Non molto tempo fa, i sistemi integrati erano costosi e complessi e il loro impiego era limitato ad applicazioni altamente sofisticate, come i sistemi di controllo missilistici. Ora, sembra che i microcontroller integrati a basso costo (MCU) siano ovunque: dai dispositivi sanitari indossabili ai droni azionabili tramite smartphone. Oltre al numero in rapida crescita di prodotti elettronici di consumo, le applicazioni industriali come i sistemi di controllo dei veicoli e i nuovi dispositivi connessi come i misuratori elettrici smart si affidano a software integrato e MCU.
Infatti, benché vengano utilizzati oltre 6 miliardi di nuovi microprocessori ogni anno, solo circa 100 milioni di dispositivi (meno del 2%) sul numero totale vengono utilizzati in computer di uso generale. I rimanenti trovano posto in cucina (macchine per il pane, robot da cucina e forni a microonde), in soggiorno (televisioni, stereo e telecomandi) e sul posto di lavoro (fax, cercapersone, stampanti laser, registratori di cassa e lettori di carte di credito). Uno studio prevede che l'enorme mercato in crescita dei sistemi integrati raggiungerà un fatturato di USD 194,27 miliardi entro il 2018.
Oltre al basso costo, anche le caratteristiche di consumo ridotto e maggiore efficienza degli MCU contribuiscono alla crescita nel mercato dei sistemi integrati. Queste caratteristiche non solo permettono ai progettisti di creare nuovi tipi di applicazioni alimentate a batterie, ma consentono anche di aggiungere nuove funzionalità, ad esempio le interfacce touch capacitive o la connettività wireless, ai loro prodotti.
Nella prima fase dell'evoluzione del settore dei sistemi integrati, Atmel® ha compreso che gli MCU si sarebbero diffusi ovunque. Per questo, la società ha dedicato ingenti risorse di ricerca e sviluppo per migliorare le tecnologie di elaborazione integrate. Grazie a questa partenza in vantaggio, Atmel è uno dei produttori di microcontroller leader nel mondo. Atmel ha contribuito con grande impegno a incrementare ulteriormente l'espansione e l'adozione dei nuovi dispositivi Internet delle cose, conquistando presto una posizione di leadership nel mercato IoT. Questa attenzione mirata ha portato vari miglioramenti alle architetture MCU basate su Atmel AVR® e Atmel ǀ SMART ARM®.
Dall'applicazione più semplice, come il controllo del portone di un garage, a un sistema solido e sicuro per i cruscotti delle auto, l'ampio portafoglio di MCU di Atmel offre varie opzioni per qualsiasi applicazione, sia a 8 che a 32 bit. Questi MCU garantiscono prestazioni leader del settore ed efficienza energetica.
I dispositivi non vengono solo progettati per funzionare insieme, ma sono anche connessi con continuità attraverso un ecosistema di tecnologie di Atmel e di terze parti. Atmel Studio, un ambiente di sviluppo integrato
(IDE) gratuito che funziona indistintamente su tutte le architetture Atmel a 8 e a 32 bit, completa il portafoglio. Ad esempio, i progettisti possono aggiungere con facilità la connettività wireless a progetti esistenti o pianificarne l'introduzione nelle iterazioni future dei progetti. In alternativa, possono utilizzare le tecnologie di CryptoAuthentication™ integrate o esterne per garantire la conformità dei progetti alle crescenti esigenze di sicurezza.
Oltre a strumenti gratuiti come Atmel Studio, Atmel ha un ampio ecosistema di partner commerciali che offrono strumenti di sviluppo e debug professionali, soluzioni RTOS e middleware e servizi di progettazione. L'accesso a questa ampia gamma di strumenti di sviluppo commerciali, con canali di supporto dedicati e tempi di risposta garantiti, può ridurre in modo significativo il time-to-market.
La tecnologia AVR di Atmel è una delle principali architetture a 8 bit del settore. Ottimizzata per ridurre il time-to-market, è basata sull'architettura più efficiente in termini di codice del settore per la programmazione in C e di
assemblaggio. Nessun altro MCU a 8 bit garantisce prestazioni di elaborazione maggiori con un'efficienza energetica migliore. Infatti, i dispositivi AVR elaborano quasi 1 MIPS per MHz.
