Renesas RL78 - platforma mikrokontrolerów True Low Power

Rys. 1. Obsługa przerwań przy wykorzystaniu ELC

Połączenie udoskonalonego rdzenia kontrolerów 78K oraz bogatych peryferii znanych z R8C zaowocowało uzyskaniem niezawodnych, wydajnych oraz energooszczędnych mikrokontrolerów przeznaczonych do segmentu aplikacji 8/16-bitowych. Mikrokontrolery serii RL78 zaprojektowane zostały jako odpowiedź na obecne zapotrzebowanie rynku.

Z jednej strony postęp technologiczny wymusza na producentach mikrokontrolerów opracowywanie coraz bardziej wydajnych jednostek, by sprostać coraz większemu zapotrzebowaniu na moc obliczeniową. Z drugiej strony coraz większy nacisk kładzie się na urządzenia z półki "green" - energooszczędne, np. zasilane bateryjnie.

Naprzeciw tym wymaganiom wyszli inżynierowie z firmy Renesas. Połączyli i udoskonalili oni dwie rodziny sprawdzonych kontrolerów - 78K oraz R8C. Z 78K wzięto wydajny rdzeń o zaawansowanych funkcjach oszczędzania energii. Seria R8C dostarczyła rozbudowane i wydajne peryferia.

Dzięki temu połączeniu udało się uzyskać 16-bitowe mikrokontrolery, które świetnie sprawdzają się w aplikacjach z segmentu automatyki przemysłowej, domowej, konsumenckiej, AGD, oświetlenia, rynku pomiarowego, elektronarzędziowego oraz motoryzacyjnego.

Przegląd kluczowych własności i funkcji platformy RL78

Rys. 2. Zmiana funkcji poszczególnych wyprowadzeń (PIOR - Peripheral I/O Re-direction)

Mikrokontrolery serii RL78 mogą działać przy napięciach od 1,6 V do 5,5 V, zapewniając do 41 DMIPS (v2.1) wydajności przy taktowaniu 32 MHz. Niskie napięcie zasilania sprawia, że idealnie nadają się do aplikacji zasilanych bateriami litowo-jonowymi.

Dostępne są one w obudowach od 20 do 128 wyprowadzeń, zaprojektowanych w sposób umożliwiający łatwą migrację na układ z większą liczbą wyprowadzeń, przy minimalnych zmianach w płytce PCB. Rodzina RL78 to ponad 300 produktów z pamięcią Flash od 2 KB do 512 KB. Do funkcji wartych wspomnienia należy np. Event Link Controller (ELC) umożliwiający obsługę przerwań bez udziału jednostki głównej CPU (rys. 1).

Rys. 3. Podstawowe bloki funkcjonalne mikrokontrolerów RL78

Ponadto są to zgodność ze standardem IEC/UL 60730 (wymagania odnośnie do bezpieczeństwa i kompatybilności elektromagnetycznej dla urządzeń gospodarstwa domowego), możliwość "przemapowania" funkcji poszczególnych wyprowadzeń (rys. 2), sprzętowe wsparcie dla operacji mnożenia i dzielenia, wewnętrzne oscylatory o dokładności ±1% w zakresie temperatur pracy od -20°C do 85°C.

Wszystkie główne bloki funkcjonalne mikrokontrolerów serii RL78 można znaleźć na rysunku 3. Pobór prądu w trybie "Active" jest jednym z najniższych na rynku w swojej klasie i wynosi 66 μA/MHz. Jeśli wysoka wydajność nie jest potrzebna, w trybie "Halt", przy użyciu zegara czasu rzeczywistego 32 kHz (RTC) oraz obwodów wykrywania niskiego napięcia (LVD), pobór energii spada do ok. 0,57 μA.

W trybie "Stop", przy użyciu jedynie timera watchdog (WDT) oraz obwodu LVD, pobór prądu to już tylko 0,31 μA. Mikrokontrolery RL78 integrują w sobie również unikatową funkcję "Snooze Mode". W trybie tym jednostka główna jest uśpiona.

Mimo to nadal możliwy jest odbiór danych przez interfejs UART lub konwersja A/D. CPU wybudzane jest tylko wtedy, kiedy np. dane konwersji A/D osiągnęły zadany przez projektanta próg (rys. 4). Wszystkie tryby oszczędzania energii można zobaczyć na rysunku 5.

Przegląd podrodzin mikrokontrolerów RL78

Rys. 4. Przykłady operacji w trybie "Snooze Mode"

Wśród serii mikrokontrolerów RL78 można wyróżnić kilka specjalizowanych podrodzin. Oprócz serii kontrolerów ogólnego przeznaczenia (G13) są to:

• G12 - podrodzina o małej liczbie wyprowadzeń,
• G14 - podrodzina o zwiększonej wydajności,
• L12/L13 - wersje do aplikacji z wyświetlaczem LCD,
• I1A - podrodzina do aplikacji związanych ze sterowaniem oświetleniem i mocą,
• F12/D1A - wersje przeznaczone na rynek motoryzacyjny,
• G1A - podrodzina z zaawansowanymi peryferiami analogowymi,
• G1C - podrodzina z interfejsem USB 2.0.

Wersje L12/L13 charakteryzują się zintegrowanym sprzętowym sterownikiem LCD (35 seg.×8 com lub 47 seg.×8 com). Ciekawostką w podrodzinie I1A jest sprzętowa obsługa protokołu DALI (Digital Addressable Lighting Interface) oraz wbudowane komparatory.

Podrodzina G1A charakteryzuje się zwiększoną dokładnością przetwornika A/C - 12 bitów. Kontrolery przeznaczone na rynek motoryzacyjny charakteryzuje rozszerzony zakres temperatury pracy, do 125°C.

Narzędzia deweloperskie

Rys. 5. Tryby oszczędzania energii kontrolerów RL78

W celu przyspieszenia wdrożenia projektu z wykorzystaniem platformy RL78 Renesas udostępnia wiele darmowych narzędzi deweloperskich. Ze strony firmy Renesas można pobrać pełnowartościowe IDE (Integrated Development Environment) na bazie popularnego Eclipse - e2studio. Na stronie www.kpitgnutools.com dostępny jest natomiast darmowy kompilator.

Oczywiście nic nie stoi na przeszkodzie w użyciu produktów komercyjnych, np. IAR lub firmy Renesas. Renesas udostępnia również bardzo przydatną aplikację Applilet służącą do generowania kodu źródłowego dla peryferii, co znacznie przyspiesza rozpoczęcie pracy nad aplikacją główną. Poza tym na stronie firmy Renesas dostępny jest szereg not aplikacyjnych, kursów online oraz przykładowych kodów źródłowych.

Dla prostych projektów Renesas oferuje promocyjny zestaw ewaluacyjny, który zamawia się przez rejestrację na stronie www. renesas.eu/rl78. Bardziej zaawansowane zestawy startowe i debuggery dostarczają dystrybutorzy, np. firma Glyn (www.glyn.pl). Swoje doświadczenia można wymieniać na forum poświęconym mikrokontrolerom firmy Renesas - www.renesasrulz.com.

Podsumowanie

Platforma RL78 dzięki unikalnemu trybowi "Snooze Mode" oraz inteligentnym peryferiom może być ochrzczona mianem "True Low Power". Dzięki integracji wielu funkcji bezpośrednio w kontrolerze, np. regulatora napięcia, dokładnych oscylatorów, czujnika temperatury, Data Flash itp., można znacznie obniżyć koszt oraz złożoność projektu.

Zgodność z normą IEC60730 znacznie przyspiesza ewentualną certyfikację urządzeń. Biorąc pod uwagę panującą modę na produkty energooszczędne, rodzina tych mikrokontrolerów wydaje się trafnym wyborem, jeśli chodzi o dziedzinę aplikacji 8/16-bitowych.

Marcin Walerian
GLYN Jones GmbH & Co. KG
www.glyn.pl