Zaloguj się
Wszystkie
24 marca 2025
65
Architektura ARM Cortex-Mx („mikrokontrolerowa”), obecnie w wersjach v6, v7 i v8, jest dojrzałym, wypróbowanym rozwiązaniem do ekonomicznych aplikacji systemów wbudowanych. Jej zaletami są: ogromna popularność wiążąca się z dostępnością narzędzi i doświadczeniem inżynierskim, skalowalność umożliwiająca wytwarzanie zarówno prostych mikrokontrolerów o cenie detalicznej na poziomie 0,10 USD, jak i rozbudowanych układów o dużej mocy obliczeniowej, a także – co ważne w systemach wbudowanych – zaprojektowany od nowa 15 lat temu dla ARMv6-M, nowatorski system obsługi wyjątków, w tym wielopoziomowy system przerwań z wywłaszczaniem, eliminujący wady spotykane w starszych architekturach.
ARM-M ma również pewne wady, z których główną jest to, że architektura stanowi własność firmy ARM, co pociąga za sobą konieczność ponoszenia przez producentów opłat licencyjnych i uniemożliwia dokonywanie modyfikacji, w tym rozszerzeń procesorów przez producentów poszczególnych układów.
Architektura RISC-V powstała jako rezultat prac doświadczalnych, prowadzonych około roku 2010 na uniwersytecie Berkeley. Jest ona uwspółcześnioną wersją architektury MIPS, wywodzącej się jeszcze z lat 80. XX wieku. W przeciwieństwie do ARM i MIPS, RISC-V jest architekturą otwartą – każdy może zaprojektować własny procesor zgodny z RISC-V, jest również możliwe rozszerzanie własności architektury, w tym listy instrukcji procesora. Projektant i producent procesora ma pełną kontrolę nad jego implementacją, nie musi on więc polegać na zaufaniu do dostawcy produktu zamkniętego, jak ma to miejsce w przypadku architektur ARM. Ma to również wpływ na model bezpieczeństwa, bazujący na otwartości i możliwości wskazywania błędów w znanym projekcie implementacji procesora (o ile sam projekt procesora pozostaje otwarty, co pozostaje w gestii jego właściciela).
Mikrokontroler RP2040
Chcąc rozszerzyć swoją aktywność na obszar niskokosztowych rozwiązań mikrokontrolerowych, Fundacja Raspberry Pi w styczniu 2021 wprowadziła na rynek swój pierwszy mikrokontroler – RP2040 – wraz z gotowymi modułami/płytkami uruchomieniowymi. W porównaniu z mikrokontrolerami innych producentów miał on dość nietypową charakterystykę, wynikającą z zastosowanej technologii półprzewodnikowej – zawierał dwa rdzenie ARM Cortex-M0+ o wysokiej maksymalnej częstotliwości pracy (133 MHz) i pamięć RAM o pojemności 264 kB oraz niemodyfikowalną pamięć ROM o pojemności 16 kB. Układ RP2040 jest zasilany napięciem z przedziału 1,8..3,3 V, a sam rdzeń pracuje z napięciem 1,1 V, wytwarzanym przez wbudowany stabilizator liniowy.
Ponieważ mikrokontroler nie zawiera programowalnej pamięci nieulotnej, oprogramowanie użytkowe może być albo ładowane przez jeden z dostępnych interfejsów do pamięci RAM i z niej wykonywane, albo uruchamiane bezpośrednio z pamięci Flash dołączonej do interfejsu QSPI mikrokontrolera. Pierwsza możliwość ma zastosowanie wyłącznie wtedy, gdy mikrokontroler jest używany jako inteligentny sterownik wejścia-wyjścia współpracujący z systemem nadrzędnym. Do zastosowań „wolno stojących” niezbędne jest użycie zewnętrznej pamięci Flash z serii 25Q.
Przepustowość interfejsu QSPI jest znacznie mniejsza od wymaganej przez rdzenie nowoczesnych procesorów szybkości pobierania instrukcji. Interfejs pamięci został w związku z tym wyposażony w bufor przyspieszający powtarzające się sekwencje odwołań (np. podczas wykonywania pętli programowych). Taki sposób pobierania i wykonywania programu jest określany jako XIP (Execute In Place – wykonanie bezpośrednio z pamięci QSPI). Ponieważ osiągana w ten sposób wydajność nie zawsze okazuje się wystarczająca, alternatywnym sposobem jest skopiowanie wybranych części lub całości oprogramowania z zewnętrznej pamięci Flash do wewnętrznej pamięci RAM, co gwarantuje pobieranie instrukcji bez opóźnień. Z podobnej techniki korzystają popularne mikrokontrolery firmy Espressif Systems (np. ESP8266, ESP32), a także niektóre modele STM32. Wewnętrzna pamięć RAM ma organizację wielobankową, co w połączeniu z wieloszynową strukturą wewnętrzną układu ogranicza konflikty przy równoczesnym dostępie do pamięci przez wiele modułów mikrokontrolera, w tym przy równoczesnej pracy obu rdzeni procesorowych.
Oprócz standardowego zestawu modułów peryferyjnych, podobnego do spotykanego w większości współczesnych mikrokontrolerów, RP2040 jest wyposażony w mikroprogramowany blok wejścia-wyjścia PIO, który może być użyty do realizacji nietypowych modułów peryferyjnych, w tym timerów lub niestandardowych interfejsów szeregowych.
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
