25 Avril 2012  |  Électronique
Publié dans La Revue POLYTECHNIQUE 04/2012

Des microcontrôleurs à blocs mixtes flexibles et simples d’utilisation

Lilicon Labs, un des leaders du marché des circuits intégrés mixtes àhaute densité de fonctions analogiques, lance la famille de microcontrôleurs (MCU) Precision32. Ces derniers peuvent satisfaire les besoins d’un grand nombre d’applications, telles que les dispositifs médicaux portables, les périphériques pour point de vente, les contrôles moteur, la surveillance industrielle, les lecteurs de codes-barres, les interfaces optiques tactiles, les contrôleurs de capteurs et les systèmes domotiques.
 
Dans sa volonté de proposer au marché 32 bits une haute flexibilité de conception, Silicon Laboratories, un leader du marché des circuits intégrés mixtes à haute densité de fonctions analogiques, lance la famille de microcontrôleurs (MCU) Precision32. Architecturée autour du cœur de processeur ARM Cortex-M3, la gamme Precision32 est composée de 32 MCU SiM3U1xx et SiM3C1xx, dotées ou non d’options USB et compatibles en termes d’empreinte. Grâce à son architecture flexible et particulièrement intégrée, associée à un jeu étoffé de périphériques, une consommation énergétique très basse et des outils de développement basés sur Eclipse et téléchargeables gratuitement, la famille Precision32 peut satisfaire les besoins d’un grand nombre d’applications, telles que les dispositifs médicaux portables, les périphériques pour point de vente, les contrôles moteur, la surveillance industrielle, les lecteurs de codes-barres, les interfaces optiques tactiles, les contrôleurs de capteurs et les systèmes domotiques.
 
 
La famille Precision32 contribue à diminuer le coût des systèmes, à simplifier la complexité des designs et à réduire le nombre de composants grâce à un niveau d’intégration des périphériques, élevé qui allège la facture matérielle (BOM) d’une valeur pouvant atteindre 1,54 dollars US. Intégrés sur la puce, les périphériques suivants garantissent des coûts réduits et limitent le nombre de composants externes:
  • Des oscillateurs de précision avec synthétiseur à verrouillage de phase (PLL) évolué évitent le recours à un quartz 8 MHz coûteux et fournissent un signal d’horloge suffisamment précis pour le fonctionnement sans quartz de l’interface USB, tout en cadençant le cœur de manière indépendante à n’importe quelle fréquence comprise entre 1 et 80 MHz.
  • Un régulateur de tension 5 V interne permet d’alimenter directement le MCU à partir du port USB ou d’une source 5 V sans l’aide d’un régulateur externe.
  • Six entrées/sorties à courant de commande élevé (jusqu’à 300 mA chacune) peuvent piloter directement des LED à forte puissance, des petits moteurs, des indicateurs sonores et des MOSFET de puissance. Elles peuvent également être utilisées pour le contrôle d’un convertisseur élévateur (boost).
  • Jusqu’à 16 canaux de commande tactile capacitive évitent le recours à des circuits externes de détection tactile dans les applications avec boutons, curseurs ou molettes.
  • La gamme Precision32 intègre une couche PHY USB 2.0 complète et un frontal analogique qui s’interface directement avec le connecteur USB, alors que la plupart des MCU concurrents nécessitent une résistance de rappel (pull-up) et un circuit de terminaison USB externes.
 
Alors que les plannings de conception tendent à se raccourcir pour répondre à des objectifs particulièrement stricts de réduction du temps de mise sur le marché, les développeurs de systèmes embarqués font aujourd’hui face à des exigences de conception complexes et souvent changeantes; dans le même temps, ils doivent satisfaire des contraintes sévères de coût et de consommation d’énergie, tout en respectant des échéances serrées. La plupart des MCU 32 bits actuels ne disposent pas de la souplesse architecturale qui pourrait considérablement simplifier ce travail de conception, notamment en termes d’assignation des broches et de placement des périphériques. La famille Precision32 offre aux développeurs une alternative plus flexible en proposant une répartition totalement personnalisable des broches et des entrées/sorties.
Grâce à la technologie brevetée à double matrice d’interconnexion de Silicon Labs et à une interface utilisateur graphique du type glisser/déposer, les développeurs peuvent aisément sélectionner les périphériques analogiques et numériques ainsi que l’assignation des broches pour ces mêmes périphériques. Les MCU concurrents proposent généralement une configuration prédéfinie pour l’emplacement et le brochage des périphériques, ce qui conduit à des conflits entre broches et oblige les développeurs à modifier leurs conceptions ou à s’orienter vers des boîtiers plus grands et donc plus coûteux. La structure de la matrice d’interconnexion de Silicon Labs et le logiciel AppBuilder orienté graphique permettent aux développeurs d’optimiser l’assemblage des périphériques et l’assignation des broches, et de disposer les périphériques à proximité des composants d’interconnexion. Les conflits entre broches sont éliminés, le routage du circuit imprimé (PCB) est simplifié, le nombre de couches du PCB est réduit et le coût global s’en trouve finalement diminué.
Les périphériques analogiques de la famille Precision32 sont testés et spécifiés pour fonctionner sur une large gamme de températures et de tensions jusqu’à 1,8 V minimum. En réalité, la fiabilité des ces périphériques analogiques à hautes performances est telle qu’ils peuvent remplacer avantageusement n’importe quel composant analogique externe. De plus, les périphériques analogiques Precision32 sont hautement configurables et permettent aux développeurs de simplifier leurs conceptions et d’optimiser les performances dans une grande variété d’applications embarquées.
Silicon Labs a développé la gamme Precision32 en vue d’atteindre un niveau élevé d’efficacité énergétique, tant en mode actif qu’en mode veille. Les MCU tirent profit des procédés pointus et brevetés de conception basse consommation mis au point par Silicon Labs afin de garantir une consommation minimale pour chaque bloc du MCU. Par rapport à d’autres solutions 32 bits, il en résulte une réduction jusqu’à 33 % du courant consommé en mode actif (22 mA à 80 MHz ou 275 µA/MHz) et une réduction d’un facteur cent du courant consommé en mode veille (0,35 µA avec l’horloge temps réel activée et le mode de rétention des données en RAM de 4 Ko). Grâce aux nombreux modes de consommation et de génération d’horloge, les développeurs peuvent optimiser leurs conceptions embarquées pour atteindre le niveau de consommation le plus faible pour un niveau de performances donné.
Silicon Labs a appliqué à sa nouvelle gamme de MCU 32 bits son savoir-faire bien connu en signaux mixtes et analogiques et y a intégré un ensemble de périphériques analogiques de haute précision, ainsi qu’un système d’entrées/sorties flexible, commente Linley Gwennap, analyste principal au Linley Group. Les concepteurs qui ont l’habitude de travailler avec les principaux fournisseurs de MCU devraient jeter un œil sur ce nouvel arrivant sur le marché 32 bits.
 
