L'SH/7216 è il più recente membro della grande famiglia di microcontrollori Risc SH offerta da Renesas. Grazie alle elevate prestazioni della Cpu, della Fpu (Floating Point Unit) e alle prestazioni uniche della Flash a bordo, questo dispositivo può essere considerato come il più veloce microcontrollore con Flash a bordo attualmente disponibile sul mercato. La quantità di periferiche orientate ad applicazioni real-time insieme alla ricchezza di periferiche di comunicazione rendono questo dispositivo così flessibile da potere essere utilizzato in un vasto campo di applicazioni. Tra le applicazioni più tipiche troviamo: controllo motore vettoriale, controllo di inverter per gruppi di continuità, controllo di inverter per energia solare, misuratori di potenza e di qualità della rete elettrica, analisi di segnale, comunicazioni avanzate, inverter per riscaldamento a induzione, stampanti e scanner, controllori industriali, trazione elettrica e controllo assi. Le principali caratteristiche dei dispositivi SH/7216 possono essere riassunte dai seguenti punti:
- Prestazioni: 200 MHz Cpu con Flash a Zero Wait State;
- Comunicazioni: Ethernet 10/100, Can, Usb, Usart, Rspi, I2C;
- Flash scalabile: da 512 Kbyte a 1 Mbye.
- Ram scalabile: da 64 Kbyte a 128 Kbyte.
- Memorizzazione: 32Kbyte Data Flash ad alta affidabilità con 30K W/E;
- Supporto inverter: timer per il controllo di 2 ponti;
- FPU: a doppia precisione con funzioni avanzate;
- Superscalare: 2 istruzioni per ciclo di clock, ovvero 2 istruzioni ogni 5 ns;
- Interrupt veloci: solo 30 ns di latenza a 200 MHz.
Supporto completo per ogni periferica
La somma di tutte queste caratteristiche rende questo dispositivo unico dal punto di vista delle prestazioni e da quello del livello di integrazione. Un tale livello di integrazione spesso fornisce l'impressione di potere essere facilmente utilizzato per ogni applicazione; in realtà la presenza di molte periferiche di comunicazione e di controllo è poco utile se non viene supportata dalla presenza di driver pronti all'uso. A questo proposito la famiglia SH/7216 fornisce il supporto completo per ogni singola periferica a bordo e molto altro ancora.
• Inverter - Supporto completo sia del punto di vista software che dal punto di vista di hardware dedicato alla valutazione e allo sviluppo. Le evaluation board della serie MCRP (Motor Control Reference Platform) sono disponibili per le famiglie di microcontrollori SH; l'MCRP05 è dedicata a motori sincroni, Brushless AC motors, mentre l'MCRP06 è per motori asincroni. Entrambe sono disponibili e fornite assieme a hardware, schematici, application notes e progetto software completo. In particolare tutte le MCRP possono controllare motori con e senza sensori con controllo vettoriale e possono utilizzare diversi tipi di lettura delle correnti.
• Ethernet - Librerie software ed esempi applicativi sono disponibili, sia da Renesas che da terze parti, per supportare lo sviluppo di TCP-IP, web Server e altre applicazioni di comunicazione.
• Usb - Librerie software ed esempi applicativi sono disponibili, sia da Renesas che da terze parti, per supportare lo sviluppo di layers di comunicazione Usb. In particolare, assieme alle evaluation boards della serie RSK (Renesas Starter Kit), viene fornito gratuitamente il software a supporto delle 4 classi standard: serial, printer, storage e Hid.
• Can - Il controllore Can ad alte prestazioni è supportato sia da application notes che da librerie di terze parti.
Le caratteristiche tecniche
L'SH/7216 incorpora la Cpu SH2A superscalare (due istruzioni per ciclo macchina) oltre alla versione avanzata della Fpu (Floating point unit), è compatibile con il ben conosciuto codice oggetto della famiglia SH1 e SH2. La Cpu è 2.0 Dhrystone Mips 2.1 per MHz, che significa 400 Dhrystone Mips a 200 MHz anche quando il codice è scritto in Flash. Per quanto riguarda l'interrupt, lo switch di contesto veloce fornisce un livello di prestazioni superlative, in particolare per 16 sorgenti di interrupt liberamente selezionabili la latenza è di soli 30 ns. Questo livello di prestazioni è attualmente unico nel campo dei microcontrollori per applicazioni industriali.
