№3 / 2018 / статья 8

Микроконтроллеры Infineon: 32 разряда для любых промышленных применений

Вячеслав Гавриков (г. Смоленск)

К микроконтроллерам, применяемым в промышленной электронике, предъявляются повышенные требования. Эти микроконтроллеры должны обладать высокой надежностью, широким диапазоном рабочих температур и длительным жизненным циклом, гарантированным производителем. Микроконтроллеры семейств XMC1000 и XMC4000 производства компании Infineon отвечают всем перечисленным требованиям. В статье, помимо обзора семейств XMC1000 и XMC4000, уделяется внимание линейкам XMC4300 и XMC4800 с поддержкой EtherCAT.

Какими качествами должны обладать микроконтроллеры для промышленных приложений? Ответ на этот вопрос будет зависеть от требований, предъявляемых в каждом конкретном случае. Для работы с датчиками необходим богатый набор аналоговой периферии (АЦП, ЦАП, компараторы и так далее), при создании привода электродвигателя не обойтись без мощного процессорного ядра и развитой системы таймеров, если речь идет об автономных системах, то на первый план выходит уровень потребления. Вместе с тем есть и некоторый обязательный базовый набор характеристик. Например, промышленное исполнение предполагает работу при высоких и низких температурах, поэтому микроконтроллеры должны обладать расширенным температурным диапазоном -40…85°С, а еще лучше -40…125°С.

Еще одним важным фактором при выборе микроконтроллера становится длительность его жизненного цикла или, другими словами, время, в течение которого производитель гарантирует выпуск микросхемы. Современная коммерческая электроника устаревает чрезвычайно быстро. Например, каждый уважающий себя производитель смартфонов выпускает новый флагманский продукт раз в год. И смена процессоров идет примерно с той же периодичностью – новые появляются, а старые зачастую просто перестают выпускаться. Однако в промышленности все обстоит совсем не так.

Дело в том, что срок службы практически любого промышленного оборудования превышает десять лет. Все это время необходимо иметь возможность замены электронных блоков в рамках техобслуживания или ремонта. Поэтому частая смена микроконтроллеров абсолютно неприемлема. Более того, производители микросхем соревнуются по длительности поддержки своих продуктов. В частности, компания Infineon заявляет о 15-летней гарантии выпуска микроконтроллеров XMC.

XMC – 32-битные микроконтроллеры Infineon, которые создавались специально для работы в составе промышленных устройств. В настоящий момент линейка компании состоит из двух больших семейств – XMC1000 и XMC4000 (рисунок 1). XMC1000 – бюджетные и компактные микроконтроллеры, построенные на базе ядра ARM Cortex™-M0. XMC4000 – высокопроизводительные микроконтроллеры с богатым набором периферии, использующие процессорное ядро ARM Cortex™-M4. Суммарная номенклатура моделей обоих семейств насчитывает почти две сотни представителей.

Рис. 1. Семейства 32-битных микроконтроллеров XMC1000 и XMC4000

Рис. 1. Семейства 32-битных микроконтроллеров XMC1000 и XMC4000

Обзор семейства микроконтроллеров XMC1000

Семейство 32-битных микроконтроллеров XMC1000 построено на базе процессорного ядра ARM® Cortex®-M0 и производится по топологическим нормам 65 нм. Представители семейства отличаются привлекательной стоимостью, простотой освоения, доступностью маловыводных исполнений. Таким образом, микроконтроллеры XMC1000 по сути являются современной альтернативой устаревшим 8-битным микроконтроллерам.

В настоящий момент семейство включает более ста представителей, объединенных в четыре линейки: XMC11x, XMC12x, XMC13x, XMC14x (рисунок 2, таблица 1). Все они способны работать с напряжениями питания 1,8…5,5 В в широком диапазоне рабочих температур -40…85°C или -40…105°C.

