Renesas Electronics : Neue RX700 Mikrocontroller-Serie erweitert die 32-Bit RX-Familie um schnelle 240 MHz Taktfrequenz

Die Systeme von heute sind gegenüber früheren Versionen komplexer und umfangreicher, weshalb bei Herstellern Produktentwicklungsplattformen immer beliebter werden, um den zunehmend längeren Entwicklungszeiten und höheren Entwicklungskosten zu begegnen. MCUs mit On-Chip Flash-Speicher finden breiten Einsatz in Industriegeräten der Mittelklasse, da sie dank günstiger Preise einen guten Kompromiss zwischen Systemleistung und -kosten ermöglichen. Die M2M-Datenkommunikation in Industriesystemen führt zu einer Nachfrage nach MCUs, die für unterschiedliche Leistungsniveaus optimiert wurden. Die Leistungsanforderungen reichen dabei von Sensor-Knoten mit einer Taktfrequenz von 30 MHz bis zu Controllern mit mehr als 200 MHz Taktfrequenz. Zusätzlich ist dabei auch Skalierbarkeit gefordert, um die Anzahl der Mannstunden für Soft- und Hardwareentwicklung zu verringern.

Industriekunden verteilen die Systementwicklung heute zunehmend auf mehrere Standorte und verfolgen Entwicklungskooperationen mit Partnern, die Stärken in spezifischen Technologiefeldern aufweisen. Dies verringert die Entwicklungskosten für neue und weiterentwickelte Funktionen für das Internet der Dinge (IoT - Internet of Things), verbessert überdies die Effizienz und verkürzt die Entwicklungszeiten. Dezentrale Entwicklungskonzepte und Kooperationen bergen Risiken für die eigentlichen Kern-Technologien des Kunden (wie etwa wichtige Algorithmen) durch Informationslecks und unberechtigtes Kopieren von Daten. Die Entwicklungsarbeiten müssen daher so ausgeführt werden, dass die eigenen Software-Ressourcen geschützt bleiben.

Industriesysteme benötigen Echtzeit-Leistung, da die Abfolge der Verarbeitungsschritte von Dateneingabe über arithmetische Verarbeitung bis zur Ausgabe der Ergebnisse immer in einer festen Zeitdauer erfolgen muss. Ist die CPU-Arbeitsgeschwindigkeit einer MCU schneller als die Zugriffsgeschwindigkeit für den Flash-Speicher, so kann man zusätzlichen On-Chip Hochgeschwindigkeits-SRAM nutzen, um Algorithmen, die Echtzeitverarbeitung erfordern, direkt aus dem Hochgeschwindigkeits-SRAM heraus auszuführen. Die Nutzung von dediziertem SRAM neben dem On-Chip Flash-Speicher verursacht jedoch höhere Kosten. In manchen Fällen reichte außerdem die auf dem Chip enthaltene Speicherkapazität früherer Flash-Mikrocontroller nicht aus, so dass externer teurer Hochgeschwindigkeits-SRAM oder Flashspeicher hinzugefügt werden musste, was die Stücklistenkosten und den Flächenbedarf auf der Leiterplatte erhöhte.

Genau für diese Anforderungen hat Renesas die neue RX71M-Gruppe entwickelt. Sie umfasst insgesamt 112 Produktversionen mit Gehäuse-Pinzahlen von 100 bis 177 Pins und On-Chip Flash-Speicher von 2 MB bis 4 MB.

1) Erhöhung der maximalen Taktfrequenz der RX-Familie auf 240 MHz ermöglicht skalierbare Produktpalette und verringert Produktentwicklungszeiten und -kosten

Mit Vorstellung der RX71M Gruppe umfasst die RX-Familie neben der Serie RX100 mit einer Taktfrequenz von 32 MHz, der Serie RX200 mit einer Taktfrequenz von 50 MHz und der Serie RX600 und 120 MHz Taktfrequenz nun auch die Serie RX700 mit 240 MHz Taktfrequenz. Damit wurde die maximale Taktfrequenz verdoppelt, was eine Rechenleistung von CoreMark/MHz = 4.4 bei 240 MHz ermöglicht – ein Höchstwert für Flash-Mikrocontroller in der Branche.

Um einen reibungslosen Übergang zwischen den einzelnen Familien innerhalb der Produktpalette zu ermöglichen, bietet die RX71M-Gruppe Rückwärtskompatibilität zu früheren Produkten der RX-Familie in Bezug auf Peripheriefunktionen, Entwicklungswerkzeugen und Pin-Zuweisungen.

Der RXv2-Prozessorkernen bietet ungefähr 1,3-mal mehr Rechenleistung als der frühere RXv1-Prozessorkern. Zugleich ist er umfassend Code-kompatibel (Rückwärtskompatibilität) zu RXv1 und gewährleistet damit Software-Portabilität.

Treiber mit Unterstützung für Firmware Integration Technology (FIT) vereinfachen die Portierung von Software zwischen unterschiedlichen RX-Mikrocontrollern weiter. Damit lassen sich Entwicklungszeiten und -kosten bei der Portierung von Programmcode zwischen RX-Produkten um bis zu 50 Prozent verringern, was die Entwicklung von Produkten vereinfacht, die eine gemeinsame Plattform nutzen.

