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MCU basate su ARM Cortex-M3

Fujitsu Semiconductor Europe entra nel mercato dei microcontroller embedded basati sul core ARM® con la sua famiglia a 32 bit ‘FM3’ di MCU basate su ARM® Cortex™-M3.

Chiunque operi nel settore dei microcontroller è concorde nel riconoscere che, soprattutto nel segmento dei dispositivi a 32 bit, il mercato è stato ampiamente dominato per un certo periodo di tempo da controller costruiti intorno all’architettura ARM. E’ quindi legittimo chiedersi perchè un altro fornitore dovrebbe entrare nell’arena con l’ennesimo prodotto nuovo basato sullo stesso core e in che modo potrebbe differenziare questa “new entry” e farla diventare veramente insuperabile in un mercato così concorrenziale. Questa riflessione suscita un’altra domanda interessante, cioè quali sono le caratteristiche principali che distinguono un’implementazione media da una di prima classe. Ed è proprio basandosi su questa riflessione che Fujitsu Semiconductor ha creato la famiglia "FM3" di MCU basate su ARM Cortex-M3 (vedi Figura 1). Fujitsu è riuscita alla perfezione a distinguersi dalla concorrenza: possiede ottime tecnologie proprietarie e alcune delle migliori sono state opportunamente combinate con l’ormai consolidata architettura ARM per produrre la nuova gamma di prodotti FM3. L’architettura ARM Cortex-M3 [1] colma il divario esistente tra i core delle CPU CISC a 16 bit e quelli delle CPU RISC a 32 bit. Verranno mantenute le due famiglie di MCU proprietarie di Fujitsu, la 16FX e la FR. Fujitsu possiede un IP avanzato che nasce da anni di investimenti e di esperienza ed è stato combinato con la famosa architettura ARM, con tutti i vantaggi ampiamente riconosciuti e il supporto di terzi garantito dalla comunità di progettisti ARM. A destra sono illustrate le caratteristiche principali della nuova linea di prodotti FM3. Di seguito descriveremo nel dettaglio alcune caratteristiche specifiche che contraddistinguono prestazioni e applicazioni e spiegheremo in che modo tali caratteristiche possono aiutare i progettisti a scegliere il prodotto FM3 più adatto alla propria applicazione. La famiglia FM3 di MCU basate su ARM Cortex-M3 è costituita da due vaste categorie di prodotti (base e ad alte prestazioni) e i 44 dispositivi nuovi inclusi in tali categorie, presentati inizialmente, sono chiaramente destinati ad applicazioni industriali embedded.

Figura 1: la famiglia "FM3" di MCU basate su ARM Cortex-M3

Figura 1: la famiglia "FM3" di MCU basate su ARM Cortex-M3

La serie MB9B500/400/300/100 ad alte prestazioni offre eccellenti prestazioni di elaborazione; presenta varie funzioni periferiche che sono state coltivate nella famiglia di microcontroller FR e ottimizzate per l’uso nei servomotori per applicazioni di automazione industriale, connettività e diverse applicazioni industriali. La serie MB9A100 base presenta un set limitato delle periferiche avanzate disponibili nella serie ad alte prestazioni ed è ottimizzata soprattutto per i principali tipi di elettrodomestici (condizionatori dell’aria, frigoriferi, lavatrici, dispositivi di consumo digitali e apparecchiature per l’office automation); le prestazioni di questa serie sono maggiori rispetto a quelle dei microcontroller a 16 bit tradizionali [2].

POSIZIONAMENTO CONCORRENZIALE

La  FM3 è  la  prima famiglia di MCU a 32 bit basate su ARM® Cortex lanciata da Fujitsu; la serie, che è stata creata appositamente per il settore industriale, va a completare la linea esistente di MCU a 16 bit che sono molto utilizzate nelle applicazioni automotive e industriali. La serie ad alte prestazioni è destinata al mercato dei dispositivi a 32 bit che richiedono prestazioni ad alta velocità, mentre la serie base è orientata al mercato dei dispositivi a 16 bit in cui il rapporto prezzo/prestazioni  è  di fondamentale importanza. La linea comprende modelli specifici da utilizzare nei casi più disparati, dalle applicazioni ad alte prestazioni che richiedono un controllo avanzato (es. sistemi di automazione industriale) fino agli elettrodomestici, ai dispositivi di consumo digitali e alle apparecchiature per l’office automation.

MEMORIA FLASH ALL’AVANGUARDIA

Questi dispositivi sono dotati di una memoria flash NOR ad alta velocità e alta affidabilità che può conservare i dati per 20 anni ed è stata progettata per 100.000 cicli di scrittura/cancellazione. E’ in grado di offrire l’accesso più veloce della classe Cortex M3 (senza stati di attesa fino a 60MHz). Questa memoria flash è probabilmente la più avanzata tecnologicamente per applicazioni embedded. I sistemi di controllo industriali possono restare in servizio per molti anni, monitorando linee di produzione in cui la lunga durata è un aspetto fondamentale, inoltre gli elettrodomestici ormai richiedono la conservazione degli schemi d’uso e dei dati prestazionali in una memoria non volatile, in vista, ad esempio, di eventuali guasti all’alimentazione. In questi due settori i 100.000 cicli di scrittura fanno la differenza e questa tecnologia flash, usata al posto della E2PROM, è in grado di offrire le due caratteristiche più importanti: affidabilità sul lungo periodo e riduzione dei costi.

