Für Edge-Anwendungen Flexibel und sicher: NXPs neue MCX-A-Mikrocontroller

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Mit „Unified Core Architecture“, flexiblen Optionen für Peripheriefunktionen, hardwareintegrierter Security sowie hoher Energieeffizienz und Performance will NXP den Markt für All-Purpose-Mikrocontroller aufmischen. Entwickler freuen sich auf jeden Fall über optimierte Entwicklungsboards und übergreifende Softwarekompatibilität.

NXP Semiconductor (NXP) erweitert sein MCX-Mikrocontroller-Portfolio um die MCX-A-Serie. Diese zielt auf Edge-Applikationen, bei denen nur wenig Platz verfügbar und ein enges Energiebudget einzuhalten ist – und trotzdem eine hohe Funktionalität gefordert ist. Zu den von NXP implementierten Funktionen zählen nach Angaben von Romain Ricci, Regional Marketing Manager Microcontrollers EMEA, eine „innovative Stromversorgungsarchitektur sowie Softwarekompatibilität zu vielen Embedded-Anwendungen“. Die ersten Modelle der Produktfamilien MCX A14x und MCX A15x sind jetzt erhältlich.

„Mit der zunehmenden Verbreitung intelligenter Geräte im Edge-Bereich suchen Ingenieure nach neuen, kosteneffizienten Möglichkeiten, ihre Entwürfe um grundlegende Innovationen zu ergänzen“, sagt Ricci im Gespräch mit ELEKTRONIKPRAXIS. Für diesen Bedarf habe NXP die MCX-A-Serie maßgeschneidert. Die kostengünstigen, platzsparenden MCUs mit autonomer, stromsparender Peripherie würden den Bau differenzierte Edge-Lösungen ermöglichen, die für eine intelligentere, besser vernetzte Welt richtungsweisend seien. Dazu zählt der Manager industrielle Sensoren, Motorsteuerungen, Batterie- oder Handsteuerungen zum Beispiel für Stromversorgungssysteme, IoT-Geräte und mehr.

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Großzügige Speicherausstattung mit ECC

Wie alle MCX-Controller basiert auch die MCX-A-Serie auf der Prozessorarchitektur von IP-Lieferant Arm – NXP spricht von einer „Unified Core Architecture“, also einen einheitlichen Grundaufbau, auf dem alle Modelle der MCX-A-Serie basieren, und der je nach Modell um unterschiedliche Funktionssets erweitert wird. Konkret kommt ein Arm Cortex-M33-Kern zum Einsatz, wobei der MCX A14x mit bis zu 48 MHz und der MCX A15x mit bis zu 96 MHz läuft. Die Bausteine haben laut Ricci außerdem Unterstützung für Low-Power-Peripheriegeräte, BLDC/PMSM-Motorsteuerung und integrierte Sensorschnittstellen (MIPI-I3C, I2C, SPI) an Bord. „Derzeit spielt I3C noch keine große Rolle bei industriellen Anwendungen – doch das wird sich ändern“, ist Ricci überzeugt.

Der NXP-Manager betont die großzügige Speicherausstattung: Die jetzt vorgestellten Modelle sind mit 32 kByte RAM (davon 8 kByte mit ECC) und 128 kByte Flash ausgestattet – später folgende Modelle werden noch mehr Speicher mitbringen: „Die MCX A-Serie wird eine Vielzahl von Gehäuse- und Speichervarianten mit bis zu 1 MB Flash bieten.“ Die Plattform werde kontinuierlich erweitert.

Peripheriefunktionsblöcke arbeiten unabhängig von der CPU

Jeder MCX A-Baustein enthält laut Ricci eine Auswahl an „intelligenten Peripheriegeräten“, die unabhängig von der CPU agieren können. Dadurch könne die CPU mit einer niedrigeren Frequenz arbeiten, wodurch weniger Strom aufgenommen würde. Zu den intelligenten Peripheriegeräten gehören serielle Kommunikation mit integrierten Puffern, programmierbarem Datenerfassungsbereich und DMA, Mixed Signals ADC, DAC, Operationsverstärker mit integrierter Intelligenz für Mittelwertbildung und Spitzenwert-Erkennung sowie FlexPWM mit Totzeitsteuerung und Encoder für Motoranwendungen. Ricci hebt den schnellen 12-Bit-ADC hervor, der bis zu 4 MS/s erreicht: „Dieser unterstützt – bei reduzierter Bandbreite – einen 16-Bit-Modus und beherrscht Oversampling auf Hardware-Ebene. Das ist außergewöhnlich für All-Purpose-MCUs.“

Die innovative Stromversorgungsarchitektur wurde laut NXP so konzipiert, dass sie trotz einer einfachen Versorgungsschaltung und geringem Platzbedarf eine optimale Auslastung der E/As und eine hohe Energieeffizienz gewährleistet. Auf dem IC integriert ist ein kapazitätsloser Low-Dropout-(LDO-)Längsregler sowie ein Low-Power-Cache: „Das sorgt für gute Energieeffizienz bei gleichzeitig guter Performance“, erklärt Ricci.

