eng
Ведущий производитель решений для систем беспроводной связи – компания NXP – показала на выставке MWC-2016 целый ряд новых продуктов. В обзоре описаны наиболее интересные компоненты от NXP и решения на их основе, которые открывают для разработчиков широкие возможности по созданию перспективных видов мобильных устройств и приложений.
Теги: microcontrollers mobile devices mwc-2016 nxp wireless technologies беспроводные технологии микроконтроллеры мобильные устройства
Н идерландская компания NXP - признанный лидер в области создания сверхэнергоэффективных микроконтроллеров и процессоров на ARM-архитектуре для рынков мультимедийных, коммуникационных, сетевых и встраиваемых устройств. После приобретения своего американского конкурента Freescale компания NXP стала крупнейшим поставщиком чипов для автомобильной промышленности. Однако на выставке MWC-2016 NXP сделала акцент не на элементной базе, а на решениях на ее основе. Сегодня на базе компонентов этой компании создаются новые классы устройств и приложений, которые отличаются широкими интеллектуальными возможностями и обладают высокопроизводительными средствами обработки данных. Выставка MWC-2016 показала, что возможности элементной базы сегодня, по сути, обгоняют фантазию разработчиков конечных устройств. Это подтвердила компания NXP, представив целый ряд новых продуктов. НОВЫЕ КОМПОНЕНТЫ Прежде всего отметим новый сетевой процессор QorIQ LS1012A с функциями сетевой защиты (рис.1) - наиболее компактный (9,6 Ч 9,6 мм) и малопотребляющий 64-разрядный микропроцессор в мире на базе ARM-ядер. Устройство построено на основе ядра Cortex-A53 с частотой до 800 МГц. Кэш-память первого и второго уровня защищена посредством кодов коррекции ошибок. Объем кэш-памяти первого уровня - по 32 Кбайт на кэш команд и данных, кэш второго уровня - 256 Кбайт. Ядро содержит модуль параллельной SIMD-обработки NEON и арифметическое устройство с плавающей точкой двойной точности. Поддерживается работа с 16-разрядной памятью DDR3L на частоте 1 000 МГц. При мощности потребления порядка 1 Вт процессор демонстрирует показатели на тесте CoreMarks более 3 000. При этом он оснащен средствами аппаратного ускорения обработки телекоммуникационных пакетов и криптозащиты. Все это вместе делает QorIQ LS1012A наиболее быстрым в классе одноваттных процессоров. Кроме того, процессор содержит модуль преобразования последовательного / параллельного каналов (SerDes) в составе трех линий с частотой 6 ГГц. Это обеспечивает поддержку до двух портов Gigabit Ethernet, порта PCI Express 2.0 и порта SATA 3.0. Процессор LS1012A отличается двумя USB-контроллерами: один поддерживает SuperSpeed USB 3.0 с интегрированным интерфейсом физического уровня, другой реализует функции USB 2.0. Предусмотрены также интерфейс QuadSPI и поддержка карт памяти SD / MMC. Немаловажно, что процессор содержит аппаратный механизм пересылки пакетов, это разгружает центральное процессорное ядро от выполнения задач обработки IP-пакетов. Не загружая ядро, LS1012A может обрабатывать IP-потоки до 2 Гбит/с даже для наиболее малых пакетов. Наряду с этим корпус процессора позволяет устанавливать устройство на четырехслойную печатную плату, что существенно удешевляет общую стоимость решения на его основе. Все эти особенности дают возможность создавать на базе нового процессора совершенно новый класс линейных сетевых устройств, которые допускают питание от батарей. Речь идет о последнем поколении шлюзов для задач Интернета вещей, портативных развлекательных платформ, высокопроизводительных портативных устройств (таких как мобильные жесткие диски, мобильные накопители для видеокамер), планшетных компьютеров и других перезаряжаемых устройств. Более того, LS1012A - первый процессор, разработанный специально для новой парадигмы систем хранения, которая предусматривает непосредственное подключение "интеллектуальных" жестких дисков к Ethernet-сети центров обработки данных. LS1012A - это, по сути, первый