STM32U5 – stromsparende 40um-Variante mit ARM-Cortex-M33

von Tam Hanna

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Mit dem STM32U5 offeriert STMicroelectronics ein neues Familienmitglied der STM32-Familie, das gegenüber seinen Kollegen mit noch höherer Energieeffizienz, dabei aber auch hoher Rechenleistung punktet.

Bei 160 MhZ verspricht STM 651 CoreMark-Punkte – zum Vergleich kommt ein L4 laut beigestellten Daten auf weniger als 300, der L1 musste sogar mit weniger als 100 auskommen. Beim Design von Low-Power-Systemen, die kurzfristig viel Rechenleistung brauchen (denken Sie an GUI-Stacks!!!) führt dies zu schnellerem Wieder-Einschlafen, was zu weniger Gesamtenergieverbrauch führt (Rush to Sleep).

Der Arbeitsspeicherausbau von 786KB erlaubt das Handhaben größerer Framebuffer – im Flashbereich gibt es entweder 1 oder 2M. Hier fällt auf, dass der Flashspeicher nun auf bis zu 100k Schreibzyklen zertifiziert ist – der ADC löst nun mit 14 bit auf.

STMicroelectronics nutzen die Möglichkeit zum Einbau eigener Peripheriegeräte für Erweiterungen. Im Bereich der Mathematik gibt es sowohl für FMAC als auch für das im Trigonometriebereich wichtige CORDIC Hardwarebeschleunigung.
Die DMA-Engine bekam ein als Low Power Background Autonomous Mode bezeichnetes Sonderregime spendiert. Im Printip gewht es dabei darum, dass der Hauptprozessor weniger oft aufwachen muss, weil die DMA-Engine die Kommunikation mit diversen Peripheriegeräten dank Zusatzintelligenz selbständig erledigt.
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STMicroelectronics vermeldet, dass die Codesicherheit des neuen Controllers sowohl von der psa als auch von SESIP mit L3 bewertet wurde. Das vpon anderen Familien (Stichwort L1, L4) bekannte handlötbare LQFN-Gehäuse gibt es nach wie vor mit 48 Pins – größere Varianten gibt es als QFN, WLCSP und UFBGA an.

Zum Zeitpunkt der Verfassung dieses Artikels listeten Distributoren laut OemSecrets keine Preise – in der Presseaussendung fand sich allerdings folgendes Statement, das Informationen über die Preisplanung offeriert:

“STM32U5 MCUs are sampling now to lead customers and will be in full production in September 2021. Budgetary pricing starts at $3.60. A broad choice of packages including a 4.2mm x 3.95mm WLCSP and 7mm x 7mm UQFN48 and UFBGA169 will be available.”

Die STMicroelectronics-Webseite erlaubt uns allerdings Preisvergleiche. Der STM32L431CBT6 war zum Zeitpunkt der Drucklegung beispielsweise mit einem Budgetärpreis von 1.724USD gelistet; ein Stück kostet bei Distributoren derzeit um 4.5USD.

Zu guter Letzt stellt STM ein als STM32U5 IoT Discovery Kit bezeichnetes Nucleo-Board zur Verfügung, das bei Distributoren unter dem Namen B-U585I-IOT02A gelistet sein wird. Es bringt – laut Fotos – ein EMW3080-Wlan-Modul (kein ESP32) von MXCHIP mit, und hat – witzigerweise anders als einige BlueNRG-Evaluationsboards – einen eingebauten STLINK/V3-Debugger auf der Planare. Microsoft hat es zudem als Referenzboard für die “Azure Certified Device”-Initiative auserkoren.

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Das Pressefoto des Evaluationsboards verrät mehr über das verwendete WLAN-Modul

(alle Bilder: SGS Thomson)

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FOSDEM 2021 startet am 6. Februar

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Auch dieses Jahr findet die FOSDEM am ersten Februarwochenende statt, erstmals als reines Online-Event. Neben vielen weiteren Vorträgen rund um die Entwicklung offener Soft- und Hardware gibt es ein Statusupdate zu der für das Ende des Quartals erwarteten KiCad Version 6.0 und erste Ausblicke auf die Version 7.0.