L'architettura AVR è anche diventata sinonimo di facilità di utilizzo, rendendo i dispositivi AVR la scelta ideale per studenti e per chi è appassionato di architetture di computer e programmazione integrata. Il core processore AVR è stato uno dei primi MCU a utilizzare la memoria flash on-chip per l'archiviazione dei programmi. Inoltre, l'architettura AVR consente la riprogrammazione nel sistema. Dall'introduzione del core AVR nel 1997, la sua facilità di utilizzo lo ha reso il motore di elaborazione preferito in una vasta gamma di applicazioni. È anche utilizzato in una miriade di progetti integrati delle università e dei maker di tutto il mondo. La scelta di utilizzare AVR nella notissima piattaforma di sviluppo open-source Arduino è un'ulteriore prova del successo e della facilità di utilizzo di questa architettura. Inoltre, il numero di progetti di crowd-funding realizzati che sono stati avviati da un dispositivo AVR Atmel cresce ogni giorno.
Oltre agli MCU di utilizzo generale, Atmel offre una vasta gamma di dispositivi AVR specifici per applicazioni di illuminazione, risparmio batterie, industriali e del settore automobilistico. Un'area di applicazioni importante e in costante crescita è quella wireless. In effetti, le periferiche RF stanno rapidamente diventando lo standard negli MCU Atmel di qualsiasi dimensione e ampiezza di banda.
Tra i molti motivi per scegliere i dispositivi AVR Atmel è che non sono solo gli MCU più facili da utilizzare, ma anche quelli più efficienti in termini di consumo energetico. Con il progetto che utilizza il codice in modo efficiente e l'esecuzione a singolo ciclo, garantiscono anche le migliori caratteristiche di elaborazione rispetto a prodotti a 8 bit analoghi. È importante notare che il codice impostato nell'architettura AVR è stato ottimizzato dall'inizio per il codice C rispetto al linguaggio di assemblaggio. Ciò dipende parzialmente dal fatto che il progetto AVR è stato inventato dopo l'avvento di C come il linguaggio standard per lo sviluppo integrato. In effetti, i creatori originali di AVR hanno lavorato a stretto contatto con gli autori di compilatori di IAR Systems, maker svedese leader del settore di debugger e compilatori C e C++, per garantire che il set di istruzioni offrisse una compilazione più efficiente rispetto ai linguaggi di alto livello. Questa collaborazione è stata fondamentale per ottimizzare le istruzioni per C e ha dato agli utenti la possibilità di scrivere le istruzioni in due posizioni, consentendo l'esecuzione a singolo ciclo del recupero (exe e dati, esecuzione e writeback).
Atmel continua a migliorare il portafoglio AVR con innovazioni e miglioramenti costanti. Ad esempio, i bassi consumi leader del settore dei dispositivi AVR derivano non solo dalla progettazione efficiente dell'architettura, ma anche da caratteristiche come il sistema di eventi esclusivo di Atmel che permette alle periferiche di comunicare direttamente tra loro senza coinvolgere la CPU o le risorse bus.
In queste situazioni, è opportuno passare a un'architettura con processore a 32 bit come la famiglia di processori ARM Cortex®. Talvolta, i progettisti desiderano passare ai processori a 32 bit in anticipo, prima di esaurire la potenza di un'architettura a 8 bit,
per ottenere un prodotto a prova di futuro, perché nel caso di alcuni produttori il codice a 8 bit non può essere riutilizzato quando il progetto passa a 32 bit.
Combinando prestazioni ed efficienza energetica leader del settore, gli MCU basati su ARM Atmel | SMART integrano decenni di innovazione e primati nel settore, tra cui la prima memoria flash on-chip. Offrono la facilità di utilizzo a 8 bit in un MCU a 32 bit e una gamma che va dai dispositivi entry level ai prodotti basati su flash altamente integrati con connettività estesa, interfacce avanzate e sicurezza a prova di bomba. Questi MCU avanzati basati su ARM di Atmel sono progettati per ottimizzare il controllo del sistema e la gestione dell'interfaccia utente.