2) Größerer Funktionsumfang zur Sicherung der Vertraulichkeit von Daten bzw. um unberechtigte Kopiervorgänge in allen Phasen des Produktzyklus ab der Entwicklung zu vermeiden; dies wird immer wichtiger, da das IoT eine größere Vielfalt von Kommunikations-Schnittstellen mit sich bringt und die Entwicklung zunehmend globalisiert wird

Zur Abdeckung der zunehmenden Vielfalt an Kommunikations-Standards, die mit dem IoT verbunden sind, unterstützt die RX71M-Gruppe eine erweiterte Liste an Kommunikations-Schnittstellen jenseits der früheren Standards CAN und SPI. Die neuen Bausteine arbeiten nun auch mit SD Host Interface, USB High Speed (in PHY integriert) sowie mit Zweikanal-Ethernet nach IEEE 1588. Sie bieten damit Connectivity zu den unterschiedlichsten Geräten, die bei heutigen Industriegeräten gefragt sind.

Als Antwort auf die erhöhten Sicherheitsrisiken, die mit den umfassenden Kommunikations-Standards einhergehen, enthält die neue Produktgruppe daher in Hardware auf dem Chip integrierte Verschlüsselungsfunktionen, wie AES, DES, SHA und RNG. Sie bietet damit einen robusten Schutz für wichtige Geräte- und Kommunikationsdaten.

Frühere Renesas-MCUs enthielten Schutzfunktionen gegen ein Auslesen von Programm-Code nach der Entwicklung, d. h. es war nicht möglich, auf dem Chip-internen Flashspeicher gesicherten Code durch externe Geräte auszulesen. Die RX71M-Produktgruppe erweitert diesen Schutz auf die eigentliche Entwicklungsphase und nutzt dafür eine "Trusted Memory"-Funktion, die ein Kopieren oder Auslesen wichtiger Algorithmen ohne Autorisierung verhindert. Die "Trusted Memory"-Funktion reserviert einen speziellen Speicherbereich, z. B. den On-Chip Flashspeicher, aus dem der Code nicht einmal mehr durch interne Module des Mikrocontrollers gelesen (kopiert) werden kann. Diese Funktion schützt wichtige Software-Technologie vor Offenlegung, selbst wenn die Entwicklung dezentral an unterschiedlichen Standorten oder gemeinsam mit anderen Unternehmen durchgeführt wird.

3) Verringerung der Stücklistenkosten um bis zu 45 Prozent und Verdoppelung der Rechenleistung gegenüber früheren Produkten dank exklusiver Renesas High-Speed Flash-Technologie und großer On-Chip Speicherkapazität

Hochgeschwindigkeits-Flashspeicher in modernster 40-nm-Technologie mit 120 MHz Taktfrequenz und einer AFU (Advanced Fetch Unit) mit exklusiver Cache-gestützter Speicher-Steuerungstechnik ermöglicht die gleiche Leistung wie ein Zugriff ohne Wartezyklen bei 240 MHz Taktfrequenz. Selbst bei einem Cache-Miss entspricht der Leistungsverlust nur einem Taktzyklus. So lässt sich eine hervorragende Echtzeit-Leistung selbst unter ausschließlicher Verwendung von Flashspeicher erzielen.

Verfügbare On-Chip Speicherkonfigurationen reichen bis zu maximal 4 MB Flashspeicher (dies ist die größte auf dem Markt erhältliche Speicherkapazität für diese Produktklasse), 512 kB User RAM mit Parity-Check-Funktion sowie 32 kB Single Error Correction/Double Error Detection ECC RAM. Dank dieser Speicherwerte kann man ohne externen High-Speed SRAM auskommen. Der RX71M ermöglicht es Kunden, den On-Chip Speicher voll auszunutzen, was die Stücklistenkosten um bis zu 45 Prozent verringert.

Renesas wird auch weiterhin MCUs entwickeln und vermarkten, die hochmoderne Funktionen mit hervorragender Rechenleistung verbinden, die sich für den Einsatz in industriellen Geräten und Embedded-Netzwerktechnik eignen, und damit eine Basis für den ständig wachsenden Markt einer "Smart Society" bilden.

Eine robuste Umgebung für Entwicklungswerkzeuge von Renesas und externen Anbietern bildet das RX-Ecosystem. Es ermöglicht einen schnellen Einstieg in die Entwicklung mit RX71M-MCUs. Renesas liefert ein umfassendes Ecosystem für die Entwicklung der RX-Familie. Dies umfasst e2 Studio, eine leistungsfähige IDE auf Eclipse-Basis sowie Compiler, Debugger, Codegenerierungswerkzeuge und Flash-Programmer. Darüber hinaus werden RX71M-Bausteine auch durch die IAR Embedded Workbench für den Renesas RX Compiler und die Renesas IDE (Integrated Development Environment) unterstützt. Echtzeit-Betriebssysteme und Middleware sind von führenden externen Anbietern wie Micrium, Segger, CMX, Express Logic, RoweBots, port GmbH and FreeRTOS erhältlich.

Umfangreiche Software-Beispiele und Treiber (einschließlich der "FIT" - Firmware Integration Technology) sind bei Renesas erhältlich. FIT ist ein völlig neues Konzept, das die Einbettung von Treibern für Peripheriefunktionsmodule vereinfacht und die Portabilität zwischen RX MCUs verbessert. Software-Beispiele und FIT-Treiber stehen auf der Website von Renesas zum Download bereit.