NXP가 제공하는 Arm® Cortex®-M33 개발 에코시스템

Arm® Cortex®-M33 코어 프로세서는 향상된 보안 및 디지털 신호 처리 기능을 제공하는 저전력 고성능 마이크로 컨트롤러(MCU) 제품군입니다. 다양한 IoT 및 임베디드 애플리케이션에 적합하지만, 이러한 MCU를 사용하여 제품을 설계하는 것은 어려울 수 있습니다. 특히 Arm 아키텍처에 익숙하지 않은 개발자에게는 더욱 그렇습니다. Arm 기반 마이크로 컨트롤러 업계를 선도하는 제공업체인 NXP Semiconductors는 MCUXpresso 개발 플랫폼을 통해 이러한 문제를 완화하기 위해 노력하고 있습니다.

저전력 및 고성능이 중요한 스마트폰 및 소비자 가전과 같은 시장 부문에서 Arm의 축소 명령어 집합 컴퓨팅(RISC) 프로세서가 강세를 보이고 있습니다.

Cortex-M33 프로세서는 에너지 효율이 높고 유효 및 절전 전류 소비를 줄이는 저전력 모드를 제공하도록 설계되었으며 산업 제어, 스마트 홈, 웨어러블 디바이스 및 IoT와 같은 다양한 애플리케이션을 구동할 수 있습니다. 개발자에게 높은 수준의 유연성과 확장성을 제공하지만 성능, 전력 소비, 실장 면적 간의 이상적인 균형을 이루기 위해서는 신중한 최적화가 필요합니다.

Cortex-M33 MCU는 다른 Cortex-M 프로세서와의 이진 호환성을 보장하는 Arm 임베디드 애플리케이션 바이너리 인터페이스(EABI)를 지원하므로 기존 Cortex-M 코드를 수정하지 않고도 실행할 수 있습니다. 이러한 호환성을 통해 기존 소프트웨어 도구, 라이브러리 및 미들웨어에 액세스할 수 있습니다.

NXP의 MCX 포트폴리오

NXP는 범용 및 자동차 산업용 제품을 포함한 Arm 기반 MCU를 제조하는 최고의 제조업체 중 하나입니다. 폭넓은 확장성과 획기적인 제품 기능으로 산업 및 IoT 시장 전반에서 전력 효율적인 에지 장치의 기반이 되는 MCX 포트폴리오를 구축했습니다.

MCX MCU는 다음과 같은 두 가지 제품 라인으로 구성됩니다.

• 최대 150MHz로 작동하는 이중 Cortex-M33 코어와 머신 러닝(ML) 가속화를 위한 NXP의 eIQ® Neutron 신경망 처리 장치(NPU)를 갖춘 산업용 및 IoT MCU인 MCX N 계열이 있습니다. 이러한 고성능 저전력 MCU는 지능형 주변 장치와 가속기를 통합하여 멀티태스킹 기능과 효율적인 성능을 제공합니다.
• 고정밀 데이터 컨버터와 같은 고급 아날로그 기능, 비용 제약, 빠른 출시 기간이 주요 고려 사항인 응용 분야에 중요한 기능을 제공하도록 최적화된 단일 코어 Cortex-M33 MCU 제품 라인인 MCX A Essential 계열이 있습니다.

이 기사에서는 MCX A MCU(그림 1)와 그 개발 툴에 중점을 둡니다. MCX A 계열은 산업용 통신, 스마트 계량, 자동화 및 제어, 센서, 저전력 및 배터리 구동 장치 등 다양한 시장의 광범위한 애플리케이션을 지원합니다. 개발자는 공통 코어와 주변 장치를 사용하여 간소화된 소프트웨어 개발, 간편한 마이그레이션 및 업그레이드의 이점을 누릴 수 있습니다.

그림 1: NXP의 MCX A 계열 마이크로 컨트롤러의 이미지. (이미지 출처: NXP)

각 MCX A 계열 장치에는 CPU와 독립적으로 실행할 수 있는 다양한 스마트 주변 장치가 포함되어 있어 낮은 주파수로 전력 소비를 줄이면서 실행할 수 있습니다. 이러한 주변 장치를 통해 설계자는 작은 패키지, 간단한 기판 설계, 낮은 시스템 부품 명세서(BOM) 비용의 이점을 누릴 수 있습니다.

포함된 주변 장치는 다음과 같습니다:

• 내장 버퍼, 프로그래밍 가능한 데이터 수집 범위 및 DMA를 갖춘 직렬 통신
• 혼합 신호 아날로그 디지털 컨버터(ADC)
• 디지털 아날로그 컨버터(DAC)
• 평균 및 피크 감지를 위한 지능이 내장된 작동 앰프
• 모터 애플리케이션을 위한 데드 타임 제어 및 인코더를 갖춘 FlexPWM(펄스 폭 변조기)

또한 MCX A MCU는 동적 전압 및 주파수 스케일링(DVFS)을 지원하는 전력 관리 장치(PMU)와 워크로드 및 작동 조건에 따라 전력 소비를 최적화하는 적응형 전원 제어(APC)를 갖추고 있습니다. 장치에는 64KB 또는 128KB의 플래시 메모리와 16KB 또는 32KB의 SRAM이 포함되어 있으며, 모든 RAM 데이터는 완전 전력 차단 모드까지 유지할 수 있습니다.