CLOCK A 144MHZ

Le velocità di clock a 144MHz della linea ad alte prestazioni sono una caratteristica di eccellenza; combinate con la memoria flash ad alta velocità, queste due tecnologie sono in grado di garantire prestazioni molto elevate nelle applicazioni embedded industriali. Un’altra caratteristica che contraddistingue questi dispositivi è la capacità di supportare applicazioni che operano sia a 3,3V che a 5V: la maggior parte dei microcontroller che usano core CortexM3 operano da un’alimentazione di 3,6V o inferiore e non è adatta per i sistemi a 5V. La famiglia FM3 può invece soddisfare la forte richiesta di supporto per le MCU a 5V del settore dei dispositivi di controllo industriale, per cui questo tipo di alimentazione flessibile è molto apprezzata da progettisti, project manager e acquirenti che mirano a ridurre i costi di progettazione, il numero di componenti e la gestione delle scorte. Naturalmente esiste anche una forte domanda di dispositivi a bassa tensione (1,8-3,6V) molto funzionali per applicazioni a bassissimo consumo, alimentate solo a batteria; per questo segmento di mercato molto importante è previsto un altro gruppo di prodotti della famiglia FM3 che verrà offerto a partire dalla seconda metà del 2011. Capacità di I/O e supporto periferico. La famiglia FM3 garantisce ai progettisti di applicazioni industriali un supporto periferico un po’ più inusuale, in aggiunta a quello standard tipo USB, Ethernet e CAN I/O. La cosa probabilmente più importante per le applicazioni industriali sono i tre ADC a 12 bit, alta velocità e 16 canali (conversione 1,0 s) e i timer avanzati per la generazione di forme d’onda per servomotori ad alta velocità e alta precisione e controllo motori trifase. Questi dispositivi possono inserire automaticamente tempi di inattività per evitare cortocircuiti in caso di guasti all’alimentazione e attivare gli ADC per misurare le correnti nel motore con i tempi giusti. In combinazione con segnali di feedback per il rilevamento della posizione del rotore, è possibile implementare sistemi di comando sofisticati con i microcontroller FM3. Le interfacce USB e CAN sono disponibili in tutta la linea, con Ethernet per le parti ad alte prestazioni.

SUPPORTO INTERNAZIONALE

Affinché la nuova famiglia FM3 sia il più possibile accessibile a tutti i clienti, è indispensabile avere tool di sviluppo affidabili e il tradizionale supporto di qualità di AE/FAE (Applications & Field Applications Engineering). Per quanto riguarda il software, appositi team stanno sviluppando soluzioni di sistema con alcuni partner (es. software stack per clienti con bus nuovi, ecc. o assistenza specifica per applicazioni di controllo/comando motori) e fornendo ‘software porting’ e ‘software design’ come veri e propri prodotti. Per Fujitsu Semiconductors Europe questo tipo di assistenza esiste già ed è localizzata in Germania, inoltre ha altri FAE per Italia/Spagna e Regno Unito/Europa Settentrionale e Orientale. Fujitsu sta ampliando i suoi rapporti di collaborazione e fornisce già assistenza per la famiglia FM3 grazie a vari fornitori di tool ARM (es. IAR Systems e Keil MDK); sono già disponibili gli ‘starter kit’ per la famiglia FM3 ai quali seguiranno varie toolchain basate su GNU/Eclipse. Dato che la linea di prodotti FM3 è destinata ad applicazioni industriali embedded, Fujitsu dà molta importanza anche alla formazione e all’assistenza dei suoi distributori che rappresentano il canale principale attraverso il quale garantire l’assistenza ai clienti. Producendo i dispositivi FM3 nei suoi stabilimenti, Fujitsu ha pieno controllo sui processi e sui volumi di produzione e può garantire un’ottima qualità, lead time contenuti e forniture costanti. Per le società che sviluppano dispositivi di controllo industriali questo è un grande vantaggio perché affidabilità e disponibilità a lungo termine possono essere aspetti fondamentali per ottenere un successo duraturo. Oltre ad avere pieno controllo sulla produzione, Fujitsu ha anche grande influenza sulla disponibilità. La società ritiene che questo approccio sia un importante elemento di distinzione, pur non essendo un concetto nuovo perchè sono più di dieci anni che l’azienda fornisce ai suoi principali clienti MCU a 16 bit per applicazioni industriali e continuerà a farlo in volumi molto elevati.