A processzormagok lehető legszélesebb kínálatból választhatnak a gyártók az elvárásoknak megfelelő teljesítmény-, energiafogyasztás- és költség szinthez igazított mikrokontroller elkészítésére a felhasználás szinte valamennyi területén. A több, mint 9 milliárd eddig gyártott ARM processzor napjainkra bizonyítottan motorja a beágyazott megoldások hihetetlen fejlődésének. Természetesen sok félvezetőgyártó tevékenykedik ebben a piaci szegmensben, azonban nagy szükség volt egy komoly, a flashmemóriák piacán már bizonyító távol-keleti gyártó belépésére az árverseny fenntartására. A GigaDevice a soros NOR-NAND flash mellett ARM Cortex-M3 mikrovezérlőket is kínál. A GD32 család integrálja azokat, melyeket az egyszerű terméktervezéshez a vevők elvárnak, és amelyek segítségével költségtakarékos, mégis innovatív készülékek építhetők. A cikksorozat első része a vezérlő architektúrájával foglalkozik, később pedig a fejlesztőkészlet segítségével megvalósított alkalmazási példákat mutatunk be.
A GD32 mikrovezérlő család különböző tudásszintű sorozatai
A GD32 egy új, ARM Cortex-M3 vagy Cortex-M4 32 bites RISC magokkal ellátott, alacsony fogyasztású, univerzális, nagyteljesítményű mikrovezérlő család, mely integrálja a tervezés egyszerűsítéséhez és a költségtakarékos, mégis innovatív termék előállításához elvárt funkciókat. A GigaDevice szabadalmaztatott gFlash memória technológiával kiegészítve egy komoly mikrovezérlő vonal áll a tervezőmérnökök rendelkezésére. A GD32 család a belépő szintű Basic, a maximális teljesítményű Performance és a közbülső Connectivity termékvonalakat dobta piacra. Ezek lefedik többek között az ipari vezérléstechnika, az ember-gép interfészek, a motorvezérlés, a teljesítménymérés, a biztonságtechnika, a hordozható fogyasztási termékek, a napelemes rendszerek vezérlőelektronikáinak és a PC alkatrészek piacát is.
A GD32 ARM Cortex-M3 mikrokontroller felépítése
Az M3 család minden mikrovezérlője az ARM Cortex-M3 RISC processzormag köré szerveződik. A processzor 108 MHz maximális órajelével és a beépített flash memória azonnali elérhetőségével (Zero Wait State) maximális a hatékonyság. A GD32F10x eszközök max. 3072 KB beépített flash memóriával rendelkeznek. A kiolvasás pedig 32 bites ciklusonkénti sebességgel, Wait State beiktatása nélkül történik, byte, half-word (16 bites) és word (32 bites) adattípusokkal.(Egyszerre vagy csak half word, vagy word típusú olvasás állítható be). A flash memória minden lapja egyenként, vagy – az információs blokkok kivételével – egyszerre is törölhető.
A gyártó flash chipek területén szerzett nagy gyártási tapasztalatát átültette az ARM mikrokontroller technológiába is. A GD32F10x sorozat tagjai max. 96 KB beépített SRAM-al is rendelkeznek, mely a 0x2000 0000 memóriacímen kezdődik, és támogatja a byte, half word (16 bites), és a word (32 bites) adattípusok használatát is. Ezek mellett került a kontrollerbe egy sor fejlett I/O csatorna, max. három 12 bites, másodpercenként egymillió mintavételre alkalmas analóg-digitális konverter, max. 10 általános célú 16 bites, és egy továbbfejlesztett PWM időzítő is. A kommunikációs interfészek között találunk max. három SPI, két I2Cs, öt USART, egy USB 2.0 OTG FS valamint két CAN vezérlőt is.
GD32 Cortex-M3 architektúrája
A mikrokontroller 2.6 - 3.6 V tápellátást igényel és ipari működési hőmérséklet-tartományban (–40°C - +85 °C) működtethető. Három energiatakarékos üzemmódja választást kínál a hosszabb éledési idő és a kis energiafogyasztás, illetve a gyors éledés, de nagyobb fogyasztás között. A fogyasztás és a sebesség egymásnak ellentmondó igénye az elemes táplálású készülékek fejlesztői számára a legnagyobb kihívást jelentik, és mindig kompromisszumra késztetik őket. Ebben igyekszik segíteni a gyártó a különféle fogyasztáscsökkentő üzemmódok bevezetésével. Három választás lehetséges a Sleep, a Deep-Sleep és a Standby módok. A Sleep módban a Cortex-M3 órája ki van kapcsolva, Deep-Sleep módban az 1.2V-os domain minden órája kikapcsolt állapotú és a HSI, HSE és a PLL sem engedélyezett.
Az SRAM és a regiszterek tartalma el van mentve, és az EXTI vonalakról érkező bármely megszakítás (INT), vagy wake up jel feléleszti a rendszert, a HSI lesz a rendszeróra. Meg kell említeni, hogy amennyiben a beépített LDO alacsony fogyasztású üzemmódban van, további éledési késleltetést tapasztalhatunk. Standby üzemmódban a teljes 1.2V-os domain ki van kapcsolva, az LDO le van állítva, és a HSI, HSE, PLL is le van tiltva. Standby módból négyféleképp éledhet fel a rendszer: külső resettel az NRST lábon keresztül, RTC alarm jellel, az IWDG resettel, vagy a WKUP pinre érkező jel felfutó élére. A Standby üzemmódban realizálható a legkisebb fogyasztás, de innen éled a rendszer a leglassabban. Emellett mind a regiszterek, mind az SRAM tartalma elvész, kivételt ez alól csak a Backup regisztertartalom jelent, éledéskor bekapcsolási reset indul.
