Массовое внедрение робототехники, информационных технологий и автоматизации на основе искусственного интеллекта (ИИ) ставит перед инженерами противоречивую задачу. С одной стороны требуется обеспечить достаточной уровень производительности периферийных систем, с другой — избежать их значительного усложнения и связанного с этим роста затрат.
Компания Texas Instruments (TI) является пионером в решении подобных задач с 1971 г., когда запатентовала первый в мире микроконтроллер (МК) — устройство, соединившее в себе базовые вычислительные возможности процессора с памятью, таймерами и интерфейсом ввода-вывода. Теперь у неё есть решение и для удовлетворения потребностей наступающей Индустрии 4.0. Это портфолио высокопроизводительных МК Sitara AM2x, которые, по заверениям производителя, позволят достичь 10-кратного увеличения вычислительной мощности по сравнению с другими существующими сегодня МК и фактически размывают границу между МК и CPU.
Портфолио Sitara включает устройства, объединяющие от одного до четырёх процессорных ядер ARM, работающих на частотах от 400 МГц до 1 ГГц, с ускорителями и блоками для взаимодействия с периферией. Архитектура устройств позволяет распределять операции по ядрам, упрощая планирование, когда функции выполняются с разными временными интервалами. А их производительность открывает нетипичные для МК возможности периферийной аналитики и обработки многопротокольных сетевых потоков в реальном времени. Похожую нишу устройств, сочетающих преимущества традиционных микропроцессоров и МК стремятся занять и некоторые другие разработчики чипов, например NXP со своими кроссовер-решениями i.MX.
Первое в портфолио AM2x доступное семейство МК AM243x представлено тремя моделями, отличающимися только количеством процессорных ядер. Например, AM2434 оснащены четырьмя ядрами ARM Cortex-R5F с низким энергопотреблением, а также одним ядром Cortex-M4F. При работе на частоте 800 МГц производительность достигает 6,4 тыс. DMIPS, а энергопотребление не превышает 1 Вт. Новинки используют 16-нм техпроцесс FinFET. Они могут надёжно работать при температурах до +85 °C, без необходимости использования вентиляторов или дорогостоящих радиаторов.
Настраиваемое ускорение реализовано на специализированных блоках обработки данных, возможности которых выходят далеко за рамки стандартных ядер микропроцессоров, повышая производительность системы от 10 до 100 раз в таких приложениях как радиолокация, требующая большого количества быстрых преобразований Фурье, и ИИ. За сетевое взаимодействие на скорости до 1 Гбит/c отвечает фирменный сетевой механизм ICSS, обладающий возможностью гибкой настройки и программирования. На его основе производитель реализовал поддержку таких стеков промышленных протоколов, как ProfinetIRT, EtherNet/IP, EtherCAT и IO-Link.
Встроенные функции безопасности включают шифрование (вплоть до AES-256), генератор истинно случайных чисел и т.д. А интегрированные механизмы функциональной безопасности, диагностики и обслуживания помогают системным интеграторам достичь в своих проектах уровня безопасности SIL 3 стандарта IEC 61508. Ещё одним важным аспектом архитектуры AM2x является расширенная поддержка аналоговых устройств и исполнительных механизмов за счёт включения в состав МК блоков ШИМ высокого разрешения и АЦП с высокой разрядностью и частотой дискретизации, позволяющих сократить время цикла управления до 3 мкс.
Чтобы уменьшить сложность проектирования и разработки, компания TI создала комплект разработчика Sitara AM243x LaunchPad, позволяющий быстро оценить все возможности новых МК. С помощью этого инструмента разработчики могут реализовать системы прецизионного управление в реальном времени и задействовать сетевые возможности AM243x, используя готовые библиотеки и набор примеров программ для конкретных приложений.
В состав комплекта входит сам AM2434, флэш-память QSPI 512 Мбит, два 1GbE-порта RJ45 двухрядный 40-контактный интерфейс модуля BoosterPack, трансивер CAN и встроенная система отладки XDS110. LaunchPad стоит всего $89, а для более серьёзной разработки компания предлагает плату TMDS243GPEVM стоимостью $289, которая включает три 1GbE-порта, 1" дисплей, PCIe x4 и другие интерфейсы.
TI предоставляет руководство по началу работы с отладочными платами, а также SDK для Windows и Ubuntu с примерами и другими ресурсами. Также на сайте компании есть справочное руководство на 7400 страниц для МК AM2434 и учебный портал MCU+ Academy, который помогает разработчикам ускорить выход их продуктов на рынок.