Com'è noto, i microcontrollori a 32 bit continuano a guadagnare quote di mercato a danno delle architetture a 8 e 16 bit. Questa tendenza può essere rilevata anche nei dati pubblicati da Wsts: secondo questa fonte, infatti, a metà del 2010 il giro d'affari dei microcontrollori a 32 bit ha superato quello degli 8 bit e - grazie a un tasso di crescita annuo del 10% - ha raggiunto nel 2011 la quota di 6,2 miliardi di dollari. Il mercato dei microcontrollori a 8 bit, invece, è calato del 17% e nel 2011 si è attestato sui 4,4 miliardi di dollari. Tra le architetture a 32 bit di maggiore successo è certamente compresa Arm. Esiste tuttavia un segmento di mercato in cui i microcontrollori basati su core Arm non hanno ancora “sfondato”: si tratta delle applicazioni embedded più semplici, quelle che con espressione inglese vengono indicate come “entry level”. Questo segmento di mercato, peraltro, gode di ottima salute e comprende applicazioni di grande interesse come gli elettrodomestici, il controllo dei motori elettrici, la conversione dell'energia, gli apparati medicali, la strumentazione, l'illuminazione intelligente e molte altre; i requisiti di queste applicazioni, inoltre, tendono a crescere, ad esempio per quanto riguarda la potenza di calcolo e la riduzione dei consumi. Anche nei sistemi embedded “entry level”, quindi, l'adozione di microcontrollori basati su Arm potrebbe offrire vantaggi. Una nuova famiglia di Mcu recentemente presentata da Freescale, la serie Kinetis L, punta proprio a questo obiettivo: diffondere l'architettura Arm a 32 bit anche nelle applicazioni che tradizionalmente sono appannaggio dei microcontrollori a 8 bit. La serie Kinetis L è basata sul core Cortex-M0+, che si caratterizza per i consumi ridotti e per la facilità d'uso richiesta dagli sviluppatori abituati a lavorare con i microcontrollori a 8 bit. Alcune delle caratteristiche di Cortex-M0+ si devono anche al contributo fornito da Freescale, che ha collaborato con Arm nella fase di sviluppo. Grazie a questo rapporto privilegiato, Freescale è oggi il primo produttore di semiconduttori in grado presentare dispositivi basati sul nuovo core. Della serie Kinetis L abbiamo parlato con Jim Stuart, responsabile marketing di Freescale per l'industria e il multi-market dei microcontrollori.
Il core Arm Cortex-M0+
Basato su una pipeline ridotta a due soli stadi, il core Arm Cortex-M0+ è stato progettato appositamente con l'intento di offrire un'alternativa alle Mcu a 8 bit e con l'obiettivo di ridurre i consumi - pur mantenendo la compatibilità con gli altri core Cortex-M. Tra le caratteristiche volte a semplificare il lavoro degli sviluppatori abituati a lavorare con i microcontrollori a 8 bit sono comprese l'accesso a singolo ciclo agli I/O e alle periferiche principali, come GPIO, e lo spazio di indirizzamento lineare di 4 GB che consente di evitare il paging, semplificando il software. Il core offre inoltre altre caratteristiche di rilievo, tra cui l'unità di protezione della memoria che consente di separare le parti critiche del codice e dei dati dal resto dell'applicazione; la tavola dei vettori riposizionabile nella Ram; il micro trace buffer che consente di velocizzare il debug.
Riduzione dei costi
Come ha spiegato Stuart, uno degli aspetti importanti per favorire l'adozione delle Mcu a 32 bit nelle applicazioni tipiche degli 8 bit è il prezzo del dispositivo, che deve ovviamente essere piuttosto basso. Secondo Stuart, infatti, i nuovi dispositivi Kinetis L non rappresentano in assoluto il primo tentativo di diffondere Arm nel mercato degli 8 bit, ma le iniziative precedenti avevano avuto scarso successo anche a causa del prezzo elevato. Grazie alla scelta del giusto processo di fabbricazione, invece, Freescale è riuscita a realizzare dispositivi decisamente economici. Anche le
caratteristiche del core Cortex-M0+ hanno contribuito al contenimento dei costi, poiché il processore consente di produrre un codice molto compatto e quindi di diminuire le dimensioni della memoria integrata sul chip. Ovviamente la licenza del nuovo core Cortex-M0+ sarà concessa anche a molti altri produttori di semiconduttori, ma - sostiene Stuart - la stretta collaborazione con Arm ha consentito a Freescale di guadagnare un vantaggio di sei mesi rispetto alla concorrenza.
Bassi consumi
Come si è detto, l'architettura del core Arm Cortex-M0+ è stata ottimizzata anche in funzione della riduzione dei consumi; a questo risultato ha però contribuito anche la particolare implementazione scelta da Freescale, per quanto riguarda sia il processo di fabbricazione (thin film storage a 90 nanometri, caratterizzato da basse perdite), sia le ottimizzazioni ottenute a livello di chip: le periferiche integrate, infatti, sono dotate di un certo livello di intelligenza che consente ad esse di assumere decisioni ed elaborare dati senza svegliare la Cpu. Il risultato: un assorbimento di corrente di 9 μA/MHz a fronte di prestazioni di 1,77 CoreMark/MHz.
Compatibilità verso l'alto
Il set di istruzioni di Cortex-M0+ è un sottoinsieme dei set di istruzioni di Cortex-M3 e Cortex-M4 ed è compatibile al 100% con Cortex-M0. I dispositivi della serie Kinetis L sono inoltre compatibili a livello di software e di piedinatura con le Mcu Freescale della serie Kinetis K. Ciò offre quindi agli utilizzatori un percorso per “migrare” da soluzioni entry level basate su Cortex-M0+ fino a soluzioni molto più potenti basate su Cortex-M4. Anche la nuova serie L può contare su una completa dotazione di strumenti software tra cui l'ambiente di sviluppo CodeWarrior, il sistema operativo in tempo reale MQX, middleware, oltre che sull'ecosistema Arm. Con l'aggiunta della serie Kinetis L, Freescale amplia ulteriormente la propria offerta di microcontrollori basati sui core Arm Cortex-M, comprendente anche le serie Kinetis K (Arm Cortex-M4 a 150 MHz) e Kinetis X (Arm Cortex-M4 a 200 MHz), per un totale di oltre trecento modelli. Stando ai dati diffusi da Freescale a marzo 2012, il sistema operativo MQX è già stato installato in oltre 15.000 applicazioni.