Рис. 2. Линейки 32-битных микроконтроллеров XMC1000 на базе ядра ARM Cortex-M0

Рис. 2. Линейки 32-битных микроконтроллеров XMC1000 на базе ядра ARM Cortex-M0

XMC1100 – базовая линейка с рабочей частотой ядра до 32 МГц и частотой периферии до 64 МГц, объемом Flash до 64 кбайт, объемом ОЗУ 16 кбайт и самым скромным набором периферийных блоков. Линейка ориентирована в первую очередь на бюджетные приложения. Вместе с тем наличие 12-битного АЦП и универсального коммуникационного блока USIC с поддержкой широкого выбора последовательных интерфейсов (например, UART, SPI, I²C, I²S, Quad-SPI) значительно расширяет область применения данных микроконтроллеров.

Микроконтроллеры XMC1100 поставляются в корпусных исполнениях VQFN-24/40 и TSSOP-16.

XMC1200 – линейка, разработанная специально для создания светодиодных систем освещения. Главным достоинством этих микроконтроллеров является наличие блока управления яркостью и цветом (Brightness and Color Control Unit, BCCU). Блок BCCU позволяет управлять яркостью светодиодов за счет встроенных сигма-дельта-модуляторов. Кроме того, для устранения мерцания при смене цвета используются специальные встроенные аппаратные драйверы. По сравнению с XMC1100 периферия XMC1200 расширилась за счет появления аналоговых компараторов.

Микроконтроллеры XMC1200 поставляются в корпусных исполнениях VQFN-24/40 и TSSOP-16/28/38 с объем Flash до 200 кбайт и объемом ОЗУ 16 кбайт.

XMC1300 – линейка, созданная в первую очередь для управления электродвигателями. С этой целью в состав XMC1300 были добавлены специализированные блоки: математический сопроцессор, интерфейс датчиков положения POSIF, сверхточный таймер CCU8.

Математический сопроцессор значительно повышает производительность ядра ARM Cortex-M0 при выполнении операций деления, взятия косинуса и синуса и так далее. Например, работая на частоте до 64 МГц, сопроцессор увеличивает скорость деления в 7 раз, а скорость взятия синуса – в 38 раз.

POSIF – блок, позволяющий обсчитывать датчики положения, такие, как, например, датчики Холла и энкодеры, и создавать замкнутую цепь обратной связи в приводах электродвигателей.

CCU8 – специализированный таймер с поддержкой ШИМ, «мертвого» времени и 64-битной разрядности. С помощью данного блока можно реализовывать эффективные и бюджетные бездатчиковые системы управления электродвигателями.

Микроконтроллеры XMC1300 выпускаются в корпусных исполнениях VQFN-24/40 и TSSOP-16/38 с объемом Flash 8…200 кбайт и ОЗУ 16 кбайт.

XMC1400 – наиболее продвинутая линейка семейства, отличающаяся повышенной рабочей частотой ядра – до 48 МГц – и максимальной частотой периферии 96 МГц. По сравнению с предыдущими линейками производительность XMC1400 увеличена на 70%.

Набор периферии XMC1400 был расширен за счет появления CAN-контроллера, дополнительных таймеров CCU4 и CCU8, аналоговых компараторов и универсальных интерфейсов USIC.

Стоит отметить, что основной областью применения для XMC1400, как и для XMC1300, являются приводы электродвигателей. При этом появление CAN-модуля выводит эти контроллеры на новый уровень, так как именно CAN является одним из самых популярных интерфейсов для распределенных модульных систем на базе ПЛК.

Микроконтроллеры XMC1400 выпускаются в корпусных исполнениях VQFN40/48/64 и LQFP64.

Таблица 1. Характеристики и периферия различных линеек микроконтроллеров XMC1000

Наименование XMC11x XMC12x XMC13x XMC14x
 Математический сопроцессор + +
Частота Частота ядра, МГц 32 32 32 48
Частота периферии, МГц 64 64 64 96
Память Flash/ОЗУ, кбайт 8…64/16 16…200/16 8…200/16 32…200/16
Аналоговая периферия 12-бит АЦП/S&D 1/1 1/2 1/2 1/2
Число каналов до 12 до 12 до 12 до 12
Компараторы до 3 до 3 до 3
Таймеры/ШИМ CCU4 1 1 1 2
CCU8 1 2
POSIF + + +
BCCU + + +
Интерфейсы USIC 2 2 2 4
CAN2.0B + + +
Корпус VQFN-24/40 TSSOP-16/38 VQFN-24/40
TSSOP-16/28/38
VQFN-24/40
TSSOP-16/38
VQFN40/48/64
LQFP64
Питание, В 1,8…5,5
Диапазон рабочих температур, °C -40…85/105

Микроконтроллеры семейства XMC1000 являются простым и бюджетным решением. При необходимости получения высокой производительности и широкого функционала следует обратиться к микроконтроллерам семейства XMC4000.