Dabei wird seitens der Veranstalter versucht, das bisherige Konzept aus verschiedenen Räumen und Ständen trotz der aktuellen Situation weiterzuverfolgen und die Interaktion zwischen den Teilnehmern zu ermöglichen. So existieren zu den einzelnen Videostreams begleitende Chaträume, die es erlauben, Fragen live zu stellen und mit anderen Teilnehmern zu diskutieren. Auch für die virtuellen Stände wird es separate Chats zum Austausch geben.

Das breite Themenangebot wird dabei wie bisher in sogenannten Devrooms organisiert. Erwähnenswert ist beispielsweise der „Embedded, Mobile and Automotive devroom“, in dem sich Vorträge wie „Embedded Linux “from scratch” in 45 minutes… on Risc-V“ oder ein Überblick über den Stand der Entwicklung des Vulkan Treibers für das Raspberry Pi 4 finden. Interessant dürft auch der „Open Source Computer Aided Modeling and Design devroom“ sein, in dem je drei Vorträge zu KiCad und FreeCAD stattfinden. Darüber hinaus findet sich dort unter anderem eine Vorstellung des Glasgow Digital Interface Explorers.

Nützliche Links:

Bild: fosdem.org

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VNA Tools: Schweizer Taschenmesser für VNA-Messdaten

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Die vektorielle Netzwerkanalyse ist eines der wichtigsten Verfahren im Bereich der Hochfrequenzmesstechnik und erlaubt es, die Übertragungseigenschaften von Schaltungen oder Komponenten zu untersuchen. Die Software VNA Tools hilft unter anderem dabei, die erhaltenen Messdaten zu analysieren und auszuwerten.

Die Software des nationalen Metrologieinstituts METAS der Schweiz unterstützt vor allem dabei, die mit den Messungen einhergehenden Unsicherheiten exakt zu bestimmen und das Einhalten von Richtlinien und Normen zu gewährleisten. Dazu können Datensätze zu den bei Messungen verwendeten Geräten und Komponenten hinterlegt und verwaltet werden. Dies ermöglicht es, alle relevanten Parameter, die sich auf das Messergebnis auswirken, zu erfassen und und so die Qualität der Messung zu bestimmen.

Darüber hinaus bietet die Software zahlreiche weitere nützliche Funktionen für Messaufgaben mit VNAs und den Umgang mit gemessenen Streuparametern. So können neben der Visualisierung selbst auch Umrechnungen in andere Netzwerkparameter und der Export in verschiedene Formate erfolgen. Besonders nützlich erscheint auch die integrierte Time Gating Funktion, die es erlaubt, das Verhalten des relevanten Schaltungsteils zu isolieren und die Auswirkungen von Konnektoren und weiteren Übergängen auf die Messergebnisse zu minimieren.

Die Software für Windows kann kostenlos über die Webseite des Instituts bezogen werden, wobei eine vorherige Registrierung nötig ist. Eine abgespeckte Version in Form des METAS VNA Tools Data Explorers kann direkt heruntergeladen werden.

Weitergehende Informationen:

Bild: metas.ch

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Raspberry Pi Pico: Mikrocontroller-Board mit Cortex M0+

Der Raspberry Pi Pico ist ein Breakout-Board für einen von der Raspberry Pi Foundation selbst entwickelten Dual-Core ARM Cortex-M0+ Mikrocontroller, den RP2040. Außer dem Namen hat er damit nicht mehr allzu viel mit anderen Raspberry Pi-Varianten zu tun: der Cortex M0+ ist ein klassischer Mikrocontroller-Kern, auf dem im Gegensatz zu anderen Raspberry-Varianten kein Linux laufen wird. Interessant könnte das Board trotzdem sein, da der Preis mit $4 sehr niedrig ist, und die Ausstattung des Mikrocontrollers durchaus interessant klingt:

  • Dual-Core Arm Cortex-M0+ @ 133MHz
  • 264KB RAM
  • 30 GPIO-Pins, davon 4 als Analogeingänge nutzbar
  • 2× UARTs, 2× SPI-Controller und 2× I2C-Controller
  • 16× PWM-Kanäle
  • 1× USB-1.1-Controller und PHY, mit Host- und Deviceunterstützung
  • Programmierbare I/O (PIO) State Machines
  • USB-Massenspeicher-Boot-Modus

Daneben wurden noch einige weitere Boards mit dem RP2040 von Partnerfirmen angekündigt.

