Ha egy gyártó egy innovatív, új technológiával szeretne betörni a piacra, akkor az első és legfontosabb feladata, hogy szilárd alapot építsen az új technológia számára. A Renesas Synergy Platform esetében ez a szilárd alap nem más, mint egy vadonatúj, tág keretek között skálázható, széles körű kompatibilitással rendelkező és energiatakarékos mikrokontroller-család.
A beágyazott és a szédületes tempóban fejlődő – IoT-piacon új applikációkkal megjelenni kívánó – termékfejlesztőknek jól skálázható, felfelé kompatibilis kontrollercsaládra van szükségük, mely a kimagasló hatékonyságot versenyképes ár/teljesítmény aránnyal ötvözi.
A Renesas Synergy kontrollerek tervezése során kezdettől ezt a célt tartottuk szem előtt. Ezek az ARM® Cortex®-M processzormagcsaládon alapuló, új mikrokontrollerek kis méretük ellenére sikerrel egyesítik a rendkívül alacsony áramfogyasztás és a kiváló determinisztikus viselkedés előnyeit.
Sokoldalú csatlakoztathatóság
Az ezeken az új MCU-kon potenciálisan futtatható applikációk palettája az egyszerű szarvasmarha-füljelölőktől a háztartási gépek működésének monitorozásáig terjed. E változatos applikációs követelmények miatt a kontrollerek jellemzőinek optimális összeállítása nem egyszerű feladat, de vannak olyan tulajdonságok, melyek semmiképpen sem hiányozhatnak – ezek egyike a csatlakoztathatóság.
A beágyazott technológiák piacán jelenleg kapható kontrollerek többségében megtalálható egy alap-perifériakészlet, melynek része a sokoldalú csatlakoztathatóság is. A Renesas Synergy kontrollerek ennél egy lépéssel tovább mennek: a paletta csúcsán elhelyezkedő Renesas Synergy kontrollercsalád például IEEE-1588 alapú órajel-szinkronizálással rendelkező, dual ethernetcsatlakozást, USB HS-t, valamint számos soros interfészt (UART, IIC, SPI, IrDa, QSPI, SSI, SDHI és CAN) kínál. Ahogy a beágyazott és IoT-applikációk egyre jobban megközelítik a hálózati környezet peremvidékét, ahol a rendszerek gyakran már a környezet méréséből származó adatokkal is dolgoznak, az analóg interfészek jelentősége egyre nagyobb lesz. E követelmény teljesítése érdekében a Renesas Synergy kontrollerek az analóg-digitális és digitális-analóg átalakítók, analóg komparátorok és hőmérsékletszenzorok teljes körét tartalmazzák. De ez még nem minden: a Renesas Synergy kontrollerek különböző időzítőfunkciókkal is rendelkeznek, melyeket jellemzően a motor- és ipari folyamatvezérlés területén alkalmaznak.
Skálázhatóság és kompatibilitás
A TTM (Time to market), vagyis a piacra lépés időigénye minden cég sikerének egyik záloga. Ha lehetőség van a meglévő hardver- és szoftverelemek újbóli felhasználására, a tervezőcsapat rövidebb idő alatt végezhet a fejlesztéssel. A Renesas Synergy kontrollerek tervezése során a skálázhatóság és a termékek teljes körű kompatibilitása az első perctől követelmény volt, hogy az ügyfelek a közös perifériák konzisztens memóriatérképen alapuló felhasználása révén hosszabb időn át tudják újra felhasználni a meglévő szoftvereket. A kontrollerek skálázhatósága lehetővé teszi az ügyfelek számára, hogy azonos családon belül, vagy akár családok között is egyszerűen válthassanak egyik kontrollerről a másikra. A koncentrikus, csomagjellegű tervezésnek köszönhetően az ügyfelek egyik csomagról a másikra is könnyen, minimális hardverváltoztatás mellett migrálhatnak.
Az ARM® Cortex®-M processzormagon alapuló, közös CPU-architektúrának köszönhetően az egész Renesas Synergy kontrollercsaládon belül lehetőség van a teljes körű kódmigrálásra is. E jellemzők összességének köszönhetően a Renesas Synergy kontrollerek valóban jól skálázható és kompatibilis megoldást nyújtanak, és lehetővé teszik az ügyfelek számára a meglévő szoftver- és hardverkomponensek maximális újrahasznosítását, aminek hatására csökken a fejlesztési és a piacra lépési időigény is.
