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具有業(yè)界頂級的編碼效率和出色的高速度與低功耗性能的MCU

2009年04月03日11:38:19 本網(wǎng)站 我要評論(2)字號:T | T | T

瑞薩科技公司今天宣布推出其首款基于新的RX CPU構建的RX系列MCU產(chǎn)品,在未來幾年里它們將成為公司MCU業(yè)務的核心,成為八個新的32位RX610族。從2009年6月起,將在日本東京開始陸續(xù)遞送樣品。

總的來說,RX系統(tǒng)指基于新的RX CPU內核的下一代MCU,它們集成了瑞薩科技現(xiàn)有的、采用復雜指令集計算機(CISC)*1架構的16位和32位MCU的性能。這些產(chǎn)品將分兩個系列推出:一是RX600系列,設計用于實現(xiàn)高速和超級性能應用,二是RX200系列,設計用于低壓操作和低功耗應用。

RX系列的首款產(chǎn)品形成了隸屬于RX600系列的RX610族。這些MCU是用于高端辦公設備和數(shù)字消費類產(chǎn)品等應用的理想選擇,這些應用往往要求具有以高性能水平和快速運行大規(guī)模程序的能力。新的RX610族具有100 MHz的較大工作頻率,其特性總結如下:

< 特性>

(1)    RX CPU內核的處理性能約為瑞薩科技以往產(chǎn)品的兩倍,并具有業(yè)界較佳的編碼效率。*2

RX CPU內核實現(xiàn)了業(yè)界頂級的性能,超越了其1.25 MIPS/MHz 開發(fā)目標,能夠達到1.65 MIPS/MHz的處理性能。當以相同的頻率運行時,大約相當于瑞薩科技以往32位CISC MCU性能的二倍,從而可以快速而高效的進行編程。

客戶在選擇MCU時必須要考慮的另一個因素是編碼效率(程序存儲器的有效利用)。編碼效率是一種效率指標,用于量度將程序源代碼轉換成CPU實際執(zhí)行的目標代碼的效率。更高的編碼效率意味著具有更密實的目標代碼,因此存儲目標代碼僅需較少的存儲空間。RX CPU內核實現(xiàn)了業(yè)界頂級的編碼效率,比瑞薩的早期產(chǎn)品高30%。這就意味著客戶可以選擇具有更少存儲器性能的MCU版本,從而有助于減少總的系統(tǒng)成本。

(2)    具有業(yè)界頂級速度和較佳性能的多功能片上閃存

RX610族具有較大達2兆字節(jié)的高速度和用于存儲程序的大容量內存。90 納米工藝節(jié)點和瑞薩科技專有的金屬氧化物氮氧化物矽晶(MONOS)結構都用于在100MHz的頻率(即CPU的較大工作頻率,用于業(yè)界頂級水平下的高速操作)下實現(xiàn)單周期訪問。閃存不僅有助于更快的執(zhí)行程序,較高2兆字節(jié)的巨大存儲性能還可以適應要求尖端功能的大規(guī)模的程序。

另外,RX610族具有32Kb的數(shù)據(jù)閃存空間,并具有后臺操作(BGO)功能,可以在執(zhí)行編程的同時寫入數(shù)據(jù)。這種功能可以在不放慢執(zhí)行程序速度的情況下進行數(shù)據(jù)寫入,使其成為備份等類似應用的理想選擇。

這兩類片上存儲器有助于省去在大規(guī)模系統(tǒng)中增加外部存儲器的需求,而早期的MCU的片上存儲性能卻不足以滿足這些系統(tǒng)要求。這樣就減少了安裝面積和所需的開發(fā)工時,從而有利于降低系統(tǒng)成本并實現(xiàn)更快速操作。

(3)    對以往瑞薩科技產(chǎn)品所具有的外設功能進行完整補充以保持兼容性

除了在早期瑞薩產(chǎn)品中已建立記錄的外設功能外,RX610族還提供了一些增強功能以滿足特定要求。

已建立記錄的外設功能包括一個適用于多種應用的計時器脈沖部件,一個匹配比較計時器和一個8位計時器;一個用于高效數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸單元和一個串行通信接口;一個10位模數(shù)轉換器和10位數(shù)模轉換器以及一個CRC電路。這些外設功能保持了與現(xiàn)存瑞薩科技產(chǎn)品的兼容性,并可以將其輕松移植到RX600系列。

