In automatisierten Fabriken verlangen Vernetzung, Echtzeit-Verarbeitung und Edge-Analyse nach leistungsfähigeren MCUs mit Performance auf Prozessor-Niveau.

In automatisierten Fabriken verlangen Vernetzung, Echtzeit-Verarbeitung und Edge-Analyse nach leistungsfähigeren MCUs mit Performance auf Prozessor-Niveau. (Bild: Texas Instruments)

Bei den MCUs hat es in jüngster Zeit Verbesserungen hinsichtlich der Speicherkapazität, der Integration analoger Funktionen und des Stromverbrauchs gegeben. In vielen Anwendungen aber ist es ebenso entscheidend, große Mengen an Echtzeitsteuerungs-Aufgaben und Sensordaten zügig zu verarbeiten. In automatisierten Fabriken sind die Verarbeitungs-Anforderungen von speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) und Roboter-Motoransteuerungen von ca. 100 MHz pro Core auf mehr als 400 MHz gestiegen, und für die nächsten drei bis fünf Jahre ist hier eine weitere Steigerung auf über 1 GHz zu erwarten. Die MCUs müssen außerdem mit vermehrter industrieller Kommunikation und Edge-Analyse zur vorausschauenden Wartung zurechtkommen.

Die MCUs der Reihe Sitara AM2x werden den höheren Performance-Anforderungen gerecht, indem die Taktfrequenz der einzelnen MCU-Kerne angehoben wird und mehrere MCU-Kerne auf einem Chip vereint sind. Mit vier Kernen, jeder einzelne mit einer Taktfrequenz von 800 MHz, eignet sich die MCU des Typs AM2434 für schnelle und komplexere Datenverarbeitungs-Aufgaben. Sie ermöglicht eine latenzärmere Steuerung und eine schnellere Kommunikation in der Fabrik, als es mit traditionellen MCUs möglich ist. Eine schnellere und gleichmäßigere Ansteuerung von Roboterarmen etwa kann sich positiv auf die Betriebssicherheit sowie die Effizienz, die Qualität und den Durchsatz der Produktion auswirken.

Verbesserungen bei Echtzeit und Analytik

Hochleistungs-MCUs, insbesondere solche mit Multicore-Architekturen, können den Weg zu höherintegrierten Systemen ebnen, indem sie Datenverarbeitungs- und Echtzeitsteuerungs-Aufgaben in ein und demselben Baustein verarbeiten. Sitara AM2x-MCUs enthalten schnelle Datenerfassungs-Fähigkeiten und präzise Echtzeitsteuerungs-Peripherie, um Daten mit hoher Geschwindigkeit einlesen und verarbeiten zu können. Ein einzelner Mikrocontroller, der den Motor für einen Roboterarm ansteuert, kann also auch Audio-, Strom- und Positionssensor-Schnittstellen enthalten, um die Sicherheit bei der gemeinsamen Arbeit von Menschen und Robotern zu verbessern, ohne dass hierfür ein zusätzlicher Mikrocontroller benötigt wird. Ebenso kann eine MCU die Audioeingabe sowie die Erkennung und Klassifizierung von Geräuschen integrieren, um die Edge-Intelligenz eines Gebäudeüberwachungs-Systems zu verbessern. Durch die Zusammenfassung mehrerer Verarbeitungsfunktionen auf einem Chip können Hochleistungs-MCUs industrielle Systeme nicht nur intelligenter, sondern auch bezahlbarer machen und ihr Design vereinfachen.

Einfacheres Design und wiederverwendbare Software

Zu den kennzeichnenden Eigenschaften von MCUs gehört die Einfachheit des Systemdesigns und der Softwareentwicklung. Die Erwartungen, die hinsichtlich der einfachen Anwendung der Hard- und Software gestellt werden, dürften sich kaum ändern, auch wenn die Performance und der Integrationsgrad von Mikrocontrollern auf das eher von Prozessoren gewohnte Niveau steigen.

Sitara-AM2x-MCUs bieten einfache Software-Entwicklungsumgebungen und Tools, die sich plattformübergreifen wiederverwenden lassen. Sie ermöglichen ein effizientes Management von Echtzeit-Aufgaben und einfachere Powermanagement-Architekturen. Außerdem optimiert das integrierte RAM die Geschwindigkeit und latenzarme Funktionen.

Flexible Speicherausstattung

MCU-Designingenieure können die Flexibilität einer externen nichtflüchtigen Speicherarchitektur nutzen. Bei den Sitara AM2x-MCUs lässt sich ein erhöhter Speicherbedarf erfüllen, ohne auf eine andere MCU zu wechseln oder die Leiterplatte neu zu entwickeln. Ein zügigeres Design und niedrigere Entwicklungskosten sind das Resultat. Das große integrierte RAM und die einfache Softwarearchitektur der AM2x-Bausteine entschärfen etwaige Latenz- und Performance-Bedenken im Zusammenhang mit externem Speicher.

Mehr Energieeffizienz

Traditionelle MCUs sind für ihre geringe Leistungsaufnahme bekannt, und tatsächlich behält die Senkung des Stromverbrauchs ihre entscheidende Bedeutung, wenn Anwendungen auf leistungsfähigere MCUs umgestellt werden. Die Energieeffizienz manifestiert sich in zwei Vektoren, die für Designer relevant sind:

  • Performance pro Watt (aktive Stromverbrauchs-Effizienz). Eine vermehrte Wärmeentwicklung über ein Niveau von 2 W bis 3 W hinaus führt bei traditionellen MCU-Systemen oftmals zu Kosten-, Gewichts- und Platzproblemen – insbesondere dann, wenn aktive Kühlmaßnahmen wie etwa Kühlkörper oder Lüfter benötigt werden. Das Plus an Performance darf daher nicht mit einer proportionalen Zunahme des Stromverbrauchs erkauft werden. Die Hochleistungs-MCUs der Familie Sitara AM2x kommen auf über 5000 DMIPS/W.
  • Power-Down-Betriebsarten. MCUs kommen meist in Umgebungen zum Einsatz, in denen die aktiven Phasen einen eher geringen Anteil an der gesamten Betriebsdauer haben. Da Hochleistungs-MCUs auf fortschrittlicheren Prozessknoten basieren, wirkt sich der Leckstrom bei ihnen stärker aus als bei traditionellen MCUs. Designer sind daher auf fortlaufende Verbesserungen im Bereich der Power-Gating-Techniken und der Low-Power-Betriebsarten (z. B. Sleep, Deep Sleep, Shutdown, Real-Time Clock Only und Input/Output Wakeup) angewiesen. (na)

VC Kumar

Marketing Manager, Sitara MCU, bei Texas Instruments

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