Per i progetti che richiedono una maggiore potenza di elaborazione, questi chip offrono prestazioni oltre 10 volte superiori agli MCU a 8 bit. Inoltre, questi chip a 32 bit garantiscono notevole efficienza energetica. Infatti, il modello Atmel | SMART SAM L21 a potenza ultra bassa è l'MCU basato su ARM a 32 bit dai consumi più bassi al mondo.
Che significato ha questa bassa potenza nelle applicazioni di oggi? In un dispositivo indossabile con funzionalità touch di base o per i sensori nell'Internet delle cose, ad esempio, i dispositivi possono funzionare per più di un decennio con una sola batteria. SAM L21 utilizza meno di un terzo dell'energia delle soluzioni concorrenti e può funzionare in modalità attiva fino a 35 uA/MHz e mantenere 32 kB di memoria flash eseguendo un real time clock a 940 nA. L'esclusivo consumo ultra basso in modalità attiva che non limita le dimensioni della memoria flash o SRAM lo rende ideale per dispositivi IoT, braccialetti fitness, misuratori intelligenti, interfacce umane e altre applicazioni a batteria che richiedono memorie integrate di grandi dimensioni. Per liberare la CPU, le attività che richiedono un utilizzo intenso delle risorse di elaborazione, quali i sensori touch capacitivi, sono state distribuite a periferiche autonome più intelligenti. Per semplificare ulteriormente il flusso del programma e ridurre il consumo energetico, queste periferiche sono interconnesse con i sistemi di eventi e sleepwalking per consentire il funzionamento senza l'intervento della CPU.
Come l'architettura AVR di Atmel, l'architettura ARM è basata su un'architettura RISC (Reduced Instruction Set Computing) che richiede un numero notevolmente inferiore di transistor rispetto alle architetture legacy, come MIPS. Offre numerosi vantaggi, quali programmi di dimensioni minori e tempi di sviluppo del software più rapidi.
Inoltre, Atmel ha migliorato i prodotti basati su ARM con alcune innovazioni esclusive quali il modulo SERCOM che consente ai progettisti di combinare fino a cinque USART. Questa caratteristica non solo riduce i costi BOM, ma offre anche maggiore flessibilità di layout.
Gli MCU basati su ARM Atmel ǀ SMART sono scalabili, compatibili, efficienti in termini di consumo energetico e facili da utilizzare. Per i clienti Atmel, un altro vantaggio chiave è la migliore riutilizzabilità del software, che non solo semplifica il passaggio tra i prodotti delle famiglie Atmel | SMART, ma agevola notevolmente la migrazione dagli MCU AVR Atmel a 8 bit ai dispositivi a 32 bit della famiglia Atmel | SMART, come il microcontroller SAM D21 basato su Cortex-M0+.
L'ambiente di tecnologia dinamica che circonda i core ARM offre un altro importante vantaggio. L'utilizzo dei processori con architettura ARM negli smartphone e nei tablet, quali iPad, Android e Windows RT, si trasforma in vantaggio competitivo che garantisce rapidità di innovazione, oltre a una solida base di utenti e partner tecnologici di livello mondiale che supportano questi sistemi.
Gli MCU Atmel | SMART sono inoltre supportati da un ecosistema di livello internazionale con un vasto elenco di partner e strumenti e software completi, tra cui l'ambiente gratuito Atmel Studio. Ciò significa che i progettisti non sono obbligati ad affidarsi a un solo provider di terze parti.
Il portafoglio offre diversi modelli basati sulle esigenze dei clienti, dai dispositivi entry level (come SAMD10) agli MCU con funzionalità più complete (come SAM D21). Inoltre, questi dispositivi utilizzano tutti la stessa catena di strumenti, la stessa architettura e lo stesso codice, semplificando il passaggio tra i prodotti della stessa famiglia e il riutilizzo del codice.
Infine, questi strumenti sono disponibili in più opzioni di pacchetti, incluso il più piccolo WLCSP (Wafer Level Chip Scale Package). Il passo della sfera di 0,454 mm offre anche un notevole vantaggio in termini di altezza per i dispositivi mobili e indossabili. Inoltre, un progetto esclusivo senza calotta ottimizza il numero di pin I/O perché il regolatore IDO e i pin di reimpostazione possono essere riconfigurati per funzionare come pin I/O.