模數(shù)轉換器通過實現(xiàn)1 μs的更快的轉換速度和一個具有四個部件的擴展配置而得以增強(共16通道[每個部件4通道])。每個部件可以與其它部件同時進行高速轉換,實現(xiàn)了多個傳感器數(shù)據(jù)的高效處理。

還有一個支持器件間高性能通信的I2C總線接口,可實現(xiàn)新的外設功能。

(4)    實現(xiàn)低功耗

RX610族已經(jīng)達到了0.03 mA/MHz  的CPU內核電流的開發(fā)目標,當在100MHz的頻率下運行時,其電流消耗約為50 mA(典型值)。每1MHz工作頻率所產(chǎn)生的電流消耗不到以往瑞薩科技類似產(chǎn)品的一半。RX610族還提供了四種掉電(低功率)模式,可以通過選擇與應用匹配的恰當模式來充分減少功耗。例如,在系統(tǒng)處于待機或類似狀態(tài)時,將采用的Deep待機模式的電流僅為3 μA左右。同樣適用于正常操作的RX610低電流損耗特點,已經(jīng)達到業(yè)界頂級水平。

(5)    各種工具幫助縮短開發(fā)周期

有三種仿真器將計劃作為硬件開發(fā)環(huán)境用于RX610族:E100、E20和E1。E100是功能較豐富的完全規(guī)格仿真器,E20具有超高的性價比,而E1是一款低成本產(chǎn)品。客戶可以選擇較符合其調試要求的仿真器。

瑞薩科技的標準開發(fā)環(huán)境,High-Performance Embedded Workshop,已作為集成開發(fā)環(huán)境加以推出。它可以使客戶使用早期瑞薩科技利用High-Performance Embedded Workshop所開發(fā)的資源。也可采用符合μITRON*3C規(guī)格的C/C++編譯器和實時操作系統(tǒng),以及用于對片上閃存進行編程的閃存開發(fā)套件(FDT)。

RX C/C++編譯器覆蓋了以往瑞薩科技MCU的語言規(guī)格、增強的規(guī)格以及endian規(guī)格。從而使客戶從現(xiàn)有的軟件資源中輕松進入RX。

除上述工具外,瑞薩科技的合作廠商正在開發(fā)適用于RX系列硬件和軟件開發(fā)環(huán)境。

< 產(chǎn)品背景資料>

瑞薩科技目前正在大量生產(chǎn)M16系列、H8S系列、R32C系列以及H8SX系列16位和32位CISC MCU,這些產(chǎn)品廣泛用于消費類產(chǎn)品、汽車電子、工業(yè)設備、辦公設備和通信等多個領域。瑞薩科技占據(jù)全球整個MCU市場的較大份額,*4其中包括在全球16位MCU市場占有較大份額。*5另一方面,嵌入式器件領域的系統(tǒng)正在添加高水平的性能,它們變得日趨復雜、不斷擴大其規(guī)模并要求有增強的能率,因此對于處于這種系統(tǒng)核心的MCU的要求正在不斷增加,需要其能夠提供高速度、高性能、具有存儲大規(guī)模程序的巨大存儲性能同時還要降低功耗。

為滿足市場需求并進一步增強公司的MCU業(yè)務,瑞薩科技決定開發(fā)RX系列下一代MCU,將上面所提到產(chǎn)品系列的性能都加以集成。在開發(fā)RX下一代CPU的同時,瑞薩科技還建立了可以實現(xiàn)高效新MCU產(chǎn)品開發(fā)的MCU開發(fā)平臺。RX610族,作為RX600系列的一分子,是一款高速度、高性能的32位MCU,標志著首款產(chǎn)品已亮相RX600系列。它是利用上述平臺開發(fā)的,其較初樣品已滿足了在一個相對短的開發(fā)周期內所要實現(xiàn)的操作和性能目標。

