No hace mucho tiempo, los sistemas integrados eran costosos y complejos, lo que limitaba su uso a aplicaciones tan sofisticadas como los sistemas de control de cohetes. Ahora parece que los microcontroladores integrados (MCU) de bajo costo están en todos lados, desde monitores de salud que se usan en la muñeca hasta drones que se controlan con un teléfono inteligente. Además de la cantidad cada vez mayor de productos electrónicos de consumidores, las aplicaciones industriales como los sistemas de control de vehículos y los nuevos dispositivos inteligentes conectados como los medidores de electricidad inteligentes dependen del software integrado y las MCU.
De hecho, aunque cada año se usan más de 6 mil millones de microprocesadores nuevos, solo alrededor de 100 millones de dispositivos (menos del 2 por ciento) de ese total se utilizan en computadoras de propósito general. El resto aparece en nuestras cocinas (máquinas para hacer pan, procesadores de alimentos y hornos microondas), salas de estar (televisores, estéreos y controles remotos) y lugares de trabajo (máquinas de fax, localizadores, impresoras láser, cajas registradoras y lectores de tarjetas de crédito). Al menos un estudio sugiere que este enorme mercado de sistemas integrados en crecimiento alcanzará los USD 194 270 millones para el año 2018.
Además del bajo costo, el bajo consumo de energía y la mayor eficiencia de las MCU de la actualidad también contribuyen al crecimiento en el mercado de los sistemas integrados. Estas capacidades no solo permiten que los ingenieros de aplicaciones creen nuevos tipos de aplicaciones alimentadas por batería, sino que también hacen posible agregar nuevas funcionalidades (como interfaces táctiles capacitivas o conectividad inalámbrica) a sus productos.
Al comienzo de la evolución de la industria de sistemas integrados, Atmel® reconoció que las MCU serían omnipresentes. Como resultado, la compañía realizó una investigación y un desarrollo exhaustivos para mejorar sus tecnologías de procesamiento integrado. Esta ventaja ayudó a hacer de Atmel uno de los fabricantes de microcontroladores líderes en el mundo. Atmel ha asumido un fuerte compromiso para fomentar la expansión y adopción de los nuevos dispositivos de la Internet de las cosas, y pasó a una posición de liderazgo en el mercado de la IoT. Este enfoque dio origen a varias mejoras para las arquitecturas de MCU basadas en Atmel AVR® y Atmel ǀ SMART ARM®.
Desde la aplicación más simple como un control de puerta de garaje hasta un sistema automotriz integrado sólido y seguro, la amplia cartera de proveedores de MCU de Atmel brinda varias opciones para cualquier aplicación, ya sea de 8 o de 32 bits. Estas MCU ofrecen un rendimiento líder en la industria y eficiencia energética.
Los dispositivos no solo están diseñados para funcionar en conjunto, sino que también están perfectamente conectados a través de un ecosistema de tecnologías de terceros y Atmel. Atmel Studio, un entorno de desarrollo integrado
(IDE) gratuito que funciona a la perfección en todas las arquitecturas de 8 y de 32 bits, completa esta cartera. Por ejemplo, los diseñadores pueden agregar conectividad inalámbrica fácilmente a los diseños actuales o planificarla en iteraciones futuras de sus diseños. También pueden aprovechar las tecnologías de CryptoAuthentication™ integradas o externas para asegurarse de que los diseños cubran las crecientes necesidades de seguridad.
Además de las herramientas gratuitas como Atmel Studio, Atmel tiene un amplio ecosistema de socios comerciales que ofrecen herramientas de depuración y desarrollo con soporte profesional, RTOS y soluciones de middleware y servicios de diseño. El acceso a esta amplia gama de herramientas de desarrollo comercial, con sus canales de soporte dedicado y tiempos de respuesta garantizados, pueden reducir el tiempo de comercialización significativamente.
La tecnología Atmel AVR es una de las arquitecturas de 8 bits líderes en la industria. Optimizada para reducir el tiempo de comercialización, se basa en la arquitectura de códigos más eficiente del sector para programaciones C
y de montaje. Ninguna otra MCU de 8 bits ofrece un mayor rendimiento de sistemas de computación con una mejor eficiencia energética. De hecho, los dispositivos AVR realizan cerca de 1 MIPS por MHz.