сетевой процессор, который достаточно миниатюрен для монтажа непосредственно на плату системы управления жесткого диска. В результате стандартный HDD превращается в Ethernet-диск без изменения форм-фактора. Волна новаций не минула и направление микроконтроллеров. NXP представила новое поколение 32-разрядных микроконтроллеров LPC5411x (рис.2). Это семейство расширяет линейку LPC54000 малопотребляющих микроконтроллеров с ядром ARM Cortex-M4F с опциональным ядром Cortex-M0+. Тактовая частота ядра - 100 МГц, микроконтроллеры содержат 192 Кбайт СОЗУ и до 256 Кбайт флеш-памяти. Особенность новых микроконтроллеров - встроенная система поддержки микрофонов DMIC разгружает ядро и существенно снижает общее энергопотребление при операциях записи и обработки голоса. Еще одна особенность - поддержка порта USB 2.0. Также контроллер содержит 12-разрядный 12-канальный АЦП с быстродействием 5 Мвыб/с, 8 блоков последовательных интерфейсов (каждый можно конфигурировать как USART, SPI или I2C), два канала I2S для подключения цифровых микрофонов. В активном режиме ток потребления ядра Cortex-M4 составляет 80 мкА/МГц. Ряд микроконтроллеров семейства оснащен дополнительным ядром Cortex-M0+, которое можно использовать для решения задач, не требующих высокопроизводительных вычислений. Основное ядро Cortex-M4 при этом отключается. Используя ядро Cortex-M0+, можно добиться потребления в активном режиме ниже 60 мкА/МГц. Новые микроконтроллеры выпускаются в корпусах LQFP64 (10 Ч 10 мм) и WLCSP49 (3,4 Ч 3,4 мм), напряжение питания составляет от 1,62 до 3,6 В, рабочий диапазон температур - от -40 до 105 °C. Пример высокоинтегрированного решения, представленного компанией NXP, - серия однокристальных модулей SCM (Single Chip System Module), первым устройством которой является SCM-i.MX 6Dual / 6Quad (рис.3). Это решение называют "самой маленькой в мире "умной" интегрированной системой для Интернета вещей". Модули SCM позволят существенно упростить и сократить время проектирования электронных устройств и уменьшить их размеры. В состав модуля, габариты которого составляют всего 14 х 17 х 1,7 мм, входят прикладной процессор i.MX 6Dual / 6Quad, микросхема управления питанием MMPF0100, флеш-память SPI NOR объемом 16 Мбайт и более 100 пассивных компонентов. Процессор i.MX 6Dual / 6Quad построен на базе двух или четырех ядер ARM Cortex-A9 с технологией безопасности TrustZone, работающий на частоте до 800 МГц. Ядро содержит кэш-память первого уровня (по 32 Кбайт на кэш команд и данных), кэш второго уровня объемом 1 Мбайт и сопроцессор обработки медиаданных NEON. Кроме того, в состав модуля входят средства обеспечения информационной безопасности, в том числе система безопасной загрузки High Assurance Boot, криптографическая подсистема, генератор случайных чисел и система детектирования несанкционированного доступа. Процессор поддерживает целый ряд интерфейсов внешней памяти, в том числе 32-разрядной LPDDR2-памяти, 8-разрядной NAND флеш-памяти с кодами коррекции ошибок, 16/32-разрядной NOR флеш-памяти и 16/32-разрядного псевдостатического ОЗУ (PSRAM). Конструкцией модуля предусмотрена возможность сопряжения по технологии PoP (Package on Package) с LPDDR2-памятью объемом 1 или 2 Гбайт в корпусе FBGA216 (12 Ч 12 мм). Такая конструкция модуля позволит уменьшить габариты конечного изделия на половину по сравнению с реализацией изделия на дискретных элементах. Каждый процессор i.MX 6Dual / 6Quad оснащен набором интерфейсов с внешними устройствами: портом жесткого диска SATA II, параллельным 24-разрядным дисплейным портом со скоростью передачи до 225 Мпикселей/с, последовательным LVDS-портом, портами HDMI 1.4, MIPI/DSI. Кроме того, имеются параллельные и последовательные порты видеокамеры, порты USB 2.0, а также четыре порта карт MMC/SD/SDIO. Процессор оснащен также контроллером Gigabit Ethernet и интерфейсом PCI Express 2.0. В состав процессора входят аппаратные ускорители, в том числе блок обработки