RTOS oder Linux 64-Bit-MPUs für HMI-Anwendungen

Von Michael Eckstein

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Renesas hat seine neuen 64-Bit-Mikroprozessoren RZ/A3UL vorgestellt. 1 GHz Taktfrequenz und Unterstützung für FreeRTOS und Azure RTOS sollen für schnelle Systemstarts sorgen und HMIs mit hoher Auflösung unterstützen. Einige Varianten verfügen über Speicherschnittstellen für DDR3/DDR4-SDRAM und Octal-SPI-Flash. Die Chips sind pinkompatibel zu den RZ/G2UL- und RZ/Five-MPUs.

Die neuen Mikroprozessoren der RZ-A3UL-Serie sind pinkompatibel zu den Modellen RZ-G2UL und den RISC-V-basierten RZ-Five. Erstere unterstützen Linux, letztere RTOS. So lässt sich ein Boarddesign für beide Betriebssystemarten nutzen.
Die neuen Mikroprozessoren der RZ-A3UL-Serie sind pinkompatibel zu den Modellen RZ-G2UL und den RISC-V-basierten RZ-Five. Erstere unterstützen Linux, letztere RTOS. So lässt sich ein Boarddesign für beide Betriebssystemarten nutzen.
(Bild: Renesas Electronics)

Speziell für Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMI) mit hoher Auflösung hat Renesas Electronics Corporation (Renesas) die RZ/A3UL-Mikroprozessorgruppe (MPU) vorgestellt. Die Bausteine basieren auf dem CPU-Kern Arm Cortex-A55 mit 64 Bit und arbeiten mit maximal 1 GHz Taktfrequenz. Laut Hersteller ist die MPU für den Betrieb eines Echtzeitbetriebssystems (RTOS) ausgelegt und sei in der Lage, in weniger als einer Sekunde hochzufahren. Das sei ideal für Systeme, die eine schnelle Reaktionszeit benötigen – etwa Haushaltsgeräte, Industrie- und Büroautomatisierungsanwendungen mit LCDs oder Bedienfeldern sowie Audiogeräte und POS-Terminals.

Die neuen RZ/A3UL-MPUs besitzen eine Octal-SPI-Speicherschnittstelle, die einfachere und kompaktere Board-Designs ermöglicht. Konkret handelt es sich dabei um das Macronix Serial Multi I/O (MXSMIO®) Octa Peripheral Interface (OPI). Auf dem Evaluierungsboard zur MPU setzt Renesas auch gleich den passenden Speicher Macronix Octaflash MX66UW1G45GXDI00 als Ergänzung zum Serial-Flash-Speicher MX25UW51245G ein. Dies soll unter anderem Over-the-Air (OTA)-Anwendungen wie Firmware-Updates beschleunigen.

Schnelle Speicheranbindung für hohe Auflösungen

Einige Bausteine aus der neuen MPU-Familie haben zudem eine DDR3L/DDR4-Speicherschnittstelle zum Anbinden von Hochgeschwindigkeits-DRAM. Das Interface erreicht eine Datenübertragungsgeschwindigkeit, die etwa 10-mal schneller ist als die der Octal-SPI-Speicherschnittstelle. Dies reicht aus, um etwa ein HD-Display (1280 x 720 px) sowie eine interaktive und anspruchsvollere HMI anzusteuern, die einen Kameraeingang oder verschiedene Sensortypen nutzt.

Der RZ/A3UL unterstützt die beiden Echtzeitbetriebssysteme FreeRTOS und Azure RTOS. Da Renesas ein Lizenzgeber von Azure RTOS für die RZ-Familie ist, können Anwender das leistungsstarke Azure RTOS direkt von GitHub herunterladen und sofort mit der Entwicklung beginnen. Darüber hinaus bietet Renesas ein „Flexible Software Package“ mit FreeRTOS und HAL-Treibern (Hardware Abstraction Layer) an, das bei der Entwicklung eigener Anwendungen als Referenz dienen kann. Für beide Betriebssysteme ist laut Anbieter auch eine umfangreiche Middleware-Suite verfügbar, die den Zeit- und Kostenaufwand für die Entwicklung reduziert.

Linux oder RTOS? Andere MPU, dasselbe Boarddesign

„Viele Kunden, die Echtzeitbetriebssysteme einsetzen, berichten uns, dass sie Eigenschaften wie exzellente Echtzeitfähigkeiten und schnelle Systemstarts beibehalten wollen, aber auch eine höhere Auflösung und bessere Leistung wünschen“, erklärt Shigeki Kato, Vice President der Enterprise Infrastructure Business Division bei Renesas. „Wir sind überzeugt, dass der RZ/A3UL die geforderte höhere Leistung liefert und den Kunden gleichzeitig die Flexibilität und Benutzerfreundlichkeit von MCUs bietet.“

Die Peripheriefunktionen und Gehäuse-Pinbelegungen des RZ/A3UL sind kompatibel mit der 2021 vorgestellten MPU RZ/G2UL, die den Cortex-A55-Kern für Linux-basierte HMI-Anwendungen nutzt, sowie mit den RISC-V-basierten RZ/Five-Produkten. Das bedeutet, dass Entwickler neue Produkte mit demselben Board-Design entwickeln können, indem sie einfach den Chip austauschen.

Die Kompatibilität zwischen den Bausteinen soll es Anwendern zudem ermöglichen, problemlos von einem Produkt, auf dem ein Echtzeitbetriebssystem läuft, auf ein Linux-basiertes Produkt umzusteigen. Dies erleichtert eine effiziente Entwicklung über mehrere Produktmodelle hinweg.

Winning Combination mit RZ/A3UL

Renesas hat mit dem „RTOS Based RZ/A3UL HMI SMARC SOM“ eine HMI-Lösung entwickelt, die den RZ/A3UL und andere kompatible Bausteine aus dem Portfolio von Renesas und seinen Partnern nutzt. Diese Winning Combination ist ein Modul, das dem Industriestandard SMARC 2.1 Formfaktor entspricht. Es umfasst Bausteine wie den Power-Management-IC DA9062, den programmierbaren Taktgenerator 5P35023, den Flash-Speicher-IC AT25QL128A und den GreenPAK SLG46538, der Peripheriefunktionen wie Systemreset implementiert.

Das Modul lässt sich zur Evaluierung des RZ/A3UL und auch als Referenzdesign verwenden. Die Winning Combinations von Renesas bestehen aus technisch bewährten Systemarchitekturen aus miteinander kompatiblen Bausteinen, die laut Hersteller nahtlos zusammenarbeiten. Das optimierte, risikominimierte Design soll eine schnellere Markteinführung darauf basierender Produkte ermöglichen. Renesas bietet mehr als 300 Winning Combinations mit einer breiten Palette von Produkten aus seinem Portfolio an. Diese sind zu finden unter: https://www.renesas.com/win

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