La Flash Monos utilizzata per tutti i microcontrollori della famiglia SH, così come nelle famiglie H8S, H8SX e nella future RX, è l'unica già da anni in produzione in volumi a consentire frequenze superiori ai 100 MHz a zero wait state. Questa caratteristica unica consente alla Cpu di raggiungere un livello di prestazioni molto più elevato, un consumo molto più ridotto e, soprattutto, evita la necessità di copiare parte del codice che richiede tempi di esecuzione più ridotti in Ram, consentendo di utilizzare appieno la Ram disponibile e semplificando la fase di sviluppo software. Le caratteristiche menzionate consentono alla Cpu che lavora a frequenze superiori a 24/36 MHz di incrementare in modo lineare le prestazioni semplicemente aumentando la frequenza di clock grazie all'assenza di wait state.
I vantaggi delle periferiche principali
Controllo di sicurezza per le porte di I/O - In tutti I dispositivi della serie SH (così come in quelli delle famiglie H8S, H8SX e della future RX) lo stato delle porte di uscita digitali puo' essere riletto, per verificare se l'uscita sta lavorando correttamente e' sufficiente rileggere il livello di tensione sul pin.
• Periferiche per controllo inverter - La MTU2 (Multi-function timer pulse unit) è una periferica molto flessibile che può essere utilizzata sia come timer generico (Input capture, output compare, Pwm, encoder) sia come controllore evoluto adatto a controllare ogni tipo di motore così come Ups o inverter per solare ad alte prestazioni. Il tutto è supportato da application notes e da piattaforme di riferimento. A partire dai dispositivi a 80 pin la sezione MTU2 è raddoppiata consentendo il pilotaggio di due inverter con lo stesso dispositivo. L'MTU2 fornisce inoltre caratteristiche di sicurezza di alto livello come quelle descritte di seguito.
• Rilevazione corti - MTU2 può rilevare la condizione di potenziale corto su un ramo del ponte causata da uno stato anomalo del pin esterno che, a causa di umidità o corti, non si disattiva in tempo utile. Tale stato viene rilevato dall'hardware e il ramo del ponte viene disabilitato.
• Ingressi multipli per il blocco hardware del ponte - È possible avere fino a tre ingressi per il blocco hardware del ponte, oltre a quello per la rilevazione della sovra-corrente, in modo da controllare altri casi pericolosi quali porta aperta, allagamento, e molti altri. Alternativamente è possible bloccare singolarmente ogni ramo del ponte.
• Convertitore A/D - I microcontrollori della famiglia SH integrano A/D converter ad alte prestazioni oltre a un elevato livello di interconnessione con il resto delle periferiche. Le principali caratteristiche sono: risoluzione di 12 bit; tempo di conversione di 1 µs; alta precisione; 5 V per migliorare il livello di segnale/rumore; fino a 4 sample & hold per campionare fino a 4 ingressi contemporaneamente oppure sincronizzati con la sezione timer MTU2.
Ulteriori caratteristiche di sicurezza
L'oscillatore a bordo è in grado di rilevare problemi sull'hardware esterno come circuito aperto, corto o livello fisso. In questo caso la Cpu continua a funzionare consentendo il tentativo di recupero della situazione. Il watchdog timer è in grado di far ripartire il sistema in caso di errore ma puo' anche generare un segnale verso l'esterno per disabilitare carichi pericolosi quali il bus Dc. Per la Cpu SH2 sono disponibili librerie che forniscono il supporto per la classe B, tali librerie supportano sia lo standard IEC60730 che lo standard Misra
Sviluppo e debug
Il compilatore C/C++ è disponibile gratuitamente fino a 256 Kbytes di codice e supporta il nuovo standard C99. Sono inoltre disponibili compilatori di terze parti così come un compilatore C/C++ completamente gratuito e integrato nell'ambiente di sviluppo Renesas. L'emulatore Jtag per SH/7216 consente sia il debug real-time che un real-time trace ad alte prestazioni. Lo stesso emulatore supporta tutta la famiglia SH così come le famiglie H8S e H8SX.
