32-Bit Mikrocontroller-Gruppen RX65N und RX651 von Renesas Electronics
Die RX65N/RX651-Gruppen eignen sich für verschiedene Anwendungsbereiche, wie z. B. vernetzte Industriemaschinen und die Gebäudeautomatisierung. Mit den neuen RX65N/RX651-Gruppen können Systemhersteller die Grundleistung ihrer Systeme verbessern und zugleich lässt sich über erweiterte Funktionen der integrierte MCU-Speicher über Netzwerke wie WLAN (Wireless Local Area Network) oder Ethernet etc. sicher umprogrammieren. Dies erleichtert die Entwicklung von Endgeräten mit der Möglichkeit, Maschineneinstellungen oder Steuerprogramme kurzfristig zu ändern. Außerdem erlauben die neuen MCUs eine flexible Maschinensteuerung für eine einfache Anpassung an Änderungen der Installationsumgebung oder der Endanwenderanforderungen. Mit dem Industriellen Internet der Dinge (Industrial Internet of Things – IIoT) steigt die Nachfrage für Secure-Network-Connectivity-Bausteine in der Fertigungsumgebung. Netzwerk-Connectivity ermöglicht eine interne wie auch externe Überwachung der Betriebszustände von Maschinen, einen Austausch von Daten sowie die Änderung von Produktionsanweisungen, sowie eine Umprogrammierung des MCU-Speichers zur Aktualisierung von Maschineneinstellungen. Für eine zeitnahe Aktualisierung von Maschinensteuerfunktionen benötigen Systemhersteller zudem die Funktionalität, Firmware oder Daten im MCU-internen Flash-Speicher sicher umzuprogrammieren.
Die neuen MCU-Gruppen RX65N und RX651 verringern den Arbeitsaufwand in der Entwicklung und erleichtern gleichzeitig den Aufbau von Systemen für IIoT und Industrie 4.0. 40-nm-Prozess ermöglicht fünfmal höhere Energieeffizienz als bei konkurrierenden MCUs der gleichen Klasse und erheblich längere Batterielaufzeit. Systementwickler benötigen MCUs mit optimierter Energieeffizienz, höherer Prozessorleistung und modernsten Kommunikationsfunktionen, um Middleware, Prozesssensordaten und Steuerfunktionen verarbeiten zu können, die entscheidend für Netzwerk-Connectivity bei batteriebetriebenen Geräten in Fertigungsumgebungen sind. Die neuen RX65N- und RX651-MCUs enthalten einen in 40-nm-Technologie gefertigten RXv2-CPU-Kern, der eine Rechenleistung von 516 gemäß dem CoreMark-Score liefert. Bei einem Arbeitsstrom von 15 mA (typisch) beträgt die Leistungs-Performance 34,4 CoreMark/mA, was bis zu fünfmal höher als bei vergleichbaren 32-Bit MCUs in der 120 MHz Taktfrequenz-Klasse (Anmerkung 1) liegt. Mit 1 MB Flash-Speicher und 256 kB RAM lässt sich Software entwickeln, die ausschließlich im internen Speicher abläuft. Damit lässt sich die Software zur Ausführung von Kommunikations-Middleware für Netzwerkverbindungen sowie für den Pufferspeicher ausschließlich im integrierten Speicher ablegen. So muss die CPU nicht auf externen Speicher zugreifen, was den Stromverbrauch verringert und dadurch eine längere Batterielaufzeit ermöglicht. Der äußerst leistungsfähige RXv2-CPU-Kern bietet die 1,3-fache Rechenleistung im Vergleich zu 32-Bit MCUs in der 120 MHz Taktfrequenz-Klasse (Anmerkung 1). Dank dieser hohen Leistung können die neuen RX65N- und RX651-Gruppen Kommunikations- und Zusatzfunktionen nutzen, die Netzwerk-Connectivity neben den herkömmlichen Messdaten-Operationen und der Sequenzsteuerung verwenden.
Die neuen RX65N- und RX651-Gruppen bieten unverändert die herkömmlichen Kommunikationsfunktionen der in vielen Anwendungsbereichen für Industriemaschinen bewährten RX63N- und RX631-Gruppen, wie etwa Ethernet, USB, CAN, UART, SPI und I2C. Darüber hinaus enthalten die neuen MCUs ein WLAN-Modul sowie eine SD-Host-Schnittstelle, die 4-Bit Datenverbindungen sowie Quad SPI mit einer Anschlussmöglichkeit für seriellen Flash-Speicher unterstützt. Zur Verwaltung aller erforderlichen Kommunikations-Stacks lässt sich ein 256 KByte großer Embedded-RAM als Pufferspeicher nutzen. Die Hardwaremodule AES und TRNG lassen sich zur Ver- und Entschlüsselung von Kommunikationsdaten nutzen und gewährleisten damit eine sichere Datenübertragung über Netzwerke. Eine Bereichsschutzfunktion verhindert das Überschreiben spezifischer Bereiche bei der Aktualisierung von Programmen im integrierten Flashspeicher. So lässt sich der Flashspeicher vor irrtümlicher Reprogrammierung schützen. In Kombination gewährleisten die oben genannten Funktionen eine abgesicherte Kommunikation über Netzwerke sowie eine sichere Programmierung mit Schutz gegen versehentliches Überschreiben von Daten. Systemhersteller erhalten so Rückmeldung von KI-Funktionen per Cloud- oder Fog-Computing, um Maschineneinstellungen oder Steuerfunktionen zeitnah über eine Umprogrammierung über das Netzwerk aktualisieren oder Updates für Maschinensteuerungsfunktionen einspielen zu können, die von Endanwendern im Zuge von Änderungen der Installationsumgebung gefordert werden.
Neben der Bereitstellung von MCUs mit einem hohen Maß an Kompatibilität zu früheren Mitgliedern der RX-Familie sowie zu Compilern, Debuggern, Codegenerierungswerkzeugen und Flash-Programmern liefert Renesas auch eine umfangreiche integrierte Entwicklungsumgebung (IDE). Renesas bietet neben umfassenden Software-Beispielen auch Treiber wie etwa die FIT- (Firmware Integration Technology). FIT ist ein völlig neues Konzept zur Vereinfachung der Treiber-Treiber für integrierte Peripheriefunktionen, das durch die Nutzung gemeinsamer API-Funktionen auch eine Portierung zwischen RX-MCUs für eine einfache Migration zwischen bestehenden FIT-fähigen Produkten ermöglicht. Device-Treiber und Middleware lassen sich kombinieren und im Entwicklungsprozess mit Quellcode-Mustern für Peripheriefunktionen nutzen, die durch ein Codegenerierungswerkzeug unterstützt werden. Für noch mehr Flexibilität lassen sich die Dokumentation zur Einbindung von FIT-Modulen, die Handbücher, Technische Updates etc. aktualisieren und mit Werkzeugen referenzieren, die mit einer IDE wie e2 studio verknüpft sind. Dies erlaubt eine schnellere Entwicklung von Device-Treibern und Middleware und senkt den Gesamtarbeitsaufwand der Systementwicklung um ca. 20 Prozent, was eine schnellere Marktreife ermöglicht.