Mikrocontroller 32-Bit-MCUs - Vorteile durch konsequente Anwendungsoptimierung

Energieeffizienz, rechtliche Vorgaben und neue Technologien stellen das herkömmliche Konzept für Low-end-MCUs in Frage und erfordern einen Übergang zu effizienteren 32-Bit-Mikrocontrollern.

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Wo Standard-Mikrocontroller-Architekturen zahlreiche Derivate mit unterschiedlicher CPU-Leistung und Speichergröße und verschiedenen Peripheriefunktionen und Schnittstellen bieten, wäre es für den Mikrocontrolleranwender effizienter, wenn Mitglieder bzw. Serien innerhalb einer Mikrocontroller-Familie mit ihrem Funktionsumfang und der Peripherieausstattung bereits für bestimmte Systemanforderungen optimiert wären. Die Mikrocontroller-Familie XMC1000 von Infineon ist anwendungsoptimiert und bietet 32-Bit-Leistung und 32-Bit-Funktionen zu 8-Bit-Kosten.

Viele 4/8-Bit-Mikrocontroller – und damit etwa ein Drittel des gesamten Mikrocontroller-Marktes – benutzen noch „Legacy“-Technologien, was Core-Architekturen, Peripheriefunktionen und Prozesse betrifft. Doch die Anforderungen nach höherer Energieeffizienz und besserer Konnektivität aufgrund des „Internet of Things“ oder neue Regularien für mehr Sicherheit verlangen nach MCUs mit höherer Rechenleistung, optimierter Peripherie und größerem Flashspeicher.

Vernetzte LED-Beleuchtungssysteme sind ein gutes Beispiel dafür: Hier sind kosteneffiziente MCUs mit entsprechender Peripherie erforderlich, die auch einen Kommunikations-Protokollstack ausführen können.

Eine Alternative zu bisherigen 8-Bit-Lösungen in Industrieanwendungen sind die 32-Bit-MCUs der XMC1000-Familie. Dafür kombinieren sie den Rechenkern Cortex-M0 von ARM mit umfassenden Peripheriefunktionen und bieten Werkzeuge mit hoher Design-Produktivität. Gefertigt werden sie in einer kosteneffizienten Prozesstechnologie (65 nm Embedded-Flash auf 300-mm-Wafern). Die XMC1000-Familie eignet sich besonders für Sensorik- und Aktuatorikanwendungen, LED-Beleuchtungen, digitale Leistungswandlung wie unterbrechungsfreie Stromversorgungen und wenig komplexe Motorsteuerungen, z.B. für Haushaltsgeräte, Pumpen, Lüfter und eBikes. Zur XMC1000-Familie gehören derzeit mehr als 30 Derivate im TSSOP-Gehäuse mit 16, 28 oder 38 Pins und in VQFN-Gehäusen.

Mit den drei Produktserien XMC1100, XMC1200 und XMC1300 werden jeweils unterschiedliche dedizierte Anwendungsbereiche unterstützt (siehe Tabelle):

• Die XMC1100 Entry Series hat einen Basis-Funktionsumfang für einen möglichst einfachen Einstieg in die XMC-Welt; mit 12-Bit-A/D-Umsetzer oder 16-Bit-Timern lassen sich vielfältige PWM-Muster erzeugen.

• Die XMC1200 Feature Series beinhaltet zusätzliche applikationsspezifische Funktionsmerkmale, z.B. ein Modul für Touch-Control und LED-Displays (LEDTS) sowie eine Peripherieeinheit für das Dimmen und die Farbsteuerung von LEDs (Brightness and Color Control Unit, BCCU).

• Die XMC1300 Control Series schließlich ist speziell zugeschnitten auf Anwendungen im Bereich Motorsteuerung oder digitale Leistungswandlung. Dafür bietet sie neben der besonders leistungsfähigen Capture/Compare-Unit 8 (CCU8) ein Position-Interface (POSIF) für das präzise Erfassen der Motorposition sowie einen MATH-Co-Prozessor, der sensorlose FOC-Lösungen (feldorientierte Regelung) von Elektromotoren ermöglicht – letzteres ist einzigartig für Cortex-M0 basierte Produkte.

Die XMC1300-Familie wie auch die XMC1200-Serie beinhaltet Varianten für den Temperaturbereich bis zu 105 °C.

Kompatibilität mit den IEC 60730 Class B-Vorgaben

Für die XMC1000-Familie (wie auch für die XMC4000-Familie) steht eine vom VDE gemäß IEC 60730 zertifizierte Selbsttest-Bibliothek zur Verfügung. Mit den von Infineon verfügbaren Class B-Bibliotheken erfüllen die XMC-Mikrocontroller die Sicherheitsanforderungen gemäß IEC 60730 Class B. Der Standard IEC 60730 zur Einhaltung von Sicherheitsvorgaben gilt seit Oktober 2007 für alle Haushaltsgeräte, die in Europa verkauft werden. Er betrifft elektronische Steuerungs- bzw. Motorantriebe in Haushaltsgeräten, wie z.B. in Geschirrspülern, Herden, Kühlschränken, Trocknern, Waschmaschinen oder Lüftern. Damit diese Haushaltsgeräte die notwendige Zertifizierung erhalten, müssen die verwendeten Embedded-Mikrocontroller Selbsttest-Funktionen ausführen, die sicherstellen, dass sie immer korrekt arbeiten.

Die XMC-Mikrocontroller integrieren alle erforderlichen Hardware-Funktionen für Class B-Anforderungen, wie beispielweise eine CRC (Cyclic Redundancy Check)-Engine und einen Watchdog-Timer mit einer unabhängigen Clock. Mit diesen Funktionsmerkmalen wird die Applikationen sicherer, und zwar ohne zusätzliche Kosten und Overhead.

Besonders hervorzuheben ist das Embedded-Flash-Modul mit seiner Hardware-Fehlerkorrektur (ECC) und die unveränderlichen Speichertests, die ohne die zeitraubende Implementierung von CRC-Speichercheck-Routinen ausgeführt werden können. Die ECC-Funktion kann einzelne Bit-Fehler korrigieren und mittels eines inhärenten Signals entsprechende Ereignisse mit jedem Flash-Zugriff an die Applikation melden. Damit lässt sich die CPU-Performance erhöhen, während Speicherplatz frei wird und die Anwendersoftware einfacher und sicherer.

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