Опубликована в журнале "Электроника, наука, технология, бизнес" №1 за 2016 год

Компания Atmel по праву считается одним из лидеров среди производителей микроконтроллеров. Несмотря на то что Atmel в числе первых обратила внимание на архитектуру ARM, ошеломительный успех микроконтроллеров AVR чуть было не сделал эту компанию "актером одной роли", затмив многие другие направления работы, в частности, активное развитие микроконтроллеров на основе ARM Cortex-M. В эпоху доминирования 32-разрядных микроконтроллеров именно этой архитектуры пришло время, когда микроконтроллерам семейства Atmel/SMART (SMART ARM processor based MCUs) следует выйти из тени. Как показывает опыт общения с разработчиками электроники (и любителями, и профессионалами), широкой публике практически неизвестны микроконтроллеры Atmel на платформе Cortex-M. Предлагаем читателям обзор новых семейств микроконтроллеров, из которого следует, что не AVRом единым интересен Atmel.

НЕМНОГО ИСТОРИИ

Эпоха ARM Cortex-M началась с платформы Cortex-M3. Несмотря на то, что Atmel стал одним из первых производителей микроконтроллеров на платформе ARM7TDMI, компания не проявила интереса к Cortex-M3 и сфокусировалась на развитии собственных плат- форм. В результате первыми серийными контролле- рами нового типа стали микроконтроллеры компании ST Microelectronics (ST) – STM32.

Еще одним обстоятельством послужило то, что выпуск первых микроконтроллеров на платформе Cortex-M пришелся не на лучшие времена компании. Следствием этого стали существенно более высокие цены на контроллеры производства Atmel по сравнению с ST.

Оба обстоятельства поспособствовали приоритету микроконтроллеров STM32. Причем год за годом это лидерство закреплялось сильнее, поскольку в Сети появлялось все больше материалов о разработках на базе STM32. Аналоги от Atmel на рынке стали восприниматься стереотипно:

• Atmel – это AVR;
• платформа Cortex от Atmel – дорогостоящая и неинтересная для использования.

В безосновательности первого утверждения можно убедиться, если заглянуть на сайт Atmel. Что касается второго, то все немного сложнее. Попробуем выяснить.

В обзоре рассматриваются только те семейства микроконтроллеров, которые отвечают одному или двум следующим критериям:

• наличие уникальных особенностей;
• цена лучше, чем у конкурентов, или сопоставима (имеются в виду оптовые цены).

МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ НА ОСНОВЕ ЯДРА ARM CORTEX-M SAM S и SAM E

Это микроконтроллеры на основе ядра ARM Cortex-M7, дебютировавшего в 2015 году у Atmel и у ST. Его преимущества по сравнению с предшественником Cortex-M4 заключаются в наличии аппаратной поддержки вычислений с плавающей точкой двойной точности (у Cortex-M4 – только одинарная точность, и не во всех Cortex-M4, а только в Cortex-M4F), более высокой производительности (DMIPS/MГц примерно в 1,6 раза выше) и более высокой тактовой частоты ЦПУ (до 300 МГц).

Сравнение параллельно существующих ядер семейства Cortex-M и развитие серий микроконтроллеров Atmel на базе ядер этого семейства приведены на рис.1 и 2.

SAM S – это "базовое" семейство, SAM E – семейство c Ethernet и CAN на борту. Микроконтроллеры доступны в корпусах LQFP (64, 100, 144 вывода) и LFBGA (100 и 144 вывода). Размеры флеш-памяти – от 512 до 2 048 Кбайт. Все контроллеры имеют USB (Host, Device) и интерфейс для подключения КМОП-матриц. В некоторых модификациях (зависит от размера корпуса) имеется интерфейс внешней памяти и интерфейс работы с картами памяти. Кроме указанных семейств, есть еще SAM V, но это аналог упомянутых семейств для автомобильной промышленности. Они входят только в отладочный комплект, общий для всех семейств с ядром Cortex-M7.