La arquitectura AVR también se ha convertido en sinónimo de facilidad de uso, lo que hace que los dispositivos AVR sean la opción más atractiva para que los estudiantes y entusiastas conozcan más acerca de las arquitecturas informáticas y la programación integrada. El núcleo del procesador AVR fue una de las primeras MCU en usar memoria Flash en chip para el almacenamiento de memoria de los programas. Además, la arquitectura AVR permite la reprogramación en el sistema. Desde la presentación del núcleo AVR en 1997, su facilidad de uso lo ha convertido en el motor de procesamiento preferido para una gran variedad de aplicaciones. También se usa en un sinfín de proyectos integrados en universidades y en proyectos creativos en todo el mundo. La opción de utilizar AVR en la conocida plataforma de desarrollo de fuente abierta Arduino prueba aún más el éxito y la facilidad de uso de esta arquitectura. Y la cantidad de proyectos exitosos financiados colectivamente que se iniciaron desde un dispositivo Atmel AVR aumenta a diario.
Además de las MCU de propósito general, Atmel ofrece una amplia gama de dispositivos basados en AVR específicos de aplicaciones adecuados para iluminación, baterías inteligentes y aplicaciones automotrices e industriales. Un ámbito de aplicaciones grande y de rápido crecimiento es la conexión inalámbrica. De hecho, RF se está convirtiendo rápidamente en un estándar periférico en las MCU de Atmel de todos los tamaños y anchos de banda.
Una de las numerosas razones para elegir los dispositivos Atmel AVR es que no solo son los más fáciles de usar, sino que también son las MCU de más baja energía. Con su diseño de códigos eficientes y ejecución de ciclo único, también ofrecen un mejor procesamiento que los productos de 8 bits comparables. Es importante tener en cuenta que el conjunto de códigos en la arquitectura AVR se optimizó para el código C en comparación con el idioma de montaje desde el comienzo. En parte, esto se debe a que el diseño AVR se creó después de la llegada de C como el idioma estándar de facto para el desarrollo integrado. De hecho, los creadores originales de AVR trabajaron estrechamente con los escritores de compiladores en IAR Systems (el creador sueco de depuradores y compiladores C y C++ líder del mercado) para asegurarse de que el conjunto de instrucciones proporcionado posibilitara una compilación más eficiente de idiomas de alto nivel. Esta colaboración fue decisiva en la optimización de las instrucciones para C, y brinda a los usuarios la posibilidad de escribir las instrucciones en dos ubicaciones, lo que permite la ejecución de ciclo único de recuperación (tanto el exe como los datos, ejecutar y reescribir).
Atmel continúa mejorando la cartera AVR con innovación y modificaciones constantes. Por ejemplo, la baja energía líder en la industria de los dispositivos AVR no solo se origina en el diseño de arquitectura eficiente, sino también en características como el sistema único de eventos Atmel, que permite que los periféricos se comuniquen directamente entre sí sin involucrar los recursos del bus o la CPU.
Situaciones como esta garantizan un cambio a una arquitectura del procesador de 32 bits como la familia del procesador ARM Cortex®. A veces, los diseñadores quieren cambiar a 32 bits con anticipación, antes de quedarse sin potencia en una arquitectura
de 8 bits, simplemente para realizar una prueba a futuro de su producto porque, con algunos fabricantes, el código de 8 bits no puede volver a utilizarse cuando el diseño cambia a 32 bits.
Combinando eficiencia energética con rendimiento líder en la industria, las MCU basadas en Atmel | SMART ARM se desarrollan a partir de décadas de innovación y primicias industriales, incluida la primera memoria Flash en chip. Ofrecen una facilidad de uso de 8 bits en una MCU de 32 bits, y van desde dispositivos de nivel básico a productos basados en Flash altamente integrados con conectividad extensiva, mejores interfaces y seguridad impenetrable. Estas MCU avanzadas basadas en Atmel ARM están diseñadas para optimizar el control de sistemas y la administración de interfaces de usuario.
