Mikrokontroler Raspberry Pi za dolara?

Faktem jest, że na rynku elektroniki dalej układy Atmel/Microchip mają silną pozycję, ale wiele innych jest już historią, jak chociażby rodzina 68HC. Ewolucja rynku w stronę 32-bitowych jednostek Cortex zapowiadana była już dawno i z pewnością nie jest zaskoczeniem, niemniej unifikacja nie spowodowała, że nagle producentów mikrokontrolerów na rynku przybyło. Wydawałoby się, że przy dużym popycie znajdzie się ktoś chętny do wbicia klina w podzielony przez dotychczasowych graczy rynek, kto zaproponuje dużo możliwości za niewielką cenę itd. Od strony technologii byłoby to możliwe, bo mikrokontrolery nie są wytwarzane w najnowszych procesach technologicznych i można ich wytworzenie zlecić do wielu fabów.

Wydaje się, że taki moment właśnie nadchodzi, a biorąc pod uwagę problemy z długim czasem dostaw, warto odnotować, że na rynku pojawił się dostawca, który nie tylko ma niezłe chipy w magazynie, ale sprzedaje je po niskiej cenie. To fundacja Raspberry Pi. Sklep internetowy (https://direct.raspberrypi.com) sprzedaje mikrokontrolery RP2040 w cenie ok. 70 centów za sztukę w szpuli 3400 sztuk i odrobinę drożej (1 dolar) wycenia zamówienia jednostkowe. W magazynie na klientów czeka podobno 20 mln układów, co przekonuje, że akcja nie jest jakimś happeningiem.

RP2040 to ten sam układ, na którym bazuje płytka Raspberry Pi Pico, a więc wspierany przez środowisko IDE z kompilatorem C/C++, interpreterem MicroPython, biblioteką TensorFlow Lite i społeczność szacowaną na 1,5 mln użytkowników. Za dolara dostajemy 32-bitową jednostkę dwurdzeniową Arm Cortex-M0+ taktowaną zegarem 133 MHz z 264 KB RAM. Wydajność obliczeniowa jest więc bez zarzutu.

RP2040 może wykonywać kod bezpośrednio z wewnętrznej pamięci RAM lub z pamięci zewnętrznej (RAM lub ROM) podłączonej przez interfejs SPI, DSPI albo QSPI. Mała pamięć podręczna instrukcji poprawia szybkość działania kodu „dla typowych aplikacji” podczas współpracy z pamięcią zewnętrzną. Rdzenie nie mają pamięci podręcznej instrukcji L0, więc czas cyklu instrukcji jest deterministyczny podczas przetwarzania kodu z pamięci RAM na chipie.

Ten determinizm jest potrzebny do precyzyjnego sterowania czasowego w wielu aplikacjach przemysłowych i jest zaletą. Kiedyś wszystkie mikrokontrolery charakteryzowały się determinizmem czasowym cyklu rozkazów, ale czasy się zmieniły. RP2040 jest pod tym względem „starą szkołą”. Jest jeszcze jedna istotna cecha rdzeni procesora Arm Cortex-M0+: obsługują one mnożenie sprzętowe. To ważna funkcja, jeśli aplikacja będzie wymagała dużej ilości obliczeń matematycznych. Jest również bardzo przydatna w aplikacjach uczenia maszynowego.

Niestety nie ma zintegrowanej pamięci Flash, stąd kod programu trzeba gdzieś upchnąć w pamięci zewnętrznej. Może to wydawać się wielką niedogodnością w porównaniu z innymi mikrokontrolerami z wbudowanym Flashem, ale pozwala na umieszczenie dużej ilości pamięci programu w projekcie za pomocą 8-pinowej pamięci NAND Flash w obudowie SOIC. Z drugiej strony układ Flash prawdopodobnie będzie kosztował więcej niż mikrokontroler.

Czy kosztujący 70 centów układ w QFN56 wymagający dołączenia zewnętrznego Flasha ma szansę zmienić rynek? Moim zdaniem tak, bo chip to tylko połowa sukcesu. Drugą część tworzą liczne płytki projektowe (np. Pico Raspberry Pi za 4 dolary), oprogramowanie i biblioteki oraz duże środowisko użytkowników i dostępność. Te czynniki nabierają coraz większego znaczenia i czas pokaże, czy przykryją wadę braku Flasha.

Robert Magdziak