видео и изображений. В состав ИС управления питанием MMPF0100 входят программируемые импульсные понижающие и повышающие стабилизаторы, LDO-стабилизаторы, источник опорного напряжения для DDR-памяти, OTP-память для конфигурирования устройства, I2C-интерфейс. Примерами применения модулей SCM являются игровые стереоскопические очки, дроны с функцией распознавания объектов, портативные медицинские приборы и другие приложения, где требуются высокая производительность при обработке графики и развитые средства взаимодействия с пользователем. Все более популярными становятся беспроводные зарядные устройства для смартфонов, планшетов и другой мобильной техники. Экосистема беспроводных зарядных устройств развивается очень быстрыми темпами. Компания NXP предложила инновационное решение для таких систем - контроллер беспроводных зарядных устройств NXQ1TXH5 (рис.4). Этот чип полностью соответствует требованиям стандарта Qi - единственного глобально принятого интерфейса беспроводной зарядки устройств, созданного консорциумом Wireless Power Consortium. NXQ1TXH5 содержит пятивольтовый полномостовой драйверный каскад и специальную схему детектирования внешних устройств. При детектировании Qi-совместимого устройства NXQ1TXH5 устанавливает с ним связь, а после распознавания приемника начинает передавать энергию от передатчика. Одновременно обеспечивается контроль неисправностей, например, перегрев или наличие помех от металлических предметов. Контроллер способен передавать до 8 Вт мощности в непрерывном режиме в Qi-совместимую катушку индуктивности типов A5, A11, A12 и A16. Для пользовательских интерфейсов доступны выходы светодиода и зуммера. Микросхема NXQ1TXH5 доступна в 32-выводном корпусе HVQFN (5 Ч 5 мм). Для работы контроллера требуется минимальное количество внешних компонентов. РЕШЕНИЯ НА ОСНОВЕ КОМПОНЕНТОВ NXP Многие компании представили интересные решения на основе элементной базы от NXP. Компания MikroElektronika в сотрудничестве с NXP создала комплект для разработки устройств Интернета вещей и носимых приложений Hexiwear. Этот комплект выполнен в форм-факторе "умных" наручных часов и имеет привлекательный внешний вид (рис.5). Аппаратная платформа Hexiwear включает в себя энергоэффективный микроконтроллер Kinetis K64 от NXP на базе ядра ARM Cortex-M4 с рабочей частотой 120 МГц. Процессор содержит 256 Кбайт ОЗУ и 1 Мбайт флеш-памяти. Коммуникационные возможности комплекта обеспечивает система-на-кристалле Kinetis KW40Z (рис.6) с поддержкой протоколов Bluetooth Low Energy (BLE) 4.1 и 802.15.4-2011. В СнК KW40Z интегрированы 2,4-ГГц трансивер с поддержкой FSK/GFSK- и O-QPSK модуляций, процессорное ядро ARM Cortex-M0+, 160 Kбайт флеш-памяти, 20 Kбайт СОЗУ, аппаратные средства канального уровня BLE, процессор коммуникационных пакетов 802.15.4, подсистема защиты. KW40Z содержит 16-разрядный АЦП и 12-разрядный ЦАП. Достаточный объем памяти KW40Z обеспечивает параллельный запуск стеков BLE и 802.15.4 MAC/PHY в многорежимных приложениях. Hexiwear содержит 3D-акселерометр (±2g/±4g/±8g) и 3D-магнитометр (NXP FXOS8700CQ), трехосевой гироскоп (NXP FXAS21002), датчик давления от 20 до 110 кПа (NXP MPL3115A2), датчик освещенности, датчик влажности и температуры, монитор сердечного ритма (HRM). В состав комплекта входят также полноцветный 1.1" OLED-дисплей с емкостным сенсором, 190 мА · ч 2C Li-Po батарея, односекционное Li-Ion/Li-Po зарядное устройство на 600 мА (NXP MC34671), кабель micro USB для питания и зарядки. С помощью комплекта можно разрабатывать такие приложения, как портативные медицинские приборы, носимые устройства для занятий спортом, пульты управления бытовой аппаратурой, компьютерные клавиатуры и мыши, игровые контроллеры, системы управления доступом и безопасности, пульты управления интеллектуальными электросетями и домашней вычислительной сетью. Особенностью платформы Hexiwear является то, что ее можно отделить от браслета и вставить в док-станцию с тремя