Обзор семейства микроконтроллеров XMC4000

Микроконтроллеры семейства XMC4000 построены на базе высокопроизводительного процессорного ядра ARM® Cortex®-M4, поддерживающего операции цифровой обработки сигналов (DSP) и вычисления с плавающей точкой. В настоящее время семейство включает в себя шесть линеек, которые объединяют почти восемь десятков представителей (рисунок 3, таблица 2).

Рис. 3. Линейки 32-битных микроконтроллеров XMC4000 на базе ядра ARM Cortex-M4

Рис. 3. Линейки 32-битных микроконтроллеров XMC4000 на базе ядра ARM Cortex-M4

XMC4100 – базовая линейка семейства с рабочей частотой 80 МГц, объемом Flash до 128 кбайт и ОЗУ 20 кбайт.

Микроконтроллеры XMC4100 имеют богатый набор системной и общей периферии:

  • восемь каналов DMA;
  • два 12-битных АЦП с общим числом каналов до 9;
  • двухканальный 12-битный ЦАП;
  • два таймера с ШИМ CCU4;
  • один таймер повышенного разрешения с ШИМ CCU8;
  • интерфейс датчиков положения POSIF;
  • два CAN-контроллера;
  • четыре универсальных коммуникационных интерфейса USIC(UART, SPI, Quad-SPI, DoubleSPI, I²C, I²S, LIN).

Микроконтроллеры XMC4100 выпускаются в двух корпусных исполнениях VQFN-48 и TQFP-64.

XMC4200 – линейка, отличающаяся от XMC4100 увеличенным объемом памяти и поддержкой USB FS OTG. Объем Flash расширен до 256 кбайт, а ОЗУ – до 40 кбайт.

Наличие CAN-контроллера делает микроконтроллеры XMC4100/4200 отличным выбором для различных промышленных модулей, например, модулей электроавтоматики станка (блоки портов входа/выхода). С другой стороны, присутствие встроенных таймеров с повышенным разрешением и интерфейса датчиков положения POSIF позволяет использовать XMC4100/4200 для создания простейших приводов электродвигателей (например, для вентиляторов или насосов).

XMC4300 – одна из последних линеек семейства XMC4000. Отличается поддержкой EtherCAT и увеличенной рабочей частотой. Более подробно о XMC4300 будет рассказано в следующем разделе статьи.

XMC4400 – линейка с повышенной производительностью. Отличается от XMC4100/4200 увеличенной рабочей частотой до 120 МГц, расширенным объемом памяти Flash до 512 кбайт и ОЗУ до 80 кбайт.

Периферия XMC4400 также была расширена за счет появления Ethernet-контроллера, дополнительных 12-битных АЦП, таймеров ССU4 и CCU8.

Представители семейства выпускаются в двух корпусных исполнениях – TQFP-64 и LQFP-100.

Благодаря Ethernet-контроллеру и дополнительным АЦП линейка XMC4400 становится отличным выбором для полноценных промышленных приводов, сложных импульсных источников питания, инверторов солнечных батарей и так далее.

XMC4500 – еще одна производительная линейка с максимальной рабочей частотой 120 МГц. Микроконтроллеры XMC4500 выпускаются с объемом Flash до 1 Мбайт и ОЗУ 160 кбайт.

По богатству периферии XMC4500 значительно превосходит XMC4400. Количество 12-битных АЦП осталось прежним, но число каналов возросло до 26. Был добавлен еще один CAN-контроллер. Кроме того, в XMC4500 появилась поддержка интерфейсов SDIO/SD/MMC и возможность работы с внешней памятью и периферией благодаря блоку EBU (External Bus Interface Unit). EBU может использоваться как для расширения памяти микроконтроллера, так и для подключения TFT-ЖК-дисплеев и других внешних периферийных устройств.