< 產(chǎn)品詳情 >

RX610族是基于高性能RX CPU內核而構建的,在100MHz的較大工作頻率下,可達到約為1.65 MIPS/MHz的性能。CPU的基本結構采用五級管道和哈佛架構(Harvard architecture),可以同時實現(xiàn)指令讀取和數(shù)據(jù)寫入。憑借在很少的幾個循環(huán)內執(zhí)行操作的能力、一個改進的乘加法器(multiply-and-accumulate)和一個32位桶形移位器,其性能得到進一步的增強。當在相同的頻率下運行時,這些改進一起使得RX610族可以實現(xiàn)以往瑞薩科技32位CISC MCU的雙倍性能。

在CPU性能方面的另外一個因素是編碼效率,它是一種效率指標,用于量度將程序源代碼轉換成目標代碼的效率。在開發(fā)RX時,瑞薩科技的工程師決定采用一個包括可用于比特(8位)單位(每個指令長度為1-8個字節(jié))指令的CPU指令集。它們使用各種基準來決定每種指令的利用頻率和指令定址方式。工程師還采取了幾個步驟來根據(jù)結果提升編碼效率,例如,將短指令代碼分配到應用頻率較高的指令,并采用了較佳的定址模式和三運算元模式。結果,RX達到了業(yè)界頂級的編碼效率。

RX610族具有較大達2兆字節(jié)的高速片上閃存。一般來說,與CPU和其它邏輯電路相比,從理論上看,要使用閃存的較大工作頻率較很困難的。當閃存的工作頻率低于CPU的工作頻率時,有必要增加等待周期,以便從存儲器讀取數(shù)據(jù)。這就不必要的延長了執(zhí)行程序所需的時間。RX610族中的片上閃存為MONOS類,借助瑞薩科技獨有的技術,并采用90納米工藝結點,在100MHz的頻率下實現(xiàn)了單周期訪問,相當于CPU的較大工作頻率。這就意味著消除了因等待周期而產(chǎn)生的時間浪費,從而有助于更快的進行編程。另外,帶有用于數(shù)據(jù)存儲BGO的32Kb的閃存提供了卓越的靈活性,允許在執(zhí)行程序的同時寫入數(shù)據(jù)。還有一個128Kb的片上RAM用于臨時存儲程序和操作數(shù)據(jù),從而有助于加快編程處理速度。

RX610族也具有豐富的、各種陣列的外設功能。像16位計時器脈沖部件(12通道)、16位匹配比較計時器(4通道)、8位計時器(4通道)、串行通信接口(7通道)、10位模數(shù)轉換器(16通道,4個部件)、10位數(shù)模轉換器(2通道)和CRC電流等模塊通過已有記錄(這些記錄是從早期的瑞薩科技產(chǎn)品中記錄保留下來的)成為產(chǎn)品的外設功能并可與以往的產(chǎn)品相兼容。

產(chǎn)品還為直接內存存取控制器(4通道)和數(shù)據(jù)轉換控制器提供了專用總線,以實現(xiàn)更高效的數(shù)據(jù)轉換。

模數(shù)轉換器具有1 μs的快速轉換速度,它的四個部件可以同時進行高速較換,給客戶提供了更大的靈活性并可實現(xiàn)增強型功能。較終,產(chǎn)品還新添加了一個新的外設功能,即支持1 Mbps (每秒兆字節(jié))通信速度的I2C總線接口,比以往瑞薩科技MCU產(chǎn)品更快。

有三種仿真器將計劃作為硬件開發(fā)環(huán)境使用:E100、E20和E1。E100是功能較豐富的完全規(guī)格仿真器,包括對于所用MCU版本都適用的一個主元件和一個與正在開發(fā)的、特定MCU相匹配的MCU元件。這就意味已擁有E100主元件的客戶僅需要再購買RX系列MCU元件即可。 E20和E1是低成本開發(fā)工具,價格極具吸引力同時具有閃存編程器的各種功能。