разъемами микрошины, содержащей линии SPI, UART, I2C, PMW, аналоговый вход и сигнализатор питания. К этим разъемам можно подключить одновременно до трех плат, предлагаемых компанией MikroElektronika. Всего доступно более 180 видов плат для разработки. Программирование плат выполняется через порт micro USB. Большой интерес у разработчиков вызвало комплексное решение компании NXP для организации беспроводной связи ближнего радиуса действия по технологии Near Field Communication (NFC) - радиочастотные метки NTAG I2C plus и семейство микроконтроллеров PN7462. Радиочастотные метки семейства NTAG I2C plus отвечают требованиям стандарта NFC Forum Type 2. Они сочетают в себе пассивный беспроводной интерфейс NFC и последовательный проводной интерфейс I2C для связи с микроконтроллером. С помощью буфера СОЗУ объемом 64 байта обеспечивается быстрая передача данных между радиочастотным и I2C-интерфейсом. Метки NTAG I2C plus поддерживают хранение паролей, полную конфигурацию доступа к внутренней памяти посредством обоих интерфейсов и проверку оригинальности продукта при помощи цифровой подписи для защиты от клонирования. Метки могут также снабжать питанием внешние устройства (например, микроконтроллер) с помощью цепи аккумулирования энергии из электромагнитного поля. В NTAG I2C plus предусмотрен конфигурируемый выход детектирования электромагнитного поля, который обеспечивает запуск метки от внешнего устройства в зависимости от состояния РЧ-интерфейса. Радиочастотный интерфейс NTAG I2C plus обеспечивает скорость передачи данных 106 Кбит/с. Рабочая частота составляет 13,56 МГц. Метки снабжены пользовательским ЭСППЗУ объемом 888 или 1 904 байта. Благодаря большому объему внутренней памяти и возможности ее сегментации метки обеспечивают поддержку нескольких приложений. Предусмотрена защита данных от несанкционированного доступа. I2C-интерфейс может работать в стандартном (100 кГц) и быстром (400 кГц) режиме. Метки NTAG I2C plus выпускаются в 8-выводных корпусах XQFN (1,6 Ч 1,6 Ч 0,5 мм), TSSOP и SOIC и представляют собой самое компактное в отрасли NFC-решение. Диапазон рабочих температур составляет от -40 до 105°C. Области применения: сетевые узлы Интернета вещей, носимая электроника, бытовая техника, спортивный инвентарь, интеллектуальные приборы учета, электронные ценники и бирки. Микроконтроллеры семейства PN7462 - первое в отрасли однокристальное решение для NFC-связи, которое включает в себя NFC-микроконтроллер, 160 Кбайт флеш-памяти и контроллер контактного интерфейса ISO 7816/EMVCo (рис.7). Микроконтроллер построен на базе 32-разрядного ядра ARM Cortex-M0 с рабочей частотой 20 МГц и содержит 12 Кбайт СОЗУ данных и 4 Кбайт ЭСППЗУ. Кроме радиочастотного интерфейса, соответствующего стандарту NFC, микроконтроллер PN7462 оснащен полным набором проводных интерфейсов: I2C, SPI, USB 2.0, HS UART. Кроме того, PN7462 снабжен контактным интерфейсом считывателя смарт-карт (UART), который полностью отвечает требованиям стандарта ISO/IEC 7816/EMVCo 4.3 и поддерживает скорость обмена данными до 1 Мбит/с. Имеется от 12 до 21 линии ввода-вывода общего назначения (GPIO). В PN7462 реализована функция динамического контроля мощности (Dynamic Power Control - DPC) для оптимизации рабочих характеристик антенны, что позволяет снизить потребляемую мощность и повысить качество сигнала при работе в непосредственной близости от металлических предметов, других карт и сотовых телефонов. Микроконтроллер PN7462 поставляется в 64-выводном корпусе HVQFN (9 Ч 9 мм), диапазон рабочих температур составляет от -40 до 85 °C. На базе микроконтроллера можно создавать игровые консоли, системы управления доступа, считыватели смарт-карт стандарта NFC, в том числе двухинтерфейсные (контактные / бесконтактные) считыватели, устройства доступа к платежным и другим системам. Изящное устройство на базе процессора i.MX7 Dual-Core ARM Cortex-A7 от NXP представила компания Polyera. Речь идет о Wove Band - первом в мире "умном" браслете с гибким дисплеем на электронных чернилах (рис.8, 9). Браслет способен отображать такую информацию, как прогноз погоды, обновления новостей и т. п. В связке со смартфоном пользователя браслет способен выводить оповещения и текстовые сообщения. Кроме того, через браслет можно управлять воспроизведением звуковых файлов. Wove Band изготовлен на основе гибкой подложки с электронными компонентами, сенсорами и управляющими цепями на органических тонкопленочных транзисторах. Разрешение дисплея браслета составляет 1 040 Ч 200 пикселей, встроенная флеш-память имеет объем 4 Гбайт, ОЗУ - 512 Мбайт. Имеются порт Bluetooth 4.0 и 9-осевой датчик движения (гироскоп, акселерометр). Используемый в Wove Band процессор семейства i.MX7 Dual-Core имеет гетерогенную архитектуру и содержит ядро ARM Cortex-A7 с рабочей частотой 1 ГГц и ядро ARM Cortex-M4. Такая структура процессора позволяет запускать ОС с открытым кодом, такие как Linux / Android на ядре Cortex-A7, а на Cortex-M4 - ОС реального времени, например, FreeRTOS. Процессор i.MX7 Dual-Core оснащен встроенным СОЗУ объемом 256 Кбайт и поддерживает несколько типов внешней памяти, включая DDR3L/LPDDR2/LPDDR3, а также флеш-память (NAND, eMMC и NOR). Имеются полный набор коммуникационных интерфейсов (I2C, SAI, UART, SPI, SDIO, USB, PCIe, Gigabit Ethernet), а также CAN-интерфейс. Кроме того, в процессоре предусмотрены параллельный 24-битный и последовательный дисплейные порты (RGB и MIPI-DSI), интерфейс датчика видеокамеры и встроенный контроллер электрофорезного дисплея на тонкопленочных транзисторах (EPD). Процессоры i.MX7 Dual-Core поставляются в корпусе BGA (19 Ч 19 мм и 12 Ч 12 мм). На базе процессора i.MX7 Dual-Core можно создавать такие устройства и приложения, как носимые аудиоустройства, мобильные устройства с беспроводной связью, портативные медицинские приборы, человеко-машинный интерфейс, панели управления доступом, кассовые терминалы, ридеры, бытовые устройства с интеллектуальным управлением. Завершим обзор новых решений, построенных на базе чипов NXP, рассказом о еще одном интересном продукте, изобретенном Джоном МакЛиром (John McLear), - кольце NFC Ring (рис.9). Это устройство, надеваемое на палец пользователя, - надежный способ аутентификации через NFC-связь. NFC Ring устанавливает связь со смартфоном и позволяет его разблокировать. Кроме того, в нем можно хранить важные контакты, адреса электронной почты и другую информацию пользователя, которую можно передавать с кольца на смартфон и обратно. С помощью такого кольца очень удобно открывать дверные замки. Его можно использовать также как мастер-пароль на компьютере или визитку, предварительно записав в него контактные данные. В настоящее время продолжается работа по использованию кольца NFC Ring для электронных платежей. Некоторые автопроизводители, проявившие интерес к этому продукту, рассчитывают применять его в качестве ключей зажигания. NFC Ring, изготовленное из высококачественной керамики, - суперлегкое, прочное и гипоаллергенное. Кольцо в водозащищенном исполнении, что позволяет использовать его на глубине до 50 м. Второе поколение NFC Ring имеет модернизированную антенну, способную принимать слабые сигналы или сигналы от смартфонов в толстых корпусах. Керамические NFC Ring оснащены микросхемами от NXP - радиочастотными метками NTAG216 со скоростью передачи данных 106 Кбит/с. Объем встроенной флеш-памяти составляет 924 байта. * * * В заключение остается отметить, что развитие беспроводных технологий перешагнуло границы стандартных устройств, таких как смартфоны и планшеты. Разработчики оснащают беспроводными модулями связи (Wi-Fi, Bluetooth, NFC) широкий спектр продуктов, в том числе тех, которые казались нам привычными. Как показали экспонаты последней выставки MWC-2016, новые компоненты от компании NXP позволяют реализовать самые смелые идеи разработчиков мобильных устройств. Кольца, браслеты... Интересно, что дальше?
Отзывы читателей