Cortex-M33 코드 버스에 연결된 4KB 저전력 캐시 컨트롤러(LPCAC)는 짧은 대기 시간으로 데이터와 명령을 사용할 수 있도록 보장합니다. 프로세서 성능을 시스템 메모리 성능과 분리할 수 있으므로 다른 주변 장치의 버스 가용성이 향상됩니다. 이 기능을 통해 개발자는 감지 및 제어 애플리케이션을 위한 최고의 I/O 및 처리 성능을 달성할 수 있습니다.

MCX A 장치는 A14x 계열의 경우 48MHz, A15x 계열의 경우 96MHz로 작동합니다. MCX A는 1.7V ~ 3.6V에서 작동할 수 있는 캡리스 LDO 전력 서브 시스템을 사용하며 다음과 같이 다양한 모드에서 낮은 전력 소비를 제공하는 장점이 있습니다.

• 59µA/MHz(3V, +25°C에서, 내부 플래시에서 코어마크 실행 시, 액티브 모드)
• 6.5µA 완전 절전, 10µs 절전 해제(+25°C에서 3V, 전체 SRAM 유지)
• 2.78ms 웨이크로 완전 전력 차단 시 400nA 미만

MCX A 장치에는 온보드 PHY를 갖춘 최대 속도 USB 장치 컨트롤러가 포함되어 있어 PC 및 기타 장치에 연결할 수 있습니다. USB 서브 시스템은 부팅 ROM을 통한 시스템 내 프로그래밍(ISP)을 지원하며, USB 인터페이스를 사용하여 제품을 현장에서 업데이트할 수 있습니다.

개발자는 모델에 따라 26개 ~ 52개의 범용 입력/출력(GPIO) 핀을 활용할 수 있으며, 직렬 통신 인터페이스에는 I²C 1개, SPI 2개, UART 3개가 있습니다. 데드밴드 삽입으로 상호 보완적인 PWM 쌍을 생성할 수 있는 32비트 타이머 3개와 저전력 타이머 1개가 포함되어 있습니다. 공급 전압 범위는 1.71V ~ 3.6V이며, 작동 온도는 -40°C ~ +125°C입니다.

예를 들어, A14x 계열 MCXA143VLH는 52개의 GPIO 핀을 갖추고 있으며 128KB 플래시 메모리와 32KB SRAM으로 최대 48MHz까지 작동하는 LQFP64 패키지로 구성됩니다. 15x 계열 MCXA152VFT도 52개의 GPIO 핀을 갖추고 있으며 64KB 플래시 메모리와 16KB SRAM으로 최대 96MHz에서 작동하는 QFN48 패키지로 구성됩니다.

MCUXpresso 활용

이러한 MCU는 비용, 성능 및 전력 효율성 간의 균형을 제공합니다. 더 많은 GPIO 핀을 지원하므로 더 작은 패키지와 더 간단한 기판 설계를 활용할 수 있습니다.

이 계열은 소프트웨어, 도구 및 보안 프로비저닝을 통해 개발 공정을 원활하게 하여 설계 주기를 가속화하고 개발자가 애플리케이션을 제작, 디버그 및 최적화할 수 있도록 지원하는 MCUXpresso 개발자 경험을 활용합니다. MCUXpresso 플랫폼에는 다음이 포함됩니다.

• MCUXpresso IDE - 코드 편집, 컴파일, 디버깅, 플래시 프로그래밍을 지원하는 통합 개발 환경입니다.
• MCUXpresso 구성 도구 - 개발자가 핀, 클록, 주변 장치 및 보안 기능을 구성하는 데 도움이 되는 그래픽 도구 세트입니다.
• MCUXpresso SDK - 드라이버, 미들웨어, 라이브러리 및 예제 모음을 제공하는 소프트웨어 개발 키트입니다.

FRDM-MCXA153(그림 2)을 비롯한 MCX A 계열용 NXP 개발 기판은 A14x 및 A15x 마이크로 컨트롤러를 모두 사용하는 응용 분야 내 신속한 시제품 제작 및 개발을 위해 설계되었습니다.

그림 2: FRDM-MCXA153 개발 기판. (이미지 출처: NXP)

기판의 크기가 작아 설계 시제품에 쉽게 통합할 수 있습니다. 업계 표준 헤더로 간편한 I/O 액세스를 제공하므로 신속한 평가와 빠른 시제품 제작이 용이합니다. 개발자는 Arduino® 헤더, FRDM 헤더, Pmod™, mikroBUS™와 같은 확장 옵션을 사용하여 추가 기능과 구성 요소를 쉽게 추가할 수 있습니다.

기타 개발자 친화적인 기능으로는 통합 개방형 표준 직렬 인터페이스, 외부 플래시 메모리, CMSIS-DAP 프로토콜이 포함된 온보드 MCU-Link 디버거가 있습니다. 개발자는 MCUXpresso for Visual Studio Code 또는 NXP의 Eclipse 기반 MCUXpresso IDