Zielplattformen

Es gibt viele Aspekte, die für die richtige Wahl eines Mikrocontrollers von Bedeutung sind. Performance, Speicherbedarf, Peripherie, Schnittstellen, Stromverbrauch und in immer stärkerem Ausmaß die verfügbaren Entwicklungswerkzeuge sind nur einige davon.

Ich berate meine Partner bei der Auswahl und entwickele Software für die im Embedded-Bereich gängigsten Mikrocontroller und -prozessoren (8, 16 und 32 Bit); z.B. für Modelle der 8051-Familie, C16x/XC16x, ARM sowie x86.
 

8051/8032-Mikrocontroller

Abb.: 8032-Mikrocontroller

Mikrocontroller der 80xx-Familie gehören bis heute zu den am weitverbreitetsten 8-Bit-Controllern für Kontroll- und Steuerfunktionen im Industrie- und Consumer-Bereich. Dementsprechend haben auch noch praktisch alle namhaften Hersteller entsprechende Mikrocontroller im Programm. Dabei brachte Intel bereits im Jahre 1976 mit dem 8048 ein erstes Derivat auf den Markt.

Zu den technischen Haupteigenschaften der 8051er zählen: Eine komfortable Bitverarbeitungslogik; Taktraten bis 12 MHz; ein umfangreicher Befehlssatz; ein asynchrones, vollduplexfähiges serielles Interface; 16 bidirektional adressierbare I/O-Leitungen; fünf verschiedene Interrupt-Quellen; bis zu 64 KB EPROM; bis zu 64 KB externes RAM; bis zu 256 KB internes RAM und bis zu drei 16-Bit-Timer/Counter.

 
C166/C167-Mikrocontroller

Abb.: C166-Mikrocontroller

Die Mikrocontroller der C16x-Familie gehören zu den leistungsfähigsten 16-Bit-Mikrocontrollern im Embedded-Bereich. Auch deshalb kommen sie praktisch in allen Industriezweigen zum Einsatz; so etwa im Automotive-Bereich (ABS, Einspritzung und Zündung), der Büro- und Computertechnik (Laserdrucker, Kopierer, CD-Laufwerke) der Telekommunikation (Mobiltelefone, Fax), in Meß- und Analysegeräten und in der Automatisierungstechnik.

Das Blockschaltbild eines Infineon C166 ist auf der rechten Seite abgebildet. Der C166 kam im Jahr 1990 auf den Markt und ist damit quasi der Urahn einer ganzen Serie von C16x-Mikrocontrollern, die heute verfügbar sind. Die moderneren XC166-Derivate bieten mehr Rechenleistung, sind codekompatibel zum C166 und vereinfachen somit die Migration bestehender Applikationen.

 
ARM-Mikrocontroller

Abb.: Analog Devices ADµC7020

ARM-CPUs zeichnen sich durch ein schlankes Design, einen geringen Stromverbrauch und einer damit verbundenen geringen Wärmeentwicklung aus. Auch deshalb sind sie heute im Embedded-Bereich die gängigste 32-Bit-Plattform. Allein im Jahr 2004 wurden mehr als 400 Millionen Mikrocontroller mit ARM-Core ausgeliefert. Zum Einsatz kommen sie außer in eingebetteten Systemen u.a. in Spielekonsolen, Mobiltelefonen, MP3-Playern, Navigationsgeräten, Netzwerk-Routern, PDAs und allerlei Peripheriegeräten.

Die Menge der Mikrocontroller ist vielfältig. Der ADµC7020 von Analog Devices ist ein Vertreter mit ARM7TDMI-Core und einem maximalen Takt von 45 MHz. Die nebenstehende Abbildung zeigt das Blockschaltbild des ADµC7020.

Angesichts der Umstellung vieler eingebetteter Systeme von 8 und 16 Bit auf 32 Bit werden Mikrocontroller mit ARM-Core auch in Zukunft eine große Rolle spielen.

Inzwischen sind die ersten Mikrocontroller mit dem neuen Cortex M3-Core verfügbar, die sich durch eine sehr geringe Leistungsaufnahme auszeichnen. Cortex M3-Mikrocontroller gelten als Nachfolger für die weitverbreiteten Derivate mit ARM7-Core. Im Multicore-Bereich sind schon bald die ersten Mikrocontroller mit dem soeben vorgestellten ARM A9 MPCore zu erwarten.

 
Single-Board-Computer

Single-Board-Computer (SBC) bieten praktisch Rechenleistung von der Stange. Die aufsteckbaren Module haben viele Vorteile: Sie ermöglichen eine schnellere Produktentwicklung, minimieren die Entwurfsrisiken und sparen Entwicklungskosten. Die Vielfalt an Bauformen, unterstützten Bussystemen und Schnittstellen kennt allerdings keine Grenzen. Meistens werden diese nur wenige Quadratzentimeter großen Einplatinencomputer von einem x86, ARM, MIPS oder PowerPC betrieben. Nach Angaben der SBC-Anbieter ist zur Zeit bei den System-on-Module (SoM) ein verstärktes Interesse an den Formfaktoren ETX (als De-facto-Standard) und COM Express mit seiner Unterstützung von PCI Express zu verzeichnen. Weitere gängige SoM-Formfaktoren sind z.B. DIMM-PC, E²Brain, XTX, STX, UTX, SOM 144, smartModule und X-Board.