В настоящий момент пользователям доступны корпусные исполнения LQFP-100/144 и LFBGA-144.

XMC4700 – до недавнего времени самая продвинутая линейка семейства с рекордным объемом Flash до 2 Мбайт и ОЗУ до 352 кбайт.

Главным отличием XMC4700 от XMC4500 является увеличение числа коммуникационных интерфейсов USIC до шести и наличие сразу шести CAN-контроллеров.

XMC4700 позволяет создавать сложные приводы, одноплатные компьютеры, микро-ПЛК, а также графические приложения с TFT-дисплеями.

Микроконтроллеры XMC4700 выпускаются в трех корпусных исполнениях – LQFP-100/144 и LFBGA-196.

XMC4800 – на сегодняшний день самая мощная линейка в семействе. Отличается максимальным объемом памяти и самым богатым набором периферии. Главным преимуществом XMC4800 является поддержка EtherCAT. Более подробно об XMC4800 будет рассказано в следующем разделе данной статьи.

Таблица 2. Характеристики и периферия различных линеек микроконтроллеров XMC4000

Наименование XMC41x XMC42x XMC43x XMC44x XMC45x XMC47x XMC48x
Частота ядра, МГц 80 80 144 120 120 144 144
Память Flash/ОЗУ, кбайт 64…128/20 256/40 256/128 256…512/80 512…1024/128…160 1500…2000/276…352 1000…2000/276…352
Аналоговая периферия 12-бит АЦП 2/2 2/2 2/2 4/4 4/4 4/4 4/4
Число каналов до 9 до 9 14 до 18 до 26 до 26 до 26
12-бит ЦАП 2 канала 2 канала 2 канала 2 канала 2 канала 2 канала 2 канала
Таймеры/ШИМ CCU4 (4 канала) 2 2 2 4 4 4 4
CCU8 (4 канала) 1 1 1 2 2 2 2
HRPWM + + +
POSIF + + + 2 2 2
∆∑-демодулятор + 4 канала 4 канала 4 канала
Интерфейсы USIC 4 4 4 4 4 6 6
CAN2.0B До 2 2 2 2 до 3 6 6
USB + + + + + +
Ethernet + + + + +
EtherCAT + +
SDIO/SD/MMC + + + +
Интерфейс внешней памяти (EBU) + + +
Корпус VQFN-48, TQFP-64 VQFN-48, TQFP-64 LQFP-100 TQFP-64, LQFP-100 LQFP-100/144, LFBGA-144 LQFP-100/144, LFBGA-196 LQFP-100/144, LFBGA-196
Питание, В 3,13…3,36
Диапазон рабочих температур  -40…85°C/125°C

На сегодняшний день компания Infineon предлагает сразу две линейки микроконтроллеров с поддержкой EtherCAT.

Микроконтроллеры XMC4300 и XMC4800 с поддержкой EtherCAT

Существуют промышленные системы, требующие сверхвысокой детерминированности и синхронности выполнения операций, например, промышленные роботы. Необходимость в прецизионном управлении многоосевыми механизмами и группами машин привела к созданию стандарта EtherCAT, который обеспечивает сверхбыстрый и сверхточный обмен информацией с минимальным временным джиттером.

В настоящий момент EtherCAT Technology Group объединяет более трех тысяч членов. К сожалению, полная спецификация EtherCAT доступна только им. В итоге создание и внедрение EtherCAT-приложений становится весьма затратным мероприятием. К счастью, производители не стоят на месте и предлагают новые решения и микросхемы с поддержкой этого востребованного интерфейса. Одним из лидеров в этом направлении является компания Infineon. Микроконтроллеры XMC4300 и XMC4800 производства компании Infineon стали первыми в мире микроконтроллерами на базе ядра ARM Cortex-M4 с поддержкой EtherCAT.