Cuando los diseños exigen mayor potencia de procesamiento, estos chips ofrecen un rendimiento más de diez veces superior de la MCU de 8 bits. Y aún así, estos chips de 32 bits ofrecen una notable operación de baja energía. De hecho, Atmel | SMART SAM L21 de potencia ultrabaja es la MCU basada en ARM de 32 bits de menor consumo de energía en el mundo.
¿Qué significa esta baja potencia en las aplicaciones de hoy? En un dispositivo usable con función táctil o para sensores en la Internet de las cosas, por ejemplo, los dispositivos pueden ejecutar más de una década en una única batería. El SAM L21 usa menos de un tercio del consumo de energía de las soluciones competitivas y puede ejecutarse en modo activo hasta 35 uA/MHz y retener 32 kB de memoria Flash mientras ejecuta un reloj en tiempo real a 940 nA. Únicamente logra este consumo de energía ultrabajo en el modo activo sin tener que limitar el tamaño de SRAM o la memoria Flash, lo que lo hace ideal para la IoT, bandas de seguimiento del estado físico, medición inteligente, dispositivos de interfaces humanas y otras aplicaciones alimentadas por batería en las que se necesitan memorias integradas grandes. Para descargar la CPU, también se han distribuido tareas de uso intensivo de informática como la detección táctil capacitiva a periféricos independientes más inteligentes. Para simplificar más el flujo de programas y reducir el consumo de energía, estos periféricos se interconectan con sistemas de eventos y sleepwalking para permitir la operación sin intervención de la CPU.
Al igual que la arquitectura Atmel AVR, la arquitectura ARM se basa en una arquitectura informática de conjunto de instrucciones reducidas (RISC) que requiere un número de transistores considerablemente inferior a las arquitecturas heredadas como MIPS. Ofrece varias ventajas, como un tamaño de programa menor y tiempo de desarrollo de software más rápido.
Además, Atmel ha mejorado sus productos basados en ARM con una serie de innovaciones únicas como el módulo SERCOM que permite a los diseñadores básicamente mezclar y combinar hasta cinco USART. Esta característica no solo reduce los costos de la BOM, sino que también ofrece más flexibilidad de diseño.
Las MCU basadas en Atmel ǀ SMART ARM son escalables, compatibles, fáciles de usar y tienen eficiencia energética. Para los consumidores de Atmel, otra ventaja clave es una mejor reutilización de software, lo que no solo facilita el desplazamiento hacia arriba y hacia abajo en las familias Atmel | SMART, sino que también simplifica la migración de las MCU de Atmel AVR de 8 bits a dispositivos de 32 bits en la familia Atmel | SMART como el microcontrolador basado en SAM D21 Cortex-M0+-.
El entorno tecnológico dinámico que rodea los núcleos ARM ofrece otra importante ventaja. El uso de los procesadores de arquitectura ARM en teléfonos inteligentes y tabletas como iPad, Android y Windows RT se traduce en una competencia que impulsa una innovación rápida y también un sólido conjunto de grupos de usuarios y socios de tecnología de clase mundial que respaldan estos sistemas.
Las MCU de Atmel | SMART también son admitidas por un ecosistema de primera categoría con una amplia lista de socios y software y herramientas integrales, incluido Atmel Studio gratuito. Esto significa que los diseñadores no necesitan depender de un proveedor externo.
La cartera ofrece diferentes modelos basados en las necesidades de los clientes, desde dispositivos de nivel básico (como el SAMD10) a MCU con todas las funciones (como el SAM D21). Además, estos dispositivos utilizan la misma cadena de herramientas, arquitectura y código, lo que facilita el desplazamiento hacia arriba o hacia abajo en la cadena de familias y la reutilización de códigos.
Por último, estos dispositivos vienen en varias opciones de paquetes, incluido el paquete de escala de chip a nivel de oblea (WLCSP) más pequeño del mundo. Además, una distancia entre bolas de 0.454 mm ofrece una ventaja de altura significativa para los dispositivos móviles y usables. Además, un diseño único de paquete sin tapa maximiza la cantidad de pines de E/S debido a que el regulador IDO y los pines de reseteo pueden resetearse para funcionar como pines de E/S.