Bild: Raspberry Pi Foundation

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BeagleV: Bezahlbarer linuxfähiger RISC-V SBC

Mit dem BeagleV ist nun ein linuxfähiger Einplatinencomputer auf RISC-V-Basis verfügbar, der besonders preislich bei einem breiteren Publikum Interesse wecken dürfte.

Erst gegen Ende des letzten Jahres hatte SiFive mit dem HiFive Unmatched das erste RISC-V-Board im itx-Format vorgestellt, welches es durch den Formfaktor erleichtert, ein Desktopsystem auf Basis von Standardkomponenten zusammenzustellen. Mit einem Preis von gut 570 € ist dieses zwar günstiger als frühere Optionen, aber eher an Entwickler gerichtet und noch nicht wirklich massentauglich.

Das nun vorgestellte Board entstand in Zusammenarbeit mit Seedstudio, BeagleBoard und StarFive, einer Tochter von SiFive. Preislich startet das BeagleV in der Version mit 4 GB Arbeitsspeicher ab 119 $, für die 8 GB-Variante werden 149 $ fällig, wobei mit einer Verfügbarkeit ab April gerechnet werden kann.

Bei dem BeagleV kommt ein mit 1,5 GHz getakteter U74-Zweikernprozessor zum Einsatz, welcher durch einen Vision Tensilica-VP6 DSP ergänzt wird. Dieser fungiert zunächst als GPU und erlaubt so die Unterstützung grafischer Desktopumgebungen. In späteren Versionen soll eine noch nicht genauer spezifizierte Imagine GPU zum Einsatz kommen. Darüber hinaus stehen eine allgemeine Neural Network Engine sowie der NVIDIA Deep Learning Accelerator (NVDLA) für Anwendungen im Bereich des maschinellen Lernens zur Verfügung.

Die Peripherie umfasst vier USB 3.0-Ports, Gigabit Ethernet, Kopfhörerausgang, MicroSD-Slot und einen GPIO-Header, welcher übliche Schnittstellen wie SDIO, SPI, I2C, UART und PWM bietet. Die Stromversorgung erfolgt über USB-C, als Videoausgang ist eine HDMI-1.4-Schnittstelle vorhanden, wobei eine maximale Auflösung von 1080p@30FPS unterstützt wird. Ergänzt wird die Konnektivität durch WLAN und Bluetooth.

Bild: seeed.cc

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Neue Espressif-Funkmodule mit RISC-V-Prozessoren

Kommenden Monat sollen zwei neue miniaturisierte Funkmodelle von Espressif mit RISC-V-Prozessoren verfügbar werden. Zudem sind nun Informationen über einen pinkompatiblen Nachfolger des ESP8266 bekannt geworden.

Die neuen ESP32-S2-MINI Module wird es in zwei Varianten geben, einmal mit integrierter PCB-Antenne und einmal mit IPEX-Konnektor zum Anschluss einer externen Antenne. Dabei kommen die Module so auf eine Fläche von 14,4 mm x 20 mm respektive 14,4 mm x 15,4 mm. Als SoC kommt der ESP32-S2FH4 zum Einsatz, welcher über einen mit 240 MHz getakteten LX7-Prozessor in Kombination mit einem stromsparenden RISC-V-basierenden Koprozessor verfügt. Die Module mit 2,4 GHz-WLAN und Bluetooth verfügen über 4  MB Flash-Speicher und eine Vielzahl an Schnittstellen, darunter USB OTG, SPI, I2S, UART, I2C, Kameraschnittstelle und bis zu 43 GPIOs. Zusätzlich sind neben ADC und DAC ein Temperatur- und Berührungssensor vorhanden.