Az ábrán látható módon három tápellátási domain létezik, a VDD/VDDA, az 1.2V-os, és a Backup domain. A VDD/VDDA tápellátása közvetlenül a külső tápon keresztül valósul meg, így a VDDA és a VSSA a VDD és VSS lábakhoz kapcsolódik. Általánosan elmondható, hogy a digitális áramkörök a VDD-ről, az analóg körök nagy része pedig a VDDA-ról kap feszültséget. Az ADC és a DAC konverziók pontosságénak növelésére és az analóg áramkörök jobb teljesítményre való ösztönzésére a független VDDA tápforrás szolgál.
A GD32 Cortex-M3 tápellátása
A VDD/VDDA részen beágyazott LDO látja el a megfelelő feszültséggel az 1.2V-os részt. A BACKUP domainhez tartozó teljesítmény-kapcsoló hivatott telepes ellátásra kapcsolni (VBAT lábra kapcsolt feszültségforrás), ha a VDD lábon a feszültség megszűnik.A GD32 sorozatú mikrokontroller használata nem csak a fejlesztők, de a felhasználók számára is sok előnnyel szolgál. Az MCU maximális sebessége a versenytársakénál 50 százalékkal nagyobbat nőtt. A kódfuttatás hatásfoka ugyanolyan órajel mellett 30-40 százalékkal nagyobb. Az áramfogyasztás 20-30 százalékot csökkent ugyanolyan frekvencia esetén. Ezek a tulajdonságai teszik lehetővé, hogy alkalmazások széles spektrumán lehessen használni a GD32 sorozatú GigaDevice MCU-kat.
A GD32 Cortec-M3 tulajdonságai:
• Flexibilis memória konfiguráció max. 3024 KB beágyazott Flash és max. 96 KB SRAM memóriával
• Továbbfejlesztett I/O vonalak és további perifériák illeszkednek a két APB buszhoz
• Ipari kommunikációs interfészek sorát támogatja az MCU: SPI, I2C, USART, USB 2.0 OTG FS és CAN interfész
• Max. 3 12-bit 1Msps ADC, max 10 16-bites időzítő, egy PWM timer
• Három energiakímélő üzemmód vállalható kompromisszum elérésére, az élesztési sebesség és a fogyasztás optimalizálásához kis teljesítményű, telepes tápláláshoz.
GD32 ARM Cortex-M4 MCU
A GD32F4 eszközök a GD32 sorozat felső teljesítmény osztályba sorolt tagjai. (Performance Line). A kínálat legújabb és legjobb ár/érték arányú mikrokontrollerei, a 32-bites általános célú MCU-k a nagy számítási teljesítményű ARM Cortex-M4 RISC rendszermag köré integrált perifériákkal es minimalizált fogyasztással jellemezhetők. A Cortex-M4 mag mellett helyett kapott az egyszeres pontosságú lebegőpontos matematikai számításokat felgyorsító FPU (Floating Point Unit) is, amely támogatja az az összes egyszeres pontosságú ARM parancsot és adattípust.
GD32 Cortex-M4 architektúrája
A teljes beágyazott digitális jelfeldolgozó utasításkészlet (DSP-Digital Signal Processing) lehetővé teszi a piac e szegmensének egyszerű kiszolgálását is. A továbbfejlesztett alkalmazásbiztonságot és hibakeresést szolgáló memóriavédelmi egység (Memory Protection Unit – MPU) és követési technológia a programozók dolgát könnyíti meg. A GD32F4 MCU-k alkalmazhatók az ipari vezérléstechnika és folyamatirányítás, a fogyasztói elektronika és az elemes táplálású hordozható készülékek területén, beágyazott számítógépekben, HMI, biztonság- és kijelzéstechnikai készülékekben, gépjármű és drón GPS rendszerekben valamint az IoT területén is.
Jellemzői:
• Flexibilis memória konfiguráció max. 3024 KB beágyazott Flash és max. 96 KB SRAM memóriával
• Továbbfejlesztett I/O vonalak és további perifériák illeszkednek a két APB buszhoz
• Ipari kommunikációs interfészek sorát támogatja az MCU: SPI, I2C, USART, USB 2.0 OTG FS és CAN interfész
• Max. 3 12-bit 1Msps ADC, max 10 16-bites időzítő, egy PWM timer
• Három energiakímélő üzemmód vállalható kompromisszum elérésére, az élesztési sebesség és a fogyasztás optimalizálásához kis teljesítményű, telepes tápláláshoz.
A GD32 család integrálja azokat az MCU jellemzőket, melyek lehetővé teszik a gyors, könnyű és professzionális beágyazott rendszertervezést, és a fejlesztők kezébe ad egy megfizethető és bizonyítottan innovatív, komplex félvezető gyártási technológián alapuló MCU eszközt. A programozáshoz, hibakereséshez és ellenőrzéshez szükséges Keil komplex fejlesztőkörnyezet az alábbi linken érhető el.