XMC4300 – высокопроизводительная линейка на базе ядра ARM Cortex-M4 с рабочей частотой до 144 МГц и достаточно разнообразным набором периферии (рисунок 4), включающая в себя:

Рис. 4. Блок-схема микроконтроллеров XMC4300 с поддержкой EtherCAT

Рис. 4. Блок-схема микроконтроллеров XMC4300 с поддержкой EtherCAT

  • 8 каналов DMA;
  • два 12-битных АЦП с частотой преобразования до 5 MSPS и числом каналов до 14;
  • двухканальный 12-битный ЦАП;
  • два таймера с ШИМ CCU4;
  • один таймер повышенного разрешения с ШИМ CCU8;
  • два CAN-контроллера;
  • четыре универсальных коммуникационных интерфейса USIC (UART, SPI, Quad-SPI, DoubleSPI, I²C, I²S, LIN);
  • USB (FS OTG);
  • поддержку SDIO/SD/MMC;
  • EtherCAT.

Микроконтроллеры XMC4300 являются самыми доступными EtherCAT-решениями на рынке. В настоящий момент к услугам пользователей предлагаются две модели – XMC4300-F100F256 и XMC4300-F100K256, которые отличаются корпусными исполнениями и рабочими температурными диапазонами (таблица 3).

Таблица 3. Номенклатура микроконтроллеров XMC4300

Наименование Корпус Fmax, МГц Flash, кбайт SRAM, кбайт DMA Интерфейс внешней памяти Траб, °C
XMC4300-F100F256 AA PG-LQFP-100 144 256 128 8 -40…85
XMC4300-F100K256 AA -40…125

XMC4800 по праву может считаться топовой линейкой всего семейства. Ее ключевыми особенностями являются (рисунок 5):

Рис. 5. Блок-схема микроконтроллеров XMC4800 с поддержкой EtherCAT

Рис. 5. Блок-схема микроконтроллеров XMC4800 с поддержкой EtherCAT

  • высокопроизводительное 32-битное процессорное ядро ARM Cortex-M4 с рабочей частотой 144 МГц;
  • до двенадцати каналов прямого доступа к памяти DMA;
  • до 2 Мбайт Flash;
  • до 352 кбайт ОЗУ;
  • Ethernet MAC-модуль с поддержкой скорости обмена данными 10/100 Мбит/с;
  • EtherCAT Slave interface (ECAT) 100 Мбит/с с двумя интерфейсами MII;
  • восемьшинFieldbus Memory Management Units (FMMU);
  • USB 2.0 FS OTG;
  • шесть контроллеров CAN с поддержкой скорости обмена данными 1 Мбит/с;
  • шесть универсальных коммуникационных интерфейсов USIC (UART, SPI, Quad-SPI, Double SPI, I²C, I²S, LIN);
  • контроллер светодиодов и сенсорных приложений (LEDTS);
  • поддержка SDIO/SD/MMC;
  • блок для работы с внешней памятью и периферией EBU;
  • четыре 12-битных АЦП с частотой преобразования до 5 MSPS и числом каналов до 26;
  • двухканальный 12-битный ЦАП;
  • четыре канала дельта-сигма-модулятора;
  • четыре таймера с ШИМ CCU4;
  • два таймера повышенного разрешения с ШИМ CCU8;
  • два интерфейса датчиков положения POSIF;
  • сторожевой таймер (WDT);
  • датчик температуры кристалла (DTS);
  • часы реального времени.

Сейчас в состав линейки XMC4800 входит почти два десятка моделей, которые отличаются между собой объемами Flash и ОЗУ, корпусными исполнениями и диапазонами рабочих температур (таблица 4).

