Микроконтроллеры NS800RT737x Novosense - обработка сигналов в реальном времени
Устройства силовой электроники и схемы управления электродвигателями предъявляют все более высокие требования к производительности цифровой элементной базы, в частности к управляющим микроконтроллерам (МК) и процессорам. При этом спецификой работы современных систем питания, драйверов сервоприводов и подобных устройств является то, что отклик на события в них должен формироваться в течение милли- и даже микросекунд, то есть фактически обработка сигналов обратной связи и управления должна осуществляться в режиме реального времени.
Для разработчиков силовой электроники компания Novosense создала линейку микроконтроллеров NSSine™ (NS800RT), предназначенных для решения подобных задач. Интегральные схемы NS800RT737x являются флагманами данной линейки. Благодаря особенностям построения вычислительных узлов, а также периферийным устройствам управления, оптимизированным для приложений реального времени, они обеспечивают высокую скорость вычислений и быстрый отклик микроконтроллера на сигналы в цепях обратной связи.
В состав серии микроконтроллеров NS800RT737x входят три модели:
NS800RT7374;
NS800RT7379;
NS800RT7377.
Последняя имеет более низкую рабочую частоту, а также немного урезанный набор периферии и внешних интерфейсов, однако позволяет работать в более широком диапазоне температур и рекомендована для применения в автомобильной промышленности, поскольку соответствует международному стандарту AEC-100. Количественные характеристики микроконтроллеров серии NS800RT737x могут меняться в зависимости от конкретной модели, однако их функциональный состав при этом остается неизменным.
Основные параметры рассматриваемых микроконтроллеров представлены в таблице:
Микроконтроллеры серии NS800RT737x построены на базе одного или двух ядер Cortex®-M7, способных работать на частоте 400 МГц (для NS800RT7377 максимальная рабочая частота составляет 300 МГц). Каждое из ядер МК оснащено собственным сопроцессором eMATH, позволяющим выполнять ускоренные вычисления тригонометрических функций, квадратного корня, логарифмов, быстрого преобразования Фурье, а также производить различные операции с матрицами. Наличие сопроцессора eMATH дает возможность не только разгрузить основное ядро микроконтроллера, но и значительно повысить эффективность вычислений в реальном времени. Кроме того, снижению нагрузки на ядра способствует наличие двух 32-канальных контроллеров прямого доступа к памяти (DMA), которые, помимо всего прочего, увеличивают скорость обмена данными между ОЗУ и периферией.
Для хранения исполняемой программы, таблиц, констант и других данных микроконтроллеры серии NS800RT737x имеют память типа eFLASH объемом 512 кбайт или 1 Мбайт. Под данные пользователя производитель выделил 13 кбайт памяти DFLASH. Размер оперативной памяти может составлять 512 или 768 кбайт, из которых 256 являются стандартным ОЗУ (SRAM), а оставшиеся 256 кбайт на каждое ядро представляют собой тесно связанную память (Tightly Coupled Memory, TCM), характеризующуюся крайне малой и четко прогнозируемой задержкой доступа. Таким образом, можно утверждать, что микроконтроллеры серии NS800RT737x обладают достаточным объемом памяти для реализации сложных алгоритмов работы устройства, а высокая тактовая частота и наличие TCM позволяют производить быструю и прогнозируемую обработку внешних и внутренних сигналов в разрабатываемой системе.
Для работы с аналоговыми сигналами в состав NS800RT737x включены 8 высокоскоростных компараторов, двухканальный 12-битный цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) и 4 аналого-цифровых преобразователя (АЦП). Разрядность каждого АЦП составляет 12 бит, скорость оцифровки данных может достигать 4,375 Мвыб./с, максимальное количество входных каналов равно 25.
| Обратите внимание, что микроконтроллеры серии NS800RT737x могут одновременно обрабатывать несколько аналоговых сигналов, что является крайне востребованным в системах, работающих в режиме реального времени. |
Для осуществления управления электродвигателями, драйверами силовых ключей и другими устройствами в распоряжении пользователя 36 (или 24) каналов ePWM с широтно-импульсной модуляцией, 32 (или 16) из которых имеют высокое разрешение (Hi-Resolution PWM, HRPWM). Шаг изменения длительности импульса в данных каналах составляет всего 124 пс, что вполне достаточно для сверхточного управления современными цифровыми источниками питания и системами управления двигателями. При этом дискретная природа управляющего сигнала в большинстве приложений будет незаметна.
