Микропроцессоры Renesas RZ: миникомпьютер в одном кристалле

Опубликовано: 23 октября 2014 г. в 16:02, 16 просмотров Комментировать

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 6 дней назад
  Отправить сообщение

Рекомендуем почитать

Знакомство с микроконтроллерами Renesas на примере линейки RL78
25 ноября 2014 г. в 11:38
Если среднестатистического русскоговорящего разработчика микроконтроллерной электроники попросить назвать три-пять наиболее известных или крупных производителей микроконтроллеров, вероятнее всего мы услышим в ответ такие имена, как Microchip, Atmel, TI или STM. Кто-то назовет также NXP, Freescale, Samsung или Fujitsu. Но мало кто вспомнит про еще одного производителя, который на постсоветском пространстве почти неизвестен.
Цветная эволюция. TFT\u002Dмодули в промышленной электронике. Часть 1
5 мая 2015 г. в 16:49
В современном промышленном оборудовании дисплей становится полноценным окном общения между автоматикой и человеком. На фоне снижения цен на TFT-панели разработчики все чаще применяют их в своих изделиях взамен монохромных ЖК-индикаторов. Всегда ли оправдан такой выбор? Этой теме посвящена первая часть статьи.
Микроконтроллеры Renesas RL78. Практика применения
30 марта 2015 г. в 09:07
В статье рассказывается о том, как выбрать и начать применять в своем устройстве микроконтроллер семейства Renesas RL78.
Современные кварцевые компоненты компании NDK
27 ноября 2014 г. в 13:44
Предприятие Nanbu Shoko Co., Ltd основанное в 1948 году в Нихонбаси, начало производство кварцевых резонаторов в 1949 году (Nihonbashi — один из центральных районов Токио). В 1950 году компания изменила название на Nihon Dempa Kogyo Co., Ltd (NDK), под этим названием компания уже более 60 лет известна как один из крупнейших мировых производителей кварцевых компонентов и устройств на их основе.
Семейство микроконтроллеров STM32L4. DSP c батарейным питанием
15 сентября 2016 г. в 10:23
С каждым днем различные устройства с батарейным питанием занимают все больше места в повседневной жизни. Пользователи хотят видеть в таких приборах функциональность, высокую производительность, длительное время функционирования от батареи и, естественно, низкую стоимость. Для того чтобы удовлетворить именно эти запросы, разработчики уже давно отказались от малоэффективных 8/16-битных микроконтроллеров — например, учитывая актуальные требования, компания STMicroelectronics продвигает 32-разрядные

Комментировать

    Еще никто не оставил комментариев.

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