Der Nachfolger im klassischem ESP8266-Formfaktor soll demnächst in Form des ESP32-C3 kommen, auf cnx-software.com wurde hierzu ein vorläufiges Datenblatt verlinkt. Wie bereits spekuliert wurde, kommt bei dem ESP32-C3 ausschließlich ein 32-bit RISC-V-basierender Einkernprozessor zum Einsatz, der mit 160 MHz getaktet ist. Aufgrund der Rückwärtskompatibilität sind die GPIOs auf 22 begrenzt, wobei wichtige Schnittstellen wie SPI, I2C, UART und I2S ebenfalls abgedeckt werden. Darüber hinaus gibt es neben einem Temperatursensor und zwei ADC-Kanälen ein USB 1.1 Interface mit UART– und JTAG-Funktionalität.

In beiden Fällen zeigen die neuen Funkmodule eine weitere Verbreitung der RISC-V-Architektur und dürften den derzeit günstigsten Einstieg in RISC-V-basierte Hardware bieten.

Bild: Espressif

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Raspberry Pi Compute Module mit PCIe in kleinerem Formfaktor

Wenig überraschend folgt auch nach dem Raspberry Pi 4 eine integrierbare Miniaturversion in Form des Compute Module 4. Mit der neuen Version gibt es jedoch einige interessante Neuerungen.

Anders als bei der Standardversion wird etwa die PCIe-Schnittstelle nicht für die Anbindung des USB 3.0-Controllers verwendet und steht so zur freien Verfügung. Mit dem ebenfalls erschienenen IO Board können PCIe-Karten direkt verwendet werden. Zwar konnte man bereits zuvor den USB-Controller selbst entfernen und überbrücken, hier sind jedoch gute Lötkenntnisse von Nöten, auch wenn es mittlerweile passende Überbrückungsplatinen gibt. Dank des im Vergleich zu früheren Versionen deutlich geringeren Preises des IO Boards lassen sich mit der günstigsten Variante des Compute Modules PCIe-Karten für unter 60€ am Raspberry nutzen.

Die zusätzlichen Möglichkeiten, mehr Peripherie anzubinden, werden auch als Grund für den Formfaktorwechsel genannt. So wäre es laut den Entwicklern nicht möglich gewesen, die Kompatibilität zu früheren Trägerboards beizubehalten und gleichzeitig alle Highspeedschnittstellen über die SODIMM-Leiste herauszuführen. Neben dem bereits erwähnten PCIe-Steckplatz und der Standardstiftleiste sind jeweils zwei HDMI-, Display-FPC- und Kamera-FPC-Anschlüsse vorhanden. Darüber hinaus besitzt die Platine Gigabit Ethernet, zwei USB 2.0 Schnittstellen und einen MicroSD-Slot für Module ohne eMMC. Wer dennoch ein eigenes Trägerboard entwerfen will, dürfte sich darüber freuen, dass die Designdateien für das IO Board einschließlich Layout als KiCAD-Projekt zum Download bereitstehen.

Das Compute Module selbst gibt es dabei in insgesamt 32 verschiedenen Ausstattungsvarianten, die sich durch die Größe des verbauten Arbeitsspeichers, eMMC und optionale Funkoptionen unterscheiden. Derzeit sind die Module in Deutschland nicht lieferbar, sollen aber laut Händlerangaben zeitnah verfügbar sein.

Bild: Raspberry Pi Foundation

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PSpice for TI: Kostenlose Pspice-Version für Designs mit Bauteilen Texas Instruments

Cadence und Texas Instruments haben in Zusammenarbeit eine Version des Simulationstools PSpice erstellt, welche nach Registrierung kostenlos bezogen werden kann. Wem die mitgelieferten Bibliotheken ausreichen, erfährt kaum Einschränkungen im Vergleich zu der regulären Version.

