Microcontrollo e comunicazione convergono

MICROCONTROLLORI –

I microcontrollori rappresentano la tecnologia di computing più importante per le applicazioni embedded e l’innovazione in questo campo punta a soluzioni sempre più vantaggiose in termini di prestazioni.

Texas Instruments ha recentemente ampliato la sua offerta di microcontrollori ad elevate prestazioni basati sull’architettura Dsp della famiglia C2000 destinata al controllo in tempo reale in applicazioni embedded. I nuovi microcontrollori della famiglia C2000 Piccolo dispongono di core in virgola mobile e di funzionalità di computing dedicato come la Vcu (Viterbi Complex Math Unit). Questa nuova famiglia completa l’offerta di microcontrollori in virgola mobile della famiglia Delfino, mantenendo il basso costo della famiglia di microcontrollori in virgola mobile Piccolo. I nuovi microcontrollori in virgola mobile a basso costo sono i TMS320F2806x Piccolo, una famiglia di processori particolarmente efficienti per applicazioni come i gli inverter in dispositivi per la produzione di energia solare e più in generale per il controllo motore in sistemi molto sensibile ai costi e ai consumi energetici, malgrado le elevate prestazioni richieste. Peculiarità di questi microcontrollori è la capacità di gestire sia il loop di controllo che la comunicazione Plc (Power line communication).

Il vantaggio della virgola mobile
I processori in virgola mobile (floating-point) offrono numerosi vantaggi nello sviluppo di applicazioni in cui devono essere implementati algoritmi di elaborazione numerica del segnale abbastanza complessi e sensibili alla precisione del calcolo, ma allo stesso tempo penalizzano le applicazioni rispetto ai requisiti tipici dell’embedding: basso costo, piccole dimensioni e basso consumo di potenza elettrica. I microcontrollori, data la loro destinazione alle applicazioni embedded, hanno da sempre adottato la soluzione dell’architettura computazionale in virgola fissa (fixed-point) per ottenere quelle prestazioni necessarie a far funzionare adeguatamente gli algoritmi di signal processing richiesti. Le architetture fixed-point rendono però più complessa e difficile la programmazione basata su linguaggi ad alto livello e l’utilizzo di strumenti metalinguistici. L’architettura floating-point del microcontrollore F2806x Piccolo di Texas Instruments, che integra un processore matematico basato sul core C28x operante in virgola mobile e operante alla frequenza di clock di solo 80 MHz, consente di soddisfare i requisiti applicativi delle applicazioni embedded anche più stringenti e allo stesso tempo consente l’utilizzo di strumenti software ad elevato livello di astrazione. All’architettura programmabile di computing di natura generale, questo microcontrollore affianca anche quella dedicata come il Cla (Control Law Accelerator) e la Vcu (Viterbi Complex Math Unit). La nuova complessa unità matematica Vcu offre 75 istruzioni matematiche adattate per accelerare fino a sette volte l'elaborazione degli algoritmi di comunicazione come quelli per Plc.

Le caratteristiche di sistema
Una delle peculiarità della nuova famiglia di microcontrollori con prestazioni Dsp F2806x è la sua natura system-on-chip. Questa famiglia di microcontrollori ottimizza, oltre alle prestazioni computazionali, anche l’integrazione di sistema. Il vantaggio per lo sviluppatore è la semplicità di utilizzo. I microcontrollori F2806x offrono un’ampia gamma di opzioni per la connettività e di memoria, fondamentali entrambi per soddisfare adeguatamente i requisiti di embedding in ambiti applicativi come il controllo e la misura. La connettività viene supportata a vari livelli, Usb 2.0 a velocità massima (host e dispositivo), Can e Dma (Direct memory access). Le opzioni di memoria riguardano la Ram da 52 a 100 KB, la Flash da 128 a 256 KB. Le periferiche di controllo includono i Pwm ad alta risoluzione (150 ps), gli Adc (analog-to-digital converter) a 3 Megasample/sec con risoluzione a 12 bit e 3 comparatori analogici.

Un’architettura flessibile
Uno delle più interessanti peculiarità del F28x è nella sua architettura di core che consente di aggiungere nuove istruzioni quando queste sono richieste dalle applicazioni. Ciò consente a Texas Instruments di realizzare nuove famiglie di microcontrollori particolarmente ottimizzati rispetto all’applicazione. Grazie alla soluzione di coprocessing come la Vcu, Texas Instruments è in grado di espandere il set di istruzioni di questa famiglia di processori, senza intervenire sulla Fpu. L’introduzione di nuove istruzioni utilizzando un sistema di coprocessing che si integra nella pipeline esecutiva della Fpu consente da una parte di limitare la crescita dei Mips (quindi del clock) della Fpu e dall’altra di conferire al microcontrollore una serie di capacità aggiuntive che permettono allo sviluppatore di estendere la funzionalità della sua applicazione senza aumentare la complessità del sistema. Nel caso della nuova famiglia di microcontrollori F2806x, oltre al controllo motore efficiente, lo sviluppatore può affrontare la problematica della comunicazione sulle linee di potenza, senza dover ricorrere a un altro dispositivo per l’implementazione dei complessi algoritmi necessari. La convergenza tra controllo e comunicazione è ormai un’importante tendenza innovativa nella gestione intelligente dell’energia relativamente ad aspetti di monitoraggio, gestione remota e automazione dei sistemi, soprattutto quelli relativi all’energia rinnovabile.

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