Для работы в системах, где важна точная синхронизация внешних событий, в состав микроконтроллеров серии NS800RT737x включен модуль захвата eCAP, имеющий 6 или 7 входов, в зависимости от конкретной модели. Модуль eCAP может быть использован для измерения частоты или периода импульсных сигналов, длительности импульсов, а также временны́х интервалов между ними. Кроме того, данные МК позволяют работать с цифровыми датчиками положения вала электродвигателя (энкодерами) при помощи модулей квадратурного декодирования QEP. С их помощью можно вычислять скорость, направление вращения и текущее положение вала двигателя, при этом все расчеты будут производиться за счет аппаратных средств микроконтроллера, что снижает нагрузку на его ядро и увеличивает эффективность выполнения программного кода.
Большинство микроконтроллеров серии NS800RT737x имеет в своем составе несколько конфигурируемых логических блоков (Configurable Logic Block, CLB). Каждый из них представляет собой цифровой логический модуль, включающий в себя набор логических элементов, которые могут работать как логические вентили, триггеры, буферы, мультиплексоры или таблицы преобразования (LUT). Фактически каждый CLB является миниатюрной ПЛИС, позволяющей реализовать определенную цифровую схему пользователя непосредственно на аппаратном уровне, минимизируя задержки и джиттер распространения сигналов между элементами.
| Отметим, что конфигурируемые логические блоки могут принимать сигналы от периферийных устройств или программного обеспечения микроконтроллера, при этом функционируя независимо от ядра МК, что повышает эффективность его работы. |
Для измерений тока и напряжения в питающей сети, необходимых в сетевых преобразователях энергии, обычно требуется гальваническая развязка измерительного узла и микроконтроллера. Для снижения стоимости конечной продукции непосредственная оцифровка аналогового сигнала здесь часто осуществляется при помощи изолированного сигма-дельта-модулятора, формирующего на выходе непрерывный цифровой поток, в котором количество единиц на определенном интервале времени прямо пропорционально уровню измеряемого сигнала. Для получения результата преобразования этот поток должен быть пропущен через цифровой прореживающий фильтр, который зачастую реализуется программным способом и отвлекает на себя ресурсы микроконтроллера. В моделях серии NS800RT737x данный фильтр реализован аппаратно в виде модуля SDFM (Sigma-Delta Filter Module), имеющего 8 или 16 цифровых входов.
При рассмотрении микроконтроллеров NS800RT737x нельзя не отметить разнообразие внешних интерфейсов, поддерживаемых МК. Помимо традиционных SPI, USART и I2C, здесь присутствуют два варианта шины CAN (типовая CAN2.0 и ее усовершенствованная версия CAN-FD), а также скоростной последовательный интерфейс QSPI, обычно используемый для обмена данными с микросхемами энергонезависимой памяти и другой периферией. Из условно нетипичного можно отметить поддержку шины PMBus (позволяющей осуществлять управление различными модулями питания), интерфейса доступа к внешней памяти (EMIF), а также высокоскоростного универсального параллельного порта (uPP).
Возможность работы с большим количеством внешних интерфейсов крайне востребована в многошинных средах (например, в автомобильных и промышленных приложениях), поскольку она позволяет обеспечить в них стабильную связь микроконтроллера и периферийных или сторонних устройств. Для повышения информационной безопасности микроконтроллеры NS800RT737x включают в себя аппаратные такие механизмы шифрования, как CRC, BGCRC, TRNG и AES128/192/256.
Рассмотрим внутреннюю структуру МК NS800RT737x:
Данные микросхемы доступны в корпусах LQFP-100 и LQFP-176:
Все модели серии NS800RT737x совместимы с распространенными средами разработки Keil и IAR, а также поддерживают IDE NovoStudio, разработанную Novosense. Это помогает разработчикам выполнить быстрый переход на линейку МК NSSine™ с других микросхем, легко осуществить модернизацию старых проектов, а также сократить цикл запуска конечной продукции.
Для оценки возможностей микроконтроллеров серии NS800RT737x производитель предлагает отладочную плату NSSinePad-NS800RT737x:
По продукции Novosense вам также ответят наши специалисты:
ТЕХНИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ, ЗАКАЗ ОБРАЗЦОВ, УСЛОВИЯ ПОСТАВКИ, ПОДБОР АНАЛОГОВ
или свяжитесь с нами: info@unirec.ru; 8 (800) 511-65-20