Если сравнивать контроллеры SAM S и SAM E с аналогами компании ST Microelectronics, то можно отметить ряд преимуществ продукции Atmel:

• тактовая частота CPU (300 MГц против 216 MГц), обеспечивающая большую производительность;
• наличие чипов с флеш-памятью до 2 048 Kбайт (у ST только до 1 024 Kбайт);
• наличие семейства микроконтроллеров без CAN и Ethernet (что позволяет не переплачивать за эти функции, если они не востребованы в проекте).

К преимуществам контроллеров производства компании ST относятся:

• наличие интерфейса для подключения ЖК-дисплеев (для продукции Atmel рекомендуется использовать интерфейс внешней памяти);
• наличие семейства без криптографии (у Atmel криптография предусмотрена для всех микроконтроллеров Cortex-M7).

Микроконтроллеры от Atmel не проигрывают в цене ST, поэтому вызвали большой интерес у клиентов Atmel. У микроконтроллеров этого семейства сохраняется pin-to-pin совместимость с "младшими" семействами на основе Cortex-M4 – SAM4S и SAM4E. Единственный подводный камень в том, что совместимость не распространяется на выводы USB, поскольку модули USB у этих семейств разные: у Cortex-M4 – USB Device, у флагманов – USB Host и Device.

SAM 4L

Это семейство микроконтроллеров на основе Cortex-M4 с тактовой частотой 48 МГц и технологией picoPower, что обеспечивает низкое потребление (меньше 90 мкА/МГц). По производительности семейство занимает промежуточную нишу между семействами STM32 L1 (Cortex-M3, 32 MГц) и STM32 L4 (Cortex-M4, 80 MГц). Цены на эти микроконтроллеры примерно одинаковые. Набор периферии также схож, но у SAM 4L есть два особых модуля: измерения частоты и программируемый логический модуль.

Рис.1. Сравнение параллельно существующих ядер семейства Cortex-M

Первый модуль позволяет измерять частоту внешнего сигнала и сравнивать ее с опорной. Второй модуль дает возможность отказаться от использования логических микросхем на плате (если, конечно, не требуется очень сложная логика). Принцип работы прост: четыре входа составляют 16 возможных комбинаций, для каждой из них задается соответствующее состояние вывода (0 или 1), дальше модуль функционирует без участия ЦПУ согласно заданной таблице состояний. В микроконтроллере может быть один или два таких модуля, в зависимости от корпуса.

SAM G

Еще одно семейство микроконтроллеров Cortex-M4 с низким энергопотреблением. С точки зрения процессора основное отличие от предыдущего семейства в наличии модуля для вычислений с плавающей точкой (Cortex-M4F). В этом семействе также примененатехнология picoPower, потребление чуть больше, чем у SAM4L, но все равно на достаточно низком уровне (меньше 100 мкА/МГц).

Семейство состоит из четырех микроконтроллеров, которые различаются размером флеш-памяти (256 или 512 Кбайт), максимальной тактовой частотой процессора (от 48 до 120 МГц), размерами корпуса (LQFP100/64 WLCSP49). Небольшое разнообразие вариантов микроконтроллеров с лихвой компенсируется ценами, которые существенно ниже цен конкурентов.

МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ НА ОСНОВЕ ЯДРА ARM CORTEX-M0+

Мощные производительные контроллеры – это, конечно, хорошо, но настоящую революцию в мире микроконтроллеров совершила все-таки платформа Cortex-M0. 32-разрядные микроконтроллеры уверенно вытесняют 8-битные контроллеры благодаря не только производительности, но и цене. Atmel также вывела на рынок ряд семейств на базе этой архитектуры. Отличительная особенность этих семейств – модули SERCOM, которые в зависимости от конфигурации могут выполнять роль UART, SPI, I2C, при этом можно выбирать выводы, которые используются модулем. Еще одна особенность – развитый аппаратный модуль PTC, с помощью которого можно создавать сенсорные интерфейсы с большим количеством элементов управления (кнопок, слайдеров и т. д.).