Además del bajo costo, el bajo consumo de energía y la mayor eficiencia de las MCU de la actualidad también contribuyen al crecimiento en el mercado de los sistemas integrados. Estas capacidades no solo permiten que los ingenieros de aplicaciones creen nuevos tipos de aplicaciones alimentadas por batería, sino que también hacen posible agregar nuevas funcionalidades (como interfaces táctiles capacitivas o conectividad inalámbrica) a sus productos.
Al comienzo de la evolución de la industria de sistemas integrados, Atmel® reconoció que las MCU serían omnipresentes. Como resultado, la compañía realizó una investigación y un desarrollo exhaustivos para mejorar sus tecnologías de procesamiento integrado. Esta ventaja ayudó a hacer de Atmel uno de los fabricantes de microcontroladores líderes en el mundo. Atmel ha asumido un fuerte compromiso para fomentar la expansión y adopción de los nuevos dispositivos de la Internet de las cosas, y pasó a una posición de liderazgo en el mercado de la IoT. Este enfoque dio origen a varias mejoras para las arquitecturas de MCU basadas en Atmel AVR® y Atmel ǀ SMART ARM®.
Desde la aplicación más simple como un control de puerta de garaje hasta un sistema automotriz integrado sólido y seguro, la amplia cartera de proveedores de MCU de Atmel brinda varias opciones para cualquier aplicación, ya sea de 8 o de 32 bits. Estas MCU ofrecen un rendimiento líder en la industria y eficiencia energética.
Los dispositivos no solo están diseñados para funcionar en conjunto, sino que también están perfectamente conectados a través de un ecosistema de tecnologías de terceros y Atmel. Atmel Studio, un entorno de desarrollo integrado
(IDE) gratuito que funciona a la perfección en todas las arquitecturas de 8 y de 32 bits, completa esta cartera. Por ejemplo, los diseñadores pueden agregar conectividad inalámbrica fácilmente a los diseños actuales o planificarla en iteraciones futuras de sus diseños. También pueden aprovechar las tecnologías de CryptoAuthentication™ integradas o externas para asegurarse de que los diseños cubran las crecientes necesidades de seguridad.
Además de las herramientas gratuitas como Atmel Studio, Atmel tiene un amplio ecosistema de socios comerciales que ofrecen herramientas de depuración y desarrollo con soporte profesional, RTOS y soluciones de middleware y servicios de diseño. El acceso a esta amplia gama de herramientas de desarrollo comercial, con sus canales de soporte dedicado y tiempos de respuesta garantizados, pueden reducir el tiempo de comercialización significativamente.
Innovación de 8 bits
Cuando las aplicaciones no hacen un uso intensivo de los recursos informáticos, las MCU de 8 bits ofrecen un procesamiento con consumo eficiente de energía y alto rendimiento, lo que explica porqué continúan disfrutando de amplios logros de diseño en prácticamente todos los sectores del mercado. De acuerdo con los datos sobre el circuito integrado, hacia 2017, las MCU de 8 bits representarán una participación de unidades del 28 %.La tecnología Atmel AVR es una de las arquitecturas de 8 bits líderes en la industria. Optimizada para reducir el tiempo de comercialización, se basa en la arquitectura de códigos más eficiente del sector para programaciones C
y de montaje. Ninguna otra MCU de 8 bits ofrece un mayor rendimiento de sistemas de computación con una mejor eficiencia energética. De hecho, los dispositivos AVR realizan cerca de 1 MIPS por MHz.
La arquitectura AVR también se ha convertido en sinónimo de facilidad de uso, lo que hace que los dispositivos AVR sean la opción más atractiva para que los estudiantes y entusiastas conozcan más acerca de las arquitecturas informáticas y la programación integrada. El núcleo del procesador AVR fue una de las primeras MCU en usar memoria Flash en chip para el almacenamiento de memoria de los programas. Además, la arquitectura AVR permite la reprogramación en el sistema. Desde la presentación del núcleo AVR en 1997, su facilidad de uso lo ha convertido en el motor de procesamiento preferido para una gran variedad de aplicaciones. También se usa en un sinfín de proyectos integrados en universidades y en proyectos creativos en todo el mundo. La opción de utilizar AVR en la conocida plataforma de desarrollo de fuente abierta Arduino prueba aún más el éxito y la facilidad de uso de esta arquitectura. Y la cantidad de proyectos exitosos financiados colectivamente que se iniciaron desde un dispositivo Atmel AVR aumenta a diario.