Középpontban a biztonság
Mivel a csatlakoztathatóság az összes IoT projektben fontos szerepet játszik, a hálózat különböző szintjein alkalmazott megoldások rosszindulatú támadásoknak is ki lehetnek téve. A veszélyek a termék életciklusának bármely szakaszában felléphetnek. Előfordulhat, hogy a gyártás során egy tisztességtelen dolgozó klónozza a termék firmware-ét vagy biztonsági konfigurációját. Miután a termék piacra került, a hackerek a firmware helyére malware-t tölthetnek, vagy a szoftverfrissítés alkalmával juttathatnak rosszindulatú kódot a rendszerbe. Ha a rendszerparaméterek egy része elvész, fennállhat egy külső támadás veszélye. Nyilvánvaló, hogy a termékfejlesztőknek emiatt egész sor potenciális biztonsági szempontot kell figyelembe venniük.
A beágyazott rendszereknek a fenti fenyegetésekkel szembeni védelme érdekében a Renesas Synergy kontrollerek jelentős kiegészítő védelmi funkciókat kínálnak már a hardver szintjén is, ahol kevésbé valószínűek a rosszindulatú támadások. Például a Renesas Synergy termékcsaládba tartozó összes kontroller a gyártása során egy 128 bites egyedi azonosítót kap, melynek felhasználásával az applikációk védelmét elősegítő kulcsok generálhatók. A kontroller egy valós véletlenszám-generátort is tartalmaz, mely az ipari szabványnak megfelelő specifikációt teljesítő, például a NIST SP800-90 szerinti determinisztikus véletlenbitsor-generátorként (DRBG) történő használatot is lehetővé teszi. A kontrollercsalád több tagja memória-védelmi egységeket (MPU-kat) is tartalmaz, melyek segítségével a címezhető memóriatérkép teljes egészén lehetőség van egyes területek írási és olvasási védelmének megvalósítására. A fejlesztők ezt a lehetőséget olyan biztonságos tartományok létrehozására használhatják, melyek megfelelően védettek a rosszindulatú programok általi behatolással szemben. Ezek a mikrokontrollerek a szimmetrikus és aszimmetrikus kulcsú kriptográfia és a HASH-függvények számára hardveres gyorsítással is rendelkeznek.
Az ultraalacsony fogyasztású S1-sorozat
A piac alacsony fogyasztású szegmensében, ahol a várakozások szerint számos beágyazott és IoT-megoldás fog felbukkanni, a Renesas az ARM® Cortex®-M0+ processzormagot választotta. Az akkumulátorról táplált applikációkra optimalizált ARM® Cortex®-M0+ mag a modern, alacsony áramigényű architektúrát optimalizált, alacsony áramfelvételű üzemmódokkal, gyorsabb felébredési idővel és alacsony áramigényű perifériákkal ötvözi.
A Renesas mérnökei e képességeket kihasználva az S1 kontrollersorozatot az alacsony áramigényű, költségérzékeny be-ágyazott vagy IoT-applikációk számára dolgozták ki, melyeknél a fejlesztők esetleg 8 vagy 16 bites megoldásról terveznek áttérni. Ezekkel az új eszközökkel ezentúl egy 32 bites kontroller számítási kapacitása áll a rendelkezésükre. A 130 nm-es eljárással elő-állított S1-es sorozatba tartozó kontrollereket készenléti és működési üzemmódban is kivételesen alacsony fogyasztás jellemzi. Az első eszközök chipbe integrált memóriája 128 kiB Code Flash, 4 kiB Data Flash és 16 kiB SRAM lesz.
A kiemelkedő hatékonyságú S3-sorozat
Az S3-sorozatba tartozó első eszközök 48 MHz-es ARM® Cortex®-M4 processzormagon alapulnak, és az ARM® Cortex®–M0+ processzormagon alapuló S1-sorozatnál nagyobb integrációs igényű alkalmazások számára kerültek kifejlesztésre. Az S1-sorozattal megegyező, 130 nm-es, eljárással gyártott S3-as sorozat max. 124 GPIO-val és nagyobb memória-erőforrásokkal (1 MiB Code Flash, 16 kiB Data Flash és max. 192 kiB SRAM) egészíti ki az alacsonyabb sorozat jellemzőit.