可用封裝為144引腳LQFP封裝和小型176引腳BGA封裝。小型BGA封裝具有更小的安裝面積,理想用于體積更小的產(chǎn)品。

瑞薩科技將利用其MCU開發(fā)平臺及時、有效的開發(fā)新產(chǎn)品。RX600系列進一步的新增產(chǎn)品將包括采用各種片上存儲器、封裝配置和外設功能的多種版本,對此將有很強大的市場需求,例如USB模塊、CAN接口、用于電機控制的以太網(wǎng)模塊計時器等等。

在RX200系列低壓和低功率MCU上,還可以加速開發(fā)工作。通過提供下一代MCU的兩個互補系列,即RX600系列和RX200系列,瑞薩科技希望能夠提供一整套的產(chǎn)品以滿足每個客戶的需求,并進一步增強公司的MCU業(yè)務。

< 注釋 >

注釋: 1. CISC代表“復雜指令集計算機”。它與RISC(簡化指令集計算機)相對照,RISC是一種設計用于通過采用簡化指令集和新型硬件來提高速度的CPU架構。CISC架構支持大的指令集,從而使其比寫入程序更加簡單。

          2.     編碼效率是編程堅實度的一個指標。目標編碼的效率越高,所需存儲程度的存儲器就越少。

          3.     TRON即實時操作系統(tǒng)核心。ITRON代表工業(yè)級的TRON。

          4.     源引:Gartner "Semiconductor Applications Worldwide Annual Market Share: Database" 2008年3月27日, (數(shù)百萬美元)

          5.     源引:Gartner "Semiconductor Applications Worldwide Annual Market Share: Database" 2008年3月27日,(數(shù)百萬美元)

 

   *    所提到的產(chǎn)品名稱、公司名稱或商標均為其各自所有者所有。

< 典型應用>

·         .辦公設備:激光打印機、復印機、小型打印機等。

·         數(shù)字消費類產(chǎn)品:數(shù)碼相機等。

·         音頻設備。

< 日本報價 > *僅供參考




產(chǎn)品名稱



閃存/RAM性能


較大工作頻率




封裝

10,000件批量價格(日元/件) [含稅價]

RX610族

 2 MB + 32 KB /128 KB

100 MHz

144引腳 LQFP

930

 2 MB + 32 KB /128 KB

100 MHz

176引腳 BGA

960

< 規(guī)格 >

項目

RX610族規(guī)格

產(chǎn)品名稱

RX6108V

RX6107V

RX6106V

RX6104V

RX6108W

RX6107W

RX6106W

RX6104W

CPU內核

RX CPU

· 通用寄存器: 32位× 16

· 乘法器: 32位t

· 除法器:有

· 乘加法器:有(兩種操作:存儲器至存儲器,寄存器至寄存器)

較大工作頻率

100 MHz

電源電壓

3.0 V 至 3.6 V

浮點裝置

單精度浮點裝置(支持加、減、比、乘、除和指令)

閃存ROM (用于存儲程序)

2 MB

1.5 MB

1 MB

768 KB

2 MB

1.5 MB

1 MB

768 KB

閃存ROM (用于存儲數(shù)據(jù))

32 KB

RAM

128 KB

片上外設功能

· 直接內存存取控制器 (DMAC) × 4通道

· 數(shù)據(jù)傳輸控制器 (DTC)

· 16位計時器脈沖部件 (TPU) × 12 通道

· 16位匹配比較計時器 (CMT) × 4 通道

· 8位計時器(TMR) × 4 通道

· 串行通信接口 (SCI) × 7 通道

· I2C 總線接口× 2 通道

· 模數(shù)轉換器 (10位) × 16 通道 [4部件: 4 通道/部件]

· 數(shù)模轉換器 (10位) × 2 通道

· CRC 電路

I/O 端口 × 117

I/O端口 × 140

片上調試功能

有 (帶有跟蹤功能)

掉電(低功率模式)

4 種模式

· 休眠模式

· 所有模塊時鐘停止模式

· 軟件待機模式

· Deep軟件待機模式

封裝

144引腳LQFP (20 mm × 20 mm)

176引腳 BGA (13 mm × 13 mm)

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