Микропроцессоры Renesas RZ: миникомпьютер в одном кристалле

Опубликовано: 23 октября 2014 г. в 16:02, 16 просмотровКомментировать

Автор статьи:
Дмитрий Покатаев

В статье речь идет о новом и постоянно развивающемся продукте компании Renesas — семействе микропроцессоров RZ и конкретно о линейке RZ/A1. Многие ждали этот продукт, ведь теперь в линейке Renesas есть настоящий ARM, причем весьма производительный, с богатой периферией.


По планам компании Renesas, линейки RZ/A1L, RZ/A1M, RZ/A1H должны полностью заменить SH7266 и SH7268 из семейства SuperH (рис. 1), построенного на основе ядра SH2A и многие годы бывшего почти стандартом для рынка компактных высокопроизводительных систем с аппаратной поддержкой дисплея в приложениях, где требуется графика высокого разрешения в достаточно портативном устройстве, иногда даже с батарейным питанием. По сути, RZ является дальнейшим развитием SuperH уже на новом ядре ARM и также ориентированном на обработку потокового видео, графики и выполнение ресурсоемких приложений.

microprocessori_renesans_rz_1

Микропроцессор предлагается применять в решениях, где необходим графический интерфейс оператора и поддержка сложных протоколов для связи с внешними устройствами (рис. 2). Это, например, промышленные контроллеры, считыватели бар-кодов (штрихкодов), медицинское оборудование, торговые автоматы, весы для супермаркетов, автомобильные мультимедийные устройства и навигаторы, многофункциональные дисплеи, то есть все приложения, где предусмотрен графический интерфейс оператора, работа с большими объемами данных и поддержка сетевых протоколов.

microprocessori_renesans_rz_2

RZ — особый класс микропроцессоров по комбинации того, что включает его кристалл. Он представляет собой нечто среднее между микроконтроллером (однокристальной ЭВМ) и микропроцессором (ядром вычислительной системы). Частоты ядра вполне «процессорные», память программ внешняя, а вот оперативная память встроенная. Таким образом, микропроцессоры семейства RZ позволяют создавать систему пользователя по двухчиповой схеме (внешняя Flash + микропроцессор), а не по стандартной трехчиповой (внешняя Flash + микропроцессор + RAM). RAM емкостью от 3 до 10 Мбайт помещена внутрь кристалла микроконтроллера RZ. Это исключает разводку шин оперативной памяти на плате: шины полностью находятся внутри кристалла и, соответственно, плата конечного устройства сильно упрощается и может быть даже простой двухслойной при применении вариантов микропроцессора RZ в корпусе LQFP. Также можно использовать версии с корпусом BGA, но плата устройства и монтаж будут немного дороже. Как показано на рисунке, такое решение позволяет полностью исключить из системы оперативную память, ее интерфейс (хотя возможность подсоединения внешней памяти сохраняется) и видеоконтроллер, существенно снизив стоимость устройства. По сути, данное решение занимает промежуточное положение между классическими однокристальными микроконтроллерами и микропроцессорами, обладая при этом низким тепловыделением и достаточно высокой рабочей частотой, заполняя разрыв между микроконтроллерами и процессорами по реализуемым функциям, а также ценовой разрыв между подобными классами устройств. И самое главное — любой чип данной линейки можно приобрести в количестве от одной штуки, то есть решение доступно даже для мелкосерийных устройств.

microprocessori_renesans_rz_3

Именно поэтому подавляющее большинство систем, в которых уже используется RZ, разработано на «младшем» в линейке микропроцессоре R7S721020VLFP (или его automotive-версии R7S721020VCFP), выполненном в корпусе LFQFP176 2424 мм с шагом выводов 0,5 мм и построенном, как и все RZ, на базе Cortex-A9 (32-bit, Primary cache 64 кбайт (instruction 32 кбайт/data 32 кбайт), TLB128 Secondary cache128 кбайт (CorelinkTMLevel2 Cache Controller L2C-310)) с максимальной частотой 400 МГц с поддержкой операций Floating Point и 16 каналов DMA. Объем встроенной RAM составляет 3072 кбайт.

microprocessori_renesans_rz_4

Даже «младший» в линейке R7S721020VLFP содержит большое количество периферийных устройств, что выделяет данный микроконтроллер из общей массы подобных решений:

  • от 9 до 11 параллельных портов подси-стемы дискретного ввода/вывода общего назначения;
  • восемь каналов 12-битных АЦП;
  • Ethernet;
  • два порта High-Speed USB с поддержкой USB Host;
  • три канала SPI;
  • пять каналов UART;
  • четыре канала I2C;
  • один канал LIN;
  • два канала CAN;
  • выход WXGA с разрешением до 1280х768;
  • поддержка SD-карт.