Oltre al basso costo, anche le caratteristiche di consumo ridotto e maggiore efficienza degli MCU contribuiscono alla crescita nel mercato dei sistemi integrati. Queste caratteristiche non solo permettono ai progettisti di creare nuovi tipi di applicazioni alimentate a batterie, ma consentono anche di aggiungere nuove funzionalità, ad esempio le interfacce touch capacitive o la connettività wireless, ai loro prodotti.
Nella prima fase dell'evoluzione del settore dei sistemi integrati, Atmel® ha compreso che gli MCU si sarebbero diffusi ovunque. Per questo, la società ha dedicato ingenti risorse di ricerca e sviluppo per migliorare le tecnologie di elaborazione integrate. Grazie a questa partenza in vantaggio, Atmel è uno dei produttori di microcontroller leader nel mondo. Atmel ha contribuito con grande impegno a incrementare ulteriormente l'espansione e l'adozione dei nuovi dispositivi Internet delle cose, conquistando presto una posizione di leadership nel mercato IoT. Questa attenzione mirata ha portato vari miglioramenti alle architetture MCU basate su Atmel AVR® e Atmel ǀ SMART ARM®.
Dall'applicazione più semplice, come il controllo del portone di un garage, a un sistema solido e sicuro per i cruscotti delle auto, l'ampio portafoglio di MCU di Atmel offre varie opzioni per qualsiasi applicazione, sia a 8 che a 32 bit. Questi MCU garantiscono prestazioni leader del settore ed efficienza energetica.
I dispositivi non vengono solo progettati per funzionare insieme, ma sono anche connessi con continuità attraverso un ecosistema di tecnologie di Atmel e di terze parti. Atmel Studio, un ambiente di sviluppo integrato
(IDE) gratuito che funziona indistintamente su tutte le architetture Atmel a 8 e a 32 bit, completa il portafoglio. Ad esempio, i progettisti possono aggiungere con facilità la connettività wireless a progetti esistenti o pianificarne l'introduzione nelle iterazioni future dei progetti. In alternativa, possono utilizzare le tecnologie di CryptoAuthentication™ integrate o esterne per garantire la conformità dei progetti alle crescenti esigenze di sicurezza.
Oltre a strumenti gratuiti come Atmel Studio, Atmel ha un ampio ecosistema di partner commerciali che offrono strumenti di sviluppo e debug professionali, soluzioni RTOS e middleware e servizi di progettazione. L'accesso a questa ampia gamma di strumenti di sviluppo commerciali, con canali di supporto dedicati e tempi di risposta garantiti, può ridurre in modo significativo il time-to-market.
Innovazione a 8 bit
Se le applicazioni non hanno esigenze di elaborazione intensiva, gli MCU a 8 bit offrono elaborazione a elevate prestazioni e basso consumo, per questo continuano a essere sempre più diffusi praticamente in tutti i settori del mercato. Secondo IC Insights, gli MCU a 8 bit rappresenteranno il 28% delle unità fornite entro il 2017.La tecnologia AVR di Atmel è una delle principali architetture a 8 bit del settore. Ottimizzata per ridurre il time-to-market, è basata sull'architettura più efficiente in termini di codice del settore per la programmazione in C e di
assemblaggio. Nessun altro MCU a 8 bit garantisce prestazioni di elaborazione maggiori con un'efficienza energetica migliore. Infatti, i dispositivi AVR elaborano quasi 1 MIPS per MHz.
L'architettura AVR è anche diventata sinonimo di facilità di utilizzo, rendendo i dispositivi AVR la scelta ideale per studenti e per chi è appassionato di architetture di computer e programmazione integrata. Il core processore AVR è stato uno dei primi MCU a utilizzare la memoria flash on-chip per l'archiviazione dei programmi. Inoltre, l'architettura AVR consente la riprogrammazione nel sistema. Dall'introduzione del core AVR nel 1997, la sua facilità di utilizzo lo ha reso il motore di elaborazione preferito in una vasta gamma di applicazioni. È anche utilizzato in una miriade di progetti integrati delle università e dei maker di tutto il mondo. La scelta di utilizzare AVR nella notissima piattaforma di sviluppo open-source Arduino è un'ulteriore prova del successo e della facilità di utilizzo di questa architettura. Inoltre, il numero di progetti di crowd-funding realizzati che sono stati avviati da un dispositivo AVR Atmel cresce ogni giorno.
