IoT-Anwendungen zu verbessern sowie die Kommunikationsfunktionen zu erweitern. Somit können Entwickler etwa Daten in der MCU schützen, Authentizität von Daten gewährleisten und ein sicheres Produktlebensdauermanagement erzielen.

Security-Peripherieelemente und zugehörige Softwarebibliotheken unterstützen symmetrische/asymmetrische Kryptographie ebenso wie eine sichere Schlüssel-Generierung und -Speicherung. Sie bieten damit eine umfassende Palette sicherer Dienste einschließlich Secure Boot sowie Over-the-Air Firmware-Updates. Darüber hinaus unterstützt jede MCU eine lange Liste an hardwaregestützten Sicherheitsfunktionen für kritische Anwendungen.

IoT-Anwendungen erfordern umfangreiche Kommunikationsfähigkeiten. Synergy MCUs bieten hierfür Funktionen wie Dual-Ethernet mit IEEE-1588-Synchronisierung, Hochgeschwindigkeits-USB sowie zahlreiche auf dem Chip integrierte serielle Schnittstellen wie UART, I2C, SPI, IrDA, QSPI, I2S, SDHC/MMC und CAN. Für Anwendungen auf der Sensorebene des Netzwerks verfügt praktisch jede Renesas Synergy MCU über etliche Analog-Schnittstellen wie A/D- und D/A-Wandler, Komparatoren sowie eine Reihe von Timing-Funktionen für Anwendungen in Industrie- und Motorsteuerungen.

Tools, Lösungsbeispiele und eine zentrale Softwaregallerie

Um auf Basis der integrierten Soft- und Hardware den produktiven Fortschritt eigener Entwicklungen weiter zu beschleunigen, enthält die Renesas Synergy Plattform ein zusätzliches Tool-Ökosystem, inklusive der Renesas-eigenen integrierten Entwicklungsumgebung e2 studio. Die IDE auf Eclipse-Basis, wurde um lösungsorientierte Features erweitert, womit Entwickler etwa in der Lage sind, den Quellcode der gesamten SSP beim Debugging einsehen zu können.

Renesas spricht daher auch von einer „lösungsorientierten Entwicklungsumgebung“ (Integrated Solution Development Environment; ISDE). Zusätzlich bietet Renesas mit der Plattform eine breite Palette an Entwicklung-Kits und erprobten Design-Beispielen an.

Renesas Synergy Gallery: Die Gallerie bietet nicht nur einen zentralen Anlaufpunkt für Software und Updates, sondern wird künftig auch Cloudfunktionalitäten bereithaben, etwa um App-Daten für Kunden zu hosten.
Renesas Synergy Gallery: Die Gallerie bietet nicht nur einen zentralen Anlaufpunkt für Software und Updates, sondern wird künftig auch Cloudfunktionalitäten bereithaben, etwa um App-Daten für Kunden zu hosten.
(Bild: Renesas)

Damit Kunden sich später ihre Software sich nicht mehr aus diversen Webseiten oder Foren zusammensuchen müssen, bietet die Renesas Synergy Gallery schließlich noch eine zentrale Anlaufstelle für alle Renesas Synergy Softwarekomponenten. Dort sollen künftig auch erweiterte Funktionen, etwa Clouddienste und die Möglichkeit eines App-Downloads direkt in Renesas Synergy MCUs, bereitstehen.

Die dynamischen Industrie- und IoT-Märkte zwingen Entwickler zu einer Neubewertung ihrer herkömmlichen Konzepte der Produktentwicklung. Embedded-Designs von heute sind einfach zu komplex für eine herkömmliche, schrittweise Entwicklung. Der Markt erfordert schnellere Reaktionen und kürzere Markteinführungszeiten – wie von Renesas Synergy ermöglicht.

* Graeme Clark ist Manager MCU/MPU Solution Marketing bei Renesas Electronics Europe.

(ID:43533355)