Микропроцессор содержит часы реального времени с календарем (RTC), пять 16-битных таймеров, два 32-битных таймера и один сторожевой таймер. Напряжение питания стандартное для всех микропроцессоров RZ: 3–3,6 В. В «старших» по сравнению с R7S721020VLFP версиях RZ оперативной памяти может быть до 10 Мбайт, в ядро включена поддержка Jazelle, NEON, пред-усмотрено до двух дисплеев WXGA и число выводов может доходить до 256 для QFP и до 324 для BGA, поэтому они подходят для более сложных устройств.

Разработать на R7S721020VLFP конечное изделие столь же просто, как и на обычном микроконтроллере: такой же корпус QFP, то же питание 3,3 В. Единственное — нужна внешняя память программ, но с этим не должно возникнуть проблем: можно использовать память, подключаемую через SPI, или NAND-Flash, подсоединяемую через SD/MMC-контроллер. Если же приме-нить корпус BGA, то функционал конечного устройства расширяются очень существенно.

Следует отметить, что вычислительные и функциональные возможности устройства на базе RZ с дисплеем с Touch Screen приближены к возможностям современного планшета, но температурный диапазон работы такого устройства до –40 °С, если, конечно, дисплей тоже на это рассчитан, как и все остальные компоненты. Словом, на базе RZ может быть создано мультимедийное устройство или устройство интерфейса оператора, предназначенное для применения в тяжелых условиях — например на транспорте.

Средства разработки

На данный момент основным оценочным комплектом является Renesas Starter Kit+for RZ/A1H [1] (рис. 4), основанный на «старшем» микропроцессоре R7S721001VLBG (корпус 324-pin FBGA) и поставляемый в комплекте с отладчиком Segger J-LINK Lite и опционально с TFT-дисплеем и установленным Touch Screen.

С платой совместим модуль с более простым и существенно более дешевым 7″-дисплеем (рис. 5) 800480 с TouchScreen T070800480-A3TMN-009 (разработчик модуля «ПТ-Электроникс» [2], производитель дисплея Easttop Display [3]). Решение предлагается как дешевый референс-дизайн для простого построения систем с сенсорным экраном на базе RZ.

microprocessori_renesans_rz_5

Следует упомянуть и об отладочной плате ArchiTech Hachiko [4] (рис. 6), больше напоминающей одноплатный компьютер и тоже построенной на старшем микропроцессоре R7S721000VLFP (корпус 256-выводной LFQFP) и содержащей следующие основные интерфейсы: HDMI, USB Host, CAN, Ethernet, интерфейс камеры и опционально SDRAM, а также разъем с выведенными на него выводами GPIO. Поставляется со специальной сборкой Linux (на базе Yocto project [5]) со всеми необходимыми драйверами и открытым исходным кодом.

microprocessori_renesans_rz_6

Для разработки программ для ARM9 (в том числе Renesas) можно применить компилятор DS-5, бесплатную версию для RZ [6], поставляемую вместе с отладочной платой Renesas Starter Kit+, или воспользоваться платной средой IAR Embedded Workbench для ARM или ее бесплатной оценочной версией [7], которая теперь имеет полную поддержку RZ/A1 Renesas Starter Kit (RSK), а также поддержку отладки кода ядра в операционной системе Micrium µC/OS-III [8] и ThreadX [9]. Кроме того, есть поддержка Linux BSP (Kernel version 3.8.13) для отладочной платы Renesas Starter Kit+ для RZ/A1H [10]. На данной отладочной плате поддерживаются все основные устройства.

Сегодня все больше и больше проектов RTOS заявляет о поддержке RZ. В скором будущем описанные в статье решения позволят существенно ускорить процесс разработки. Этому также способствует схемотехническая простота применения самого решения и достаточно привлекательная ценовая политика Renesas по данному продукту в России.

Литература

  1. http://am.renesas.com/products/tools/introductory_evaluation_tools/renesas_starter_kits/rsk_rza1/index.jsp
  2. http://ptelectronics.ru/brand/renesas/
  3. http://www.easttopdisplay.com/
  4. http://www.architechboards.org/product/hachiko-board
  5. www.yoctoproject.org
  6. http://ds.arm.com/renesas/
  7. http://www.iar.com/Service-Center/Downloads/
  8. http://micrium.com/download/micrium_rskrza1h-os3-gui/
  9. http://www.rtos.com/products/threadx/renesas_rz
  10. https://oss.renesas.com/modules/download/index.php?cid=91

(Опубликовано в журнале «Компоненты и технологии», №10 2014)
Скачать статью в формате PDF (431 КБ)

Контакты:

Ф.И.О. Блохина Екатерина  нет отзывов
Компания: «PT Electronics»
Страна:  Россия
Телефон: +7 (812) 324-63-50
Сообщите, что нашли информацию на сайте «Элек.ру»
Web: http://ptelectronics.ru/
Зарегистрирована: 11 августа 2014 г.
Последний раз была на сайте позавчера
  Отправить сообщение

Рекомендуем почитать

Комментировать

    Еще никто не оставил комментариев.

Для того чтобы оставлять комментарии Вам необходимо зарегистрироваться либо авторизоваться на сайте.