Oltre agli MCU di utilizzo generale, Atmel offre una vasta gamma di dispositivi AVR specifici per applicazioni di illuminazione, risparmio batterie, industriali e del settore automobilistico. Un'area di applicazioni importante e in costante crescita è quella wireless. In effetti, le periferiche RF stanno rapidamente diventando lo standard negli MCU Atmel di qualsiasi dimensione e ampiezza di banda.
Tra i molti motivi per scegliere i dispositivi AVR Atmel è che non sono solo gli MCU più facili da utilizzare, ma anche quelli più efficienti in termini di consumo energetico. Con il progetto che utilizza il codice in modo efficiente e l'esecuzione a singolo ciclo, garantiscono anche le migliori caratteristiche di elaborazione rispetto a prodotti a 8 bit analoghi. È importante notare che il codice impostato nell'architettura AVR è stato ottimizzato dall'inizio per il codice C rispetto al linguaggio di assemblaggio. Ciò dipende parzialmente dal fatto che il progetto AVR è stato inventato dopo l'avvento di C come il linguaggio standard per lo sviluppo integrato. In effetti, i creatori originali di AVR hanno lavorato a stretto contatto con gli autori di compilatori di IAR Systems, maker svedese leader del settore di debugger e compilatori C e C++, per garantire che il set di istruzioni offrisse una compilazione più efficiente rispetto ai linguaggi di alto livello. Questa collaborazione è stata fondamentale per ottimizzare le istruzioni per C e ha dato agli utenti la possibilità di scrivere le istruzioni in due posizioni, consentendo l'esecuzione a singolo ciclo del recupero (exe e dati, esecuzione e writeback).
Atmel continua a migliorare il portafoglio AVR con innovazioni e miglioramenti costanti. Ad esempio, i bassi consumi leader del settore dei dispositivi AVR derivano non solo dalla progettazione efficiente dell'architettura, ma anche da caratteristiche come il sistema di eventi esclusivo di Atmel che permette alle periferiche di comunicare direttamente tra loro senza coinvolgere la CPU o le risorse bus.
L'ecosistema del settore contribuisce alla creazione dei migliori MCU a 32 bit
Con l'aumentare della complessità dei prodotti di consumo e delle applicazioni industriali che incorporano funzionalità più avanzate, come le interfacce touch e la connettività wireless, le esigenze in termini di prestazioni e scalabilità crescono. In un'applicazione semplice, come un sensore del livello dell'acqua, ad esempio, un MCU a 8 bit può offrire la combinazione ideale di riduzione dei costi e prestazioni. Quando tuttavia si passa a molti sensori del livello dell'acqua collegati mediante un'applicazione basata su cloud, le esigenze del progetto diventano più complesse. La connessione aInternet richiede una potenza sufficiente a eseguire uno stack TCIP. TCIP è un protocollo complesso e richiede il buffer della RAM, con la conseguente necessità di memorie flash e RAM più grandi oltre a funzionalità di sicurezza per crittografare il traffico dati in arrivo e in uscita dalla rete. Molti progetti, inoltre, necessitano di interfacce touch capacitive che richiedono una maggiore potenza di elaborazione.
In queste situazioni, è opportuno passare a un'architettura con processore a 32 bit come la famiglia di processori ARM Cortex®. Talvolta, i progettisti desiderano passare ai processori a 32 bit in anticipo, prima di esaurire la potenza di un'architettura a 8 bit,
per ottenere un prodotto a prova di futuro, perché nel caso di alcuni produttori il codice a 8 bit non può essere riutilizzato quando il progetto passa a 32 bit.
Combinando prestazioni ed efficienza energetica leader del settore, gli MCU basati su ARM Atmel | SMART integrano decenni di innovazione e primati nel settore, tra cui la prima memoria flash on-chip. Offrono la facilità di utilizzo a 8 bit in un MCU a 32 bit e una gamma che va dai dispositivi entry level ai prodotti basati su flash altamente integrati con connettività estesa, interfacce avanzate e sicurezza a prova di bomba. Questi MCU avanzati basati su ARM di Atmel sono progettati per ottimizzare il controllo del sistema e la gestione dell'interfaccia utente.