Zur Verfügung stehen neben Bauteilen von Texas Instruments selbst auch Standardbauelemente, um eigene Schaltungen erstellen zu können. Ein großer Vorteil dürfte jedoch in der Nutzung bestehender Referenzdesigns von Texas Instruments liegen, wenn keine eigene PSpice-Lizenz vorhanden ist.

Darüber hinaus lassen sich auch weitere Modelle importieren, hier wird die Nutzbarkeit des Simulators jedoch eingeschränkt. So können in diesem Fall nur noch maximal 3 Signale gleichzeitig betrachtet werden. Die Software steht zum Download bei Texas Instruments bereit. Hierzu ist eine Registrierung notwendig, wobei eine Firma oder Universität genannt werden muss.

Bild: Texas Instruments

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OpenEEW: Erdbebenfrühwarnsystem als Open-Source-Projekt

Systeme zur Erdbebenfrüherkennung sind nicht nur aufwendig zu realisieren, sondern üblicherweise auch sehr teuer, weswegen weltweit nur wenige Regionen über derartige Systeme verfügen. Durch das Projekt OpenEEW lassen sich Informationen zu Sensoren, aufgezeichnete Daten und Algorithmen teilen, um so die Realisierung derartiger Systeme zu erleichtern.

Der aktuelle Informationsstand geht dabei im Wesentlichen auf die Erfahrungen des Start-ups Grillo zurück, welches bereits in Chile und Mexiko entsprechende Systeme realisiert hat. Dabei kommen anders als bei klassischen Systemen kostengünstige Beschleunigungssensoren zum Einsatz, die über das Internet vernetzt werden. Im Vergleich zu dem System SASMEX konnte nach Informationen von Grillo eine höhere Detektionssicherheit erzielt werden, wobei nur 1 % der Kosten anfielen.

Der Hauptvorteil liegt in der hohen Anzahl an Sensorknoten, die eine bessere Abdeckung eines Gebiets ermöglichen, wobei die Auswertung in der Cloud vorgenommen wird, sodass lokal keine hohe Rechenleistung benötigt wird. Durch diesen Ansatz und den geringen Knotenkosten eignet sich das Projekt gut für den gemeinschaftlichen Betrieb. Dabei versprechen sich die Projektgründer auch Expertise durch die Open-Source-Zusammenarbeit.

Das Projekt wurde von Grillo, IBM und der Linux Foundation als Teil der Code and Response Initiative veröffentlicht. Sowohl Software als auch Hardware sind quelloffen und können in den entsprechenden Repositories abgerufen werden. Zudem ist geplant die Sensoren ebenfalls fertig aufgebaut zu verkaufen.

Bild: OpenEEW

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NanoPi NEO3: Informationen zu neuem Miniatur-SBC verfügbar

Die Reihe der besonders kleinen Einplatinencomputer NanoPi von FriendlyElec wird schon bald um den NEO3 ergänzt, jedenfalls sind entsprechende Spezifikationen im FriendlyARM Wiki aufgetaucht.

Ungewöhnlicherweise folgt der NEO3 nach dem NEO2 und NEO4. Der NEO3 setzt auf den RockChip RK3328, wobei beim NEO4 ein deutlich schnellerer RK3399 zum Einsatz kommt. Damit dürfte sich der Neuzugang als günstige Erweiterung der Serie eingliedern, so war der NEO2 ursprünglich für 15 USD zu haben, beim NEO4 waren es dann 50 USD.

Verstecken muss sich der NEO3 dennoch nicht. Auf Abmaßen von gerade einmal 48 mm x 48 mm werden die folgenden Spezifikationen geboten:

  • RockChip RK3328, Vierkern ARM Cortex A53
  • Wahlweise 1GB oder 2GB DDR4 Speicher
  • Gigabit Ethernet
  • USB 3.0 und 2x USB 2.0 über Pinheader
  • MicroSD Slot
  • GPIOs: 26 Pins einschließlich I2C, UART, SPI und I2S
  • Spannungsversorgung: 5V

Sowohl über die Verfügbarkeit als auch den endgültigen Preis sind noch keine Informationen bekannt.

Bild: FriendlyARM Wiki

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