Таблица 4. Линейка микроконтроллеров XMC4800

Наименование Корпус Fmax, МГц Flash, кбайт SRAM, кбайт DMA Интерфейс внешней памяти Траб, °C
XMC4800-E196F1024 AA PG-LFBGA-196 144 1024 200 12 + -40…85
XMC4800-E196F1536 AA PG-LFBGA-196 1536 276 12 + -40…85
XMC4800-E196F2048 AA PG-LFBGA-196 2048 352 12 + -40…85
XMC4800-E196K1024 AA PG-LFBGA-196 1024 200 12 + -40…125
XMC4800-E196K1536 AA PG-LFBGA-196 1536 276 12 + -40…125
XMC4800-E196K2048 AA PG-LFBGA-196 2048 352 12 + -40…125
XMC4800-F100F1024 AA PG-LQFP-100 1024 200 12 + -40…85
XMC4800-F100F1536 AA PG-LQFP-100 1536 276 12 + -40…85
XMC4800-F100F2048 AA PG-LQFP-100 2048 352 12 + -40…85
XMC4800-F100K1024 AA PG-LQFP-100 1024 200 12 + -40…125
XMC4800-F100K1536 AA PG-LQFP-100 1536 276 12 + -40…125
XMC4800-F100K2048 AA PG-LQFP-100 2048 352 12 + -40…125
XMC4800-F144F1024 AA PG-LQFP-144 1024 200 12 + -40…85
XMC4800-F144F1536 AA PG-LQFP-144 1536 276 12 + -40…85
XMC4800-F144F2048 AA PG-LQFP-144 2048 352 12 + -40…85
XMC4800-F144K1024 AA PG-LQFP-144 1024 200 12 + -40…125
XMC4800-F144K1536 AA PG-LQFP-144 1536 276 12 + -40…125
XMC4800-F144K2048 AA PG-LQFP-144 2048 352 12 + -40…125

Области применения микроконтроллеров XMC1000 и XMC4000

Номенклатура микроконтроллеров XMC1000 и XMC4000 насчитывает почти две сотни представителей, что позволяет находить оптимальное решение практически для каждого промышленного приложения – от простейших датчиков до микро-ПЛК.

Эти микроконтроллеры являются идеальной заменой для устаревших 8-битных архитектур. Они отличаются привлекательной стоимостью, простотой освоения, наличием корпусов с малым числом выводов и широким диапазоном рабочих напряжений, составляющим 1,8…5,5 В.

Все линейки семейства XMC1000, за исключением XMC1200, применяются в различных промышленных приложениях (рисунок 6): освещение, электрические велосипеды, электроинструменты, источники питания, кондиционеры, насосы, вентиляторы и прочее. Микроконтроллеры XMC1200 разрабатывались, в первую очередь, для создания светодиодных систем освещения.

Рис. 6. Области применения микроконтроллеров семейства XMC1000на базе ядра ARM Cortex-M0

Рис. 6. Области применения микроконтроллеров семейства XMC1000на базе ядра ARM Cortex-M0

Микроконтроллеры семейства XMC4000 отличаются высокой производительностью и богатым набором периферии. Они подходят для более сложных промышленных приложений, таких как приводы электродвигателей, блоки электроавтоматики станков, пульты операторов ЧПУ, микро ПЛК, системы заряда аккумуляторов и тому подобное (рисунок 7).

Рис. 7. Области применения микроконтроллеров семейства XMC4000на базе ядра ARM Cortex-M4

Рис. 7. Области применения микроконтроллеров семейства XMC4000на базе ядра ARM Cortex-M4

Благодаря одновременной поддержке EtherCAT, CAN и UART линейки XMC4300 и XMC4800 являются универсальным решением для создания модульных и распределенных промышленных систем управления. В частности, микроконтроллеры XMC4300 будут идеальным выбором для модулей ввода-вывода электроавтоматики станка (рисунок 8).

Рис. 8. Использование XMC4300 для создания EtherCAT-модулей электроавтоматики

Рис. 8. Использование XMC4300 для создания EtherCAT-модулей электроавтоматики

Представители линейки XMC4800 обладают самым богатым набором цифровой, аналоговой и коммуникационной периферии. Они позволяют создавать одноплатные компьютеры, микро-ПЛК и промышленные приводы электродвигателей с поддержкой самых разнообразных датчиков обратной связи (рисунок 9).

Рис. 9. Использование XMC4800 для создания EtherCAT-приводов

Рис. 9. Использование XMC4800 для создания EtherCAT-приводов

Одним из достоинств микроконтроллеров XMC является доступность средств разработки — отладочных наборов и программного обеспечения.

Отладочные наборы для микроконтроллеров XMC1000 и XMC4000

Любой современный микроконтроллер представляет собой сложную систему, для освоения которой может потребоваться много времени. Именно поэтому разработчики так не любят переходить от одной процессорной архитектуры к другой. Если же такая необходимость возникла, то использование отладочных плат существенно упрощает знакомство с особенностями новых микроконтроллеров.