SAM D

Это базовое семейство, которое составляет основу остальных семейств Cortex-M0. Если не принимать во внимание названные особенности, это семейство можно было бы отнести к заурядным: обычные наборы периферии, корпусов, стандартная линейка размеров памяти, средняя цена на рынке.

Тем не менее, семейство заслуживает внимания по двум причинам. Первая заключается в том, что старшие представители (SAM D20 и SAM D21) этого семейства служат основой для микроконтроллеров других семейств. SAM D20 обладает всеми описанными выше особенностями Cortex-M0+ производства Atmel. SAM D21 представляет собой его дальнейшее развитие: добавлены USB, DMA, I2S. Между собой эти контроллеры pin-to-pin совместимы, имеют одинаковую линейку корпусов (LQFP32/48/64) и флеш-памяти (от 16 до 256 Кбайт).

Вторая причина – недавно анонсированные младшие представители: микроконтроллеры SAM D09, SAM D10, SAM D11. Корпуса оснащены небольшим количеством выводов: SOIC14/SOIC20, QFN24. Возможный размер флеш-памяти – 8 или 16 Кбайт. Семейства различаются набором доступной периферии, при этом SAM D11 имеет на борту USB Device. Цены на маленькие контроллеры низкие.

SAM L

Опыт создания малопотребляющих микроконтроллеров не мог быть не использован для Cortex-M0+. Так появилось семейство SAM L. Отличительная черта этих микроконтроллеров – очень низкое для Cortex-M0+ потребление (меньше 35 мкА/МГц). Кроме того, есть модуль программируемой логики, причем значительно усовершенствованный по сравнению с модулем у SAM 4L. Модуль позволяет не только реализовывать логические операции (И, НЕ, ИЛИ и т. д.), но и создавать более сложные элементы логики – триггеры и защелки.

SAM L бывают двух видов: SAM L21 – малопотребляющие микроконтроллеры с USB, pin-to-pin совместимые с SAM D21, и SAM L22 – SAM L21 с аппаратной поддержкой ЖК-дисплея. Таким образом, каждая из линеек является конкурентом соответствующих семейств STM32L0: STM32L0x2 и STM32L0x3. SAM L21 доступны для заказа, массовое производство SAM L22 запланировано на второй квартал этого года. По цене SAM L21 сопоставимы с аналогами от ST.

SAM C

Производство этого интересного семейства также начнется во втором квартале 2016 года. От микроконтроллеров Cortex-M0+ конкурентов оно в первую очередь отличается диапазоном напряжений: 2,7–5,5 В. Среди других его особенностей следует отметить измеритель частоты, поддержку интерфейса LIN, модуль программируемой логики, аналогичный SAM L.

Анонсированы два подсемейства:

SAM C20 – pin-to-pin совместимые контроллеры с SAM D20, корпуса и варианты емкости флеш-памяти аналогичны.

SAM C21 – обратно совместимые с SAM C20 контроллеры (по выводам, памяти и периферии), добавлены два контроллера CAN, аппаратный ускоритель деления и вычисления квадратного корня, датчик температуры выполнен в виде отдельного модуля (а не заведен на АЦП).

Цены пока не известны.

Таким образом, Atmel прилагает серьезные усилия для того, чтобы вернуть себе лидерство на рынке микроконтроллеров. Об этом свидетельствуют тенденция удешевления новых семейств микроконтроллеров и наделение их интересными, а иногда и уникальными функциями. Конечно, достоинства каждого из перечисленных семейств не ограничиваются рассмотренными в статье. Сделано это сознательно, чтобы не заимствовать параметры из технических описаний и заострить внимание читателя на наиболее интересных, по мнению автора, семействах и их особенностях.

• Текст статьи в фоормате PDF

версия для печати