Además de las MCU de propósito general, Atmel ofrece una amplia gama de dispositivos basados en AVR específicos de aplicaciones adecuados para iluminación, baterías inteligentes y aplicaciones automotrices e industriales. Un ámbito de aplicaciones grande y de rápido crecimiento es la conexión inalámbrica. De hecho, RF se está convirtiendo rápidamente en un estándar periférico en las MCU de Atmel de todos los tamaños y anchos de banda.
Una de las numerosas razones para elegir los dispositivos Atmel AVR es que no solo son los más fáciles de usar, sino que también son las MCU de más baja energía. Con su diseño de códigos eficientes y ejecución de ciclo único, también ofrecen un mejor procesamiento que los productos de 8 bits comparables. Es importante tener en cuenta que el conjunto de códigos en la arquitectura AVR se optimizó para el código C en comparación con el idioma de montaje desde el comienzo. En parte, esto se debe a que el diseño AVR se creó después de la llegada de C como el idioma estándar de facto para el desarrollo integrado. De hecho, los creadores originales de AVR trabajaron estrechamente con los escritores de compiladores en IAR Systems (el creador sueco de depuradores y compiladores C y C++ líder del mercado) para asegurarse de que el conjunto de instrucciones proporcionado posibilitara una compilación más eficiente de idiomas de alto nivel. Esta colaboración fue decisiva en la optimización de las instrucciones para C, y brinda a los usuarios la posibilidad de escribir las instrucciones en dos ubicaciones, lo que permite la ejecución de ciclo único de recuperación (tanto el exe como los datos, ejecutar y reescribir).
Atmel continúa mejorando la cartera AVR con innovación y modificaciones constantes. Por ejemplo, la baja energía líder en la industria de los dispositivos AVR no solo se origina en el diseño de arquitectura eficiente, sino también en características como el sistema único de eventos Atmel, que permite que los periféricos se comuniquen directamente entre sí sin involucrar los recursos del bus o la CPU.
El ecosistema industrial fomenta las mejores MCU de 32 bits
A medida que los productos de consumidores y las aplicaciones industriales adquieren una mayor complejidad e incorporan características más avanzadas como interfaces táctiles y conectividad inalámbrica, se incrementa la necesidad de rendimiento y escalabilidad. En una aplicación simple como un sensor de nivel de agua, por ejemplo, una MCU de 8 bits puede ofrecer la combinación ideal de rentabilidad y rendimiento. Sin embargo, cuando se pasa a muchos sensores de nivel de agua vinculados a través de una aplicación basada en la nube, se incrementará la complejidad de las necesidades de diseño. Conectarse aInternet requeriría suficientes caballos de fuerza para ejecutar una pila TCIP. TCIP es un protocolo complicado y requiere almacenamiento en búfer RAM, lo que sugiere la necesidad de mayor memoria Flash y RAM, y seguridad para cifrar el tráfico de datos hacia y desde la red. O, por ejemplo, muchos diseños requieren interfaces táctiles capacitivas, que precisan más potencia de procesamiento.
Situaciones como esta garantizan un cambio a una arquitectura del procesador de 32 bits como la familia del procesador ARM Cortex®. A veces, los diseñadores quieren cambiar a 32 bits con anticipación, antes de quedarse sin potencia en una arquitectura
de 8 bits, simplemente para realizar una prueba a futuro de su producto porque, con algunos fabricantes, el código de 8 bits no puede volver a utilizarse cuando el diseño cambia a 32 bits.
Combinando eficiencia energética con rendimiento líder en la industria, las MCU basadas en Atmel | SMART ARM se desarrollan a partir de décadas de innovación y primicias industriales, incluida la primera memoria Flash en chip. Ofrecen una facilidad de uso de 8 bits en una MCU de 32 bits, y van desde dispositivos de nivel básico a productos basados en Flash altamente integrados con conectividad extensiva, mejores interfaces y seguridad impenetrable. Estas MCU avanzadas basadas en Atmel ARM están diseñadas para optimizar el control de sistemas y la administración de interfaces de usuario.