Per i progetti che richiedono una maggiore potenza di elaborazione, questi chip offrono prestazioni oltre 10 volte superiori agli MCU a 8 bit. Inoltre, questi chip a 32 bit garantiscono notevole efficienza energetica. Infatti, il modello Atmel | SMART SAM L21 a potenza ultra bassa è l'MCU basato su ARM a 32 bit dai consumi più bassi al mondo.
Che significato ha questa bassa potenza nelle applicazioni di oggi? In un dispositivo indossabile con funzionalità touch di base o per i sensori nell'Internet delle cose, ad esempio, i dispositivi possono funzionare per più di un decennio con una sola batteria. SAM L21 utilizza meno di un terzo dell'energia delle soluzioni concorrenti e può funzionare in modalità attiva fino a 35 uA/MHz e mantenere 32 kB di memoria flash eseguendo un real time clock a 940 nA. L'esclusivo consumo ultra basso in modalità attiva che non limita le dimensioni della memoria flash o SRAM lo rende ideale per dispositivi IoT, braccialetti fitness, misuratori intelligenti, interfacce umane e altre applicazioni a batteria che richiedono memorie integrate di grandi dimensioni. Per liberare la CPU, le attività che richiedono un utilizzo intenso delle risorse di elaborazione, quali i sensori touch capacitivi, sono state distribuite a periferiche autonome più intelligenti. Per semplificare ulteriormente il flusso del programma e ridurre il consumo energetico, queste periferiche sono interconnesse con i sistemi di eventi e sleepwalking per consentire il funzionamento senza l'intervento della CPU.
Come l'architettura AVR di Atmel, l'architettura ARM è basata su un'architettura RISC (Reduced Instruction Set Computing) che richiede un numero notevolmente inferiore di transistor rispetto alle architetture legacy, come MIPS. Offre numerosi vantaggi, quali programmi di dimensioni minori e tempi di sviluppo del software più rapidi.
Inoltre, Atmel ha migliorato i prodotti basati su ARM con alcune innovazioni esclusive quali il modulo SERCOM che consente ai progettisti di combinare fino a cinque USART. Questa caratteristica non solo riduce i costi BOM, ma offre anche maggiore flessibilità di layout.
Gli MCU basati su ARM Atmel ǀ SMART sono scalabili, compatibili, efficienti in termini di consumo energetico e facili da utilizzare. Per i clienti Atmel, un altro vantaggio chiave è la migliore riutilizzabilità del software, che non solo semplifica il passaggio tra i prodotti delle famiglie Atmel | SMART, ma agevola notevolmente la migrazione dagli MCU AVR Atmel a 8 bit ai dispositivi a 32 bit della famiglia Atmel | SMART, come il microcontroller SAM D21 basato su Cortex-M0+.
L'ambiente di tecnologia dinamica che circonda i core ARM offre un altro importante vantaggio. L'utilizzo dei processori con architettura ARM negli smartphone e nei tablet, quali iPad, Android e Windows RT, si trasforma in vantaggio competitivo che garantisce rapidità di innovazione, oltre a una solida base di utenti e partner tecnologici di livello mondiale che supportano questi sistemi.
Gli MCU Atmel | SMART sono inoltre supportati da un ecosistema di livello internazionale con un vasto elenco di partner e strumenti e software completi, tra cui l'ambiente gratuito Atmel Studio. Ciò significa che i progettisti non sono obbligati ad affidarsi a un solo provider di terze parti.
Il portafoglio offre diversi modelli basati sulle esigenze dei clienti, dai dispositivi entry level (come SAMD10) agli MCU con funzionalità più complete (come SAM D21). Inoltre, questi dispositivi utilizzano tutti la stessa catena di strumenti, la stessa architettura e lo stesso codice, semplificando il passaggio tra i prodotti della stessa famiglia e il riutilizzo del codice.
Infine, questi strumenti sono disponibili in più opzioni di pacchetti, incluso il più piccolo WLCSP (Wafer Level Chip Scale Package). Il passo della sfera di 0,454 mm offre anche un notevole vantaggio in termini di altezza per i dispositivi mobili e indossabili. Inoltre, un progetto esclusivo senza calotta ottimizza il numero di pin I/O perché il regolatore IDO e i pin di reimpostazione possono essere riconfigurati per funzionare come pin I/O.