В настоящий момент компания Infineon предлагает более двух десятков отладочных наборов для семейства XMC1000 и почти три десятка – для семейства XMC4000. Некоторые из них являются стартовыми наборами с минимальным количеством дополнительных компонентов. Большая группа отладочных плат имеет на борту широкий выбор дополнительных компонентов, например, приемопередатчиков, драйверов, силовых ключей и так далее. Рассмотреть пять десятков отладочных наборов в рамках одной статьи проблематично, поэтому остановимся на обзоре лишь некоторых из них.

KIT_XMC13_BOOT_001 – стартовый набор на базе микроконтроллера XMC1300 (рисунок 10). Плата состоит из двух частей: отладчика SEGGER J-LINK и непосредственно платы контроллера. Отладчик SEGGER J-LINK в любое время может быть отделен (плата ломается пополам) и использован для работы с другими модулями.

Рис. 10. Внешний вид отладочного набора KIT_XMC13_BOOT_001

Рис. 10. Внешний вид отладочного набора KIT_XMC13_BOOT_001

На плате контроллера присутствует минимальный набор дополнительных компонентов — светодиодов, посадочных мест для распайки штыревых разъемов и краевого разъема для подключения плат расширения, например, Colour LED Card или White LED Card.

KIT_XMC45_RELAX_V1 – стартовый набор на базе производительного микроконтроллера XMC4500 (рисунок 11). Плата состоит из двух отделяемых частей — отладчика и платы контроллера. На плате контроллера, кроме самого XMC4500, расположены микросхема памяти 32 Мбит Quad-SPI Flash, Ethernet PHY и RJ45, разъем Micro-USB, слот для карт памяти microSD, кнопка сброса, две пользовательских клавиши и два светодиода.

Рис. 11. Внешний вид отладочного набора KIT_XMC45_RELAX_V1

Рис. 11. Внешний вид отладочного набора KIT_XMC45_RELAX_V1

KIT_XMC43_RELAX_ECAT_V1 – отладочный набор на базе микроконтроллера XMC4300 с поддержкой EtherCAT (рисунок 12). Данный отладочный набор может использоваться как готовое решение для EtherCAT или CAN сетей. Кроме того, KIT_XMC43_RELAX_ECAT_V1 может работать с платами Arduino.

Рис. 12. Внешний вид отладочного набора KIT_XMC43_RELAX_ECAT_V1

Рис. 12. Внешний вид отладочного набора KIT_XMC43_RELAX_ECAT_V1

На отладочной плате расположены следующие компоненты: микроконтроллер XMC4300 (LQFP100), встроенный отладчик на базе XMC4200 (интерфейс отладки SWD), EtherCAT® PНY и два разъема RJ45, CAN-трансивер с разъемом DB-9, разъемы для подключения плат Arduino, сокет mikroBUS™, пользовательские клавиши, пользовательские светодиоды, разъем Micro-USB.

KIT_XMC48_RELAX_ECAT_V1 – отладочный набор на базе микроконтроллера XMC4800 с поддержкой EtherCAT (рисунок 13). Набор состоит из двух плат. На первой расположен микроконтроллер XMC4800 с отладчиком, пользовательские клавиши, микросхема Ethernet PHY (KSZ8081RNA) с разъемом RJ45, разъем Micro-USB. Здесь же расположены штыревые разъемы и посадочные места для разъемов Arduino. На второй плате размещены микросхемы EtherCAT PHY и разъемы RJ45.

Рис. 13. Внешний вид отладочного набора KIT_XMC48_RELAX_ECAT_V1

Рис. 13. Внешний вид отладочного набора KIT_XMC48_RELAX_ECAT_V1

Использование отладочных наборов существенно упрощает создание аппаратной части устройств. Для упрощения процесса разработки встраиваемого ПО для микроконтроллеров XMC1000 и XMC4000 следует воспользоваться бесплатной программной платформой Dave от Infineon.