Un environnement de développement plus rapide et plus facile à utiliser
Afin de rationaliser le processus de développement d’applications embarquées basées sur la gamme Precision32, Silicon Labs propose un jeu étoffé d’outils logiciels et matériels et notamment une plate-forme de développement unifiée (UDP) qui intègre des composants radio et MCU interchangeables, ainsi qu’une variété de sous-systèmes conçus pour s’adapter aux besoins spécifiques de chaque application. L’UDP, qui s’articule autour d’une carte porteuse unique et de cartes mezzanines modulaires, laisse une grande marge de manœuvre pour le prototypage, l’ajout de fonctionnalités et l’intégration système. La plate-forme, qui permet également de développer du code et des logiciels de bas niveau (firmware) pour le MCU, est fournie avec un ensemble de pilotes USB et de protocoles et piles réseaux. Afin de réduire les temps de conception pour la partie RF sub-GHz, Silicon Labs propose, avec l’UDP, des cartes de test RF compatibles avec les émetteurs/récepteurs Si446x EZRadioPRO® de la société.
L’environnement de développement intégré (IDE) qui complète l’offre de Silicon Labs comprend un compilateur, un débogueur et une console en ligne pour l’accès aux informations critiques pour les applications (bibliothèque logicielle avec exemples de code, fiches produit, schémas, empreintes de circuits imprimés, notes d’application, suivi de versions, mises à jour automatiques, etc.). Pierre angulaire de l’IDE, le logiciel AppBuilder orienté graphique de Silicon Labs permet aux développeurs de sélectionner rapidement et de manière graphique les périphériques et leurs caractéristiques, de configurer les modes de génération d’horloge, de personnaliser le brochage et de générer le code source, le tout sans avoir à écrire une seule ligne de code ou lire une fiche produit.
Avec la famille Precision32, les développeurs peuvent également profiter du gigantesque écosystème de logiciels et d’outils de développement optimisés pour l’architecture ARM, dont les chaînes d’outils Keil et IAR. Afin d’accélérer le processus de développement et de portage de logiciel à partir de plates-formes MCU concurrentes, Silicon Labs propose du code compatible avec le standard CMSIS (Cortex Microcontroller Software Interface Standard). Ces interfaces logicielles ARM pour périphériques traditionnels ouvrent la voie à la réutilisation des pilotes de périphériques et garantissent leur portage aisé à partir d’autres MCU à architecture ARM.
«Nous avons conçu la gamme Precision32 pour que les développeurs de systèmes embarqués puissent disposer d’une alternative 32 bits qui associe flexibilité de conception, forte capacité d’intégration de périphériques, performances analogiques et très basse consommation, le tout à des coûts compétitifs», détaille Mike Salas, directeur général en charge des produits MCU chez Silicon Labs. «Nous facilitons également le travail des développeurs au travers d’un écosystème logiciel et matériel à la fois complet et hautement intégré, qui s’accompagne d’outils logiciels gratuits et qui contribue à accélérer les processus de prototypage et de développement sur l’architecture MCU 32 bits flexible et facile à utiliser du secteur embarqué».
 
Disponibilité
Les MCU Precision32 de Silicon Labs sont d’ores et déjà disponibles en volume avec des capacités de mémoire flash comprises entre 32 et 256 Ko. Les circuits sont proposés selon cinq modèles de boîtiers avec ou sans plomb, du QFN-40 de 6 mm x 6 mm pour les applications où l’espace est compté, jusqu’au modèle LGA-92 pour les configurations nécessitant un nombre maximum d’entrées/sorties. La famille Precision32 s’enrichira à terme de MCU 32 bits additionnels, dont l’économie d’énergie et la précision des performances analogiques seront encore améliorées.
La gamme d’outils matériels UDP de Silicon Labs comprend les kits de développement économiques SiM3U1xx-B-DK et SiM3C1xx-B-DK. Les kits de développement évolués SiM3U1xx-B-EDK et SiM3C1xx-B-EDK proposent des cartes d’extension d’entrées/sorties et des applications de démonstration supplémentaires, afin d’enrichir le processus de développement. Les clients de Silicon Labs peuvent télécharger sans coût additionnel les outils logiciels de l’IDE Precision32 à partir du site Web de la société.
 
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