Cuando los diseños exigen mayor potencia de procesamiento, estos chips ofrecen un rendimiento más de diez veces superior de la MCU de 8 bits. Y aún así, estos chips de 32 bits ofrecen una notable operación de baja energía. De hecho, Atmel | SMART SAM L21 de potencia ultrabaja es la MCU basada en ARM de 32 bits de menor consumo de energía en el mundo.
¿Qué significa esta baja potencia en las aplicaciones de hoy? En un dispositivo usable con función táctil o para sensores en la Internet de las cosas, por ejemplo, los dispositivos pueden ejecutar más de una década en una única batería. El SAM L21 usa menos de un tercio del consumo de energía de las soluciones competitivas y puede ejecutarse en modo activo hasta 35 uA/MHz y retener 32 kB de memoria Flash mientras ejecuta un reloj en tiempo real a 940 nA. Únicamente logra este consumo de energía ultrabajo en el modo activo sin tener que limitar el tamaño de SRAM o la memoria Flash, lo que lo hace ideal para la IoT, bandas de seguimiento del estado físico, medición inteligente, dispositivos de interfaces humanas y otras aplicaciones alimentadas por batería en las que se necesitan memorias integradas grandes. Para descargar la CPU, también se han distribuido tareas de uso intensivo de informática como la detección táctil capacitiva a periféricos independientes más inteligentes. Para simplificar más el flujo de programas y reducir el consumo de energía, estos periféricos se interconectan con sistemas de eventos y sleepwalking para permitir la operación sin intervención de la CPU.
Al igual que la arquitectura Atmel AVR, la arquitectura ARM se basa en una arquitectura informática de conjunto de instrucciones reducidas (RISC) que requiere un número de transistores considerablemente inferior a las arquitecturas heredadas como MIPS. Ofrece varias ventajas, como un tamaño de programa menor y tiempo de desarrollo de software más rápido.
Además, Atmel ha mejorado sus productos basados en ARM con una serie de innovaciones únicas como el módulo SERCOM que permite a los diseñadores básicamente mezclar y combinar hasta cinco USART. Esta característica no solo reduce los costos de la BOM, sino que también ofrece más flexibilidad de diseño.
Las MCU basadas en Atmel ǀ SMART ARM son escalables, compatibles, fáciles de usar y tienen eficiencia energética. Para los consumidores de Atmel, otra ventaja clave es una mejor reutilización de software, lo que no solo facilita el desplazamiento hacia arriba y hacia abajo en las familias Atmel | SMART, sino que también simplifica la migración de las MCU de Atmel AVR de 8 bits a dispositivos de 32 bits en la familia Atmel | SMART como el microcontrolador basado en SAM D21 Cortex-M0+-.
El entorno tecnológico dinámico que rodea los núcleos ARM ofrece otra importante ventaja. El uso de los procesadores de arquitectura ARM en teléfonos inteligentes y tabletas como iPad, Android y Windows RT se traduce en una competencia que impulsa una innovación rápida y también un sólido conjunto de grupos de usuarios y socios de tecnología de clase mundial que respaldan estos sistemas.
Las MCU de Atmel | SMART también son admitidas por un ecosistema de primera categoría con una amplia lista de socios y software y herramientas integrales, incluido Atmel Studio gratuito. Esto significa que los diseñadores no necesitan depender de un proveedor externo.
La cartera ofrece diferentes modelos basados en las necesidades de los clientes, desde dispositivos de nivel básico (como el SAMD10) a MCU con todas las funciones (como el SAM D21). Además, estos dispositivos utilizan la misma cadena de herramientas, arquitectura y código, lo que facilita el desplazamiento hacia arriba o hacia abajo en la cadena de familias y la reutilización de códigos.
Por último, estos dispositivos vienen en varias opciones de paquetes, incluido el paquete de escala de chip a nivel de oblea (WLCSP) más pequeño del mundo. Además, una distancia entre bolas de 0.454 mm ofrece una ventaja de altura significativa para los dispositivos móviles y usables. Además, un diseño único de paquete sin tapa maximiza la cantidad de pines de E/S debido a que el regulador IDO y los pines de reseteo pueden resetearse para funcionar como pines de E/S.