Краткий обзор программной платформы DAVE™

Создание встраиваемого ПО для микроконтроллеров является одним из важнейших этапов при разработке устройств. Здесь перед разработчиками возникают следующие проблемы:

  • высокая стоимость средств разработки. Стоимость профессиональных компиляторов начинается с нескольких тысяч долларов, например, Keil или IAR;
  • написание драйверов «с нуля» требует хорошего знания архитектуры микроконтроллеров;
  • отсутствие готовых решений на уровне приложений (Application-oriented) значительно увеличивает срок написания программ.

Все эти проблемы можно решить с помощью DAVE от Infineon.

DAVE™ (Digital Application Virtual Engineer) – бесплатная программная платформа, объединяющая программные инструменты и огромное количество библиотек и примеров (рисунок 14).

Рис. 14. Dave – законченная программная платформа для разработки встроенного ПО для микроконтроллеров XMC

Рис. 14. Dave – законченная программная платформа для разработки встроенного ПО для микроконтроллеров XMC

В состав DAVE входят:

  • драйверы нижнего уровня XMC Lib CMSIS/MISRA 2004;
  • аппаратные библиотеки, например, для таймеров, АЦП и прочего;
  • DAVE™ APPs-библиотеки уровня приложений, например, для создания понижающих преобразователей, приводов двигателя, USB-хостов и так далее;
  • готовые примеры;
  • графический конфигуратор аппаратных ресурсов;
  • кодогенератор;
  • компилятор.

Впрочем, при желании разработчик может воспользоваться и программными средами разработки сторонних производителей – Altium, Atollic, ARM/KEIL, IAR, Rowley и другими.

Использование графического конфигуратора и кодогенератора максимально упрощает работу программиста, так как освобождает его от необходимости досконального изучения архитектуры микроконтроллера. В результате сам процесс разработки максимально упрощается (рисунок 15).

Рис. 15. Этапы разработки встроенного ПО при использовании Dave

Рис. 15. Этапы разработки встроенного ПО при использовании Dave

Заключение

Компания Infineon выпускает XMC1000 и XMC4000 – семейства 32-битных микроконтроллеров для создания промышленных приложений.

Семейство XMC1000 построено на базе микропроцессорного ядра ARM Cortex™-M0 с рабочей частотой до 48 МГц. Микроконтроллеры XMC1000 являются недорогой и современной альтернативой устаревшим 8-битным микроконтроллерам в целом ряде приложений – от датчиков и систем светодиодного освещения до блоков питания и простейших приводов электродвигателей.

Высокопроизводительное семейство XMC4000 использует процессорное ядро ARM Cortex™-M4F с рабочей частотой до 144 МГц. Данная группа контроллеров находит применение в самых разнообразных промышленных устройствах от блоков питания до микро-ПЛК. Особое внимание разработчиков систем ЧПУ должны привлечь линейки микроконтроллеров XMC4300 и XMC4800 с поддержкой EtherCAT Slave.

Кроме непосредственно микроконтроллеров компания Infineon предлагает широкий выбор средств разработки, в том числе – отладочные наборы и бесплатную программную платформу Dave, позволяющую максимально упростить процесс создания встроенного ПО для семейств XMC.

Литература

  1. MC – 32-Bit Industrial Microcontrollers. One Microcontroller Platform. Countless Solutions. Infineon, 2015;
  2. XMC™ – Product Introduction. XMC™ Microcontrollers. Infineon, 2016;
  3. Product Brief. XMC4300 and XMC4800 Microcontroller series with integrated EtherCAT®. Infineon, 2016;
  4. XMC™ – 32-bit industrial microcontrollers. One microcontroller platform. Countless solutions;
  5. Board User’s Manual. CPU-13A-V1. XMC1300 CPUCard. Infineon, 2013;
  6. http://www.Infineon.com.

Наши информационные каналы

О компании Infineon

Компания Infineon является мировым лидером по производству силовых полупроводниковых компонентов, а также занимает ведущие позиции по производству автомобильной полупроводниковой электроники и смарт-карт.  В 2015 году компания Infineon приобрела компанию International Rectifier, тем самым значительно усилив свои лидирующие позиции в области силовой электроники. Это сочетание открывает новые возможности для клиентов, так как обе компании превосходно дополняют друг друга благодаря высокому уровню ...читать далее