Der MCX A unterstützt mehr GPIO-Pins für zusätzliche externe Anschlüsse als bisherige Mitglieder der MCX-Familie – laut Datenblatt stehen insgesamt 52 Anschlüsse dafür zur Verfügung. Entwicklern sollen von kleineren Gehäuse, einfacheren Leiterplattendesigns und niedrigeren Systemstückkosten profitieren.

Integrierte Security-Funktionen

Nicht zuletzt im Anwendungsbereich Edge gewinnt das Thema IT-Sicherheit rasch an Bedeutung. Für den Aufbau sicherer Embedded-Systeme ist es unabdingbar, dass bereits die Hardware über mehrere Sicherheitsebenen verfügt. Daher hat NXP wichtige Security-Funktionen in die MCX-A-Serie integriert. So verfügt der Flash-Speicher pro Sektor über einen Kontrollmechanismus für das Lesen, Schreiben, Ausführen und Sperren von Daten beziehungsweise Vorgängen. Integriert ist zudem ein 128-Bit Universal Unique Identifier in Übereinstimmung mit der IETF RFC4122-Spezifikation in Version 5.

Ein Watchdog-Timer ermöglicht die Integritätsprüfung von Softwarecode. Über einen Ausleseschutz für Code (Read out Protection, RoP) mit einer dreischichtigen Werkszugriffskontrolle lässt sich die Handhabung von Rückläufern anpassen. Darüber hinaus gibt es einen verschlüsselten Schutz für den Zugriff auf kritische Kontrollregister, der resistent gegen sogenannte Glitching-Attacken (auch: Fault-Injection) ist.

Softwarekompatibel zu MCUXpresso-Universum

Entscheidend für die Akzeptanz neuer Mikrocontroller ist neben der Funktionalität, Performance und Energieeffizienz die Einbindung in nach Möglichkeit bereits bekannte integrierte Entwicklungsumgebungen (IDE) und Tool-Chains. Das weiß auch NXP und versichert, dass das gesamte MCX-Portfolio inklusive der A-Serie von der hauseigenen MCUXpresso Entwicklungsumgebung unterstützt wird.

Entwickler können entweder mit MCUXpresso for Visual Studio Code oder der Eclipse-basierten MCUXpresso IDE von NXP arbeiten. Alternativen sind IDEs von IAR und Keil, die ebenfalls eine Sicherheitszertifizierung haben. „Wir bietet für alle IDEs Treiber und Middleware mit Beispielen an, die sofort einsatzbereit sind, sowie zusätzliche Tools für Gerätekonfiguration, Sicherheit und Spezialanwendungen“, sagt Ricci. Teil des Software-Ökosystems ist der „Application Code Hub“: Hier finden Ingenieure Middleware, Beispiele und Demos von NXP und Partnern in Form von Open-CMSIS-Paketen.

Als Basis für eigene Projekte dürften in den meisten Fällen Entwicklungsboards zum Einsatz kommen. Hier hat NXP nachgebessert und seine FRDM-Boards zusätzlich zum FRDM-Header mit Arduino-Header, mikroBUS- und Pmod-Schnittstellen ausgestattet. Passend dazu gibt es den „Expansion Board Hub“, wo Entwickler Addon-Boards von NXP und Partnern inklusive SDK mit Treibern und Beispielen finden, die zu MCUXpresso kompatibel sind. „So lässt sich die Entwicklung von Konnektivitäts-, Grafik-, Motorsteuerungs, Machine-Learning-/Inference-, Sensor- sowie Touch- und Sprachanwendungen beschleunigen“, sagt Ricci.

Schnelle Portierung auf kundenspezifische Hardware

Die verbesserten FRDM-Boards beschleunigen nach Angaben von NXP das Prototyping sowie die schnelle Portierung und Inbetriebnahme von kundenspezifischer Hardware. Konsistente Tool-Suiten für verschiedene IDEs und die Unterstützung von FreeRTOS und Zephyr gewährleisten Skalierbarkeit und Portabilität sowohl für MCX A als auch für andere NXP-MCU-Plattformen.

„Die MCX A-Serie ist ein Meilenstein auf unserem Weg, aktuelle Innovationen für jeden Ingenieur zugänglich zu machen“, sagt Charles Dachs, Senior Vice President und General Manager, IoT and Industrial bei NXP. „Das MCX-Portfolio schafft die Grundlage für die Zukunft energieeffizienter Edge-Geräte und beschleunigt die Einführung bahnbrechender Technologien in der Industrie und dem IoT-Markt. MCX A-Geräte bauen auf dieses Fundament, sie beschränken die Integration auf die wesentlichen Funktionen und ermutigen Ingenieure dazu, ohne irgendwelche Einschränkungen zu entwickeln.“ (me)

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