A fejlődőben lévő IoT-alkalmazások magas fokú biztonságot igényelnek. Az S3-sorozat olyan alapvető biztonsági és titkosítási építőelemeket tartalmaz, mint a GHASH, az AES és a True RNG. Ezek mellett egy rugalmas szegmenses LCD-kontroller és magas pontosságú analóg perifériák, pl. egy 14 bites A/D konverter is helyet kaptak benne. A chipre integrált műveleti erősítők és a nagy sebességű analóg komparátorok révén az S3 sorozatba tartozó MCU-k ideális megoldást kínálnak az épületautomatizálási applikációk számára az IoT területén.
A magasan integrált S5-sorozat
A nagyobb teljesítményű alkalmazásokat kiszolgáló S5-sorozatba tartozó kontrollerek 100–200 MHz ARM® Cortex®-M4 processzormagot használnak. Az összetettebb, beágyazott applikációk számára létrehozott S5 széria is több integrált memóriát tartalmaz (max. 2 MiB Code Flash, 64 kiB Data Flash és 640 kiB SRAM). Ezeket a kontrollereket az S7-sorozatnál is alkalmazott, nagy teljesítményű, 40 nm-es gyártási eljárással állítják elő.
Az S5-sorozat magasabb szintű titkosítást is lehetővé tesz az IoT-applikációk számára. True RNG, AES, DES/ARC, RSA/DSA és Hashing funkciókkal is rendelkezik, emellett a csatlakoztatási lehetőségei is sokrétűbbek: ethernet-kontroller, USB HS és QSPI is található benne, ezért ideális megoldás lehet HMI-alkalmazásokhoz, melyek 2D-s motorral rendelkező grafikus LCD-kontrollert és JPEG kodeket is igényelnek.
A nagy teljesítményű S7-sorozat
A teljesítményspektrum csúcsán elhelyezkedő, első S7-sorozatú készülékek nagy teljesítményüket a 240 MHz-es ARM® Cortex®-M4 processzormagnak köszönhetik. Ebben a kontrollercsaládban számos periféria csatlakoztatásának lehetősége és az alacsonyabb sorozatokénál jelentősen nagyobb (az ágazatban rekordnak számító 4 MiB Code Flash és 640 kiB SRAM) beépített memória található, a gyártás pedig a nagy teljesítményű, 40 nm-es technológia felhasználásával történik. Ezek a bőségesebb erőforrások szabadabb kezet adnak a beágyazott alkalmazások fejlesztőinek, főleg, ha a megoldásaik több tárolómemóriát igényelnek a nagy sebességű és terjedelmű üzenetek továbbítására, a háttérben futtatott számításokra, vagy ha egyidejűleg több szoftver futtatására van szükség.
Az S7-sorozatba tartozó eszközök ideális alapot kínálnak a magasabb szintű titkosítást és biztonságot igénylő alkalmazások számára is. Ezek a kontrollerek True RNG, AES, DES/ARC, RSA/DSA és Hashing funkciókkal is rendelkeznek. A többi sorozaténál nagyobb teljesítmény mellett az S7-sorozat nagy sebességű és magas pontosságú, analóg interfészeket, például nagy sebességű analóg komparátorokat és kimagasló, 2,5 Msps mintavételezési rátájú, 12 bites A/D konvertereket is tartalmaz. Az S7-sorozatot jellemzi még a több, nagy sebességű csatlakozási lehetőség, például USB HS, a kettős ethernetvezérlő és a QSPI. Az integrált grafikus LCD-vezérlővel, 2D-s grafikus motorral és JPEG kodekkel is felvértezett S7-sorozat ideális megoldást kínál a HMI, a gyártásautomatizálás és az épületvezérlési applikációk számára.
Összefoglalás
A Renesas Synergy-platform a beágyazott applikációk tervezési folyamatának átalakítását ígéri, mivel kiiktat számos korábbi hardver/szoftver-integrációs funkciót, és időt szabadít fel a fejlesztők számára, akik ezt új megoldások kidolgozására fordíthatják. E cél elérése érdekében azonban arra van szükség, hogy a beágyazott alkalmazások fejlesztőinek rendelkezésére álljon egy kompatibilis és skálázható kontrollerekből álló termékcsalád, mely lehetővé teszi a szoftverek és hardverek újrahasznosítását. Az ARM® Cortex®-M processzormagok egyre javuló energiagazdálkodási jellemzőire és csatlakoztatási, adatvédelmi és biztonsági funkcióira építő Renesas Synergy kontrollercsalád átfogó platformot kínál a beágyazott és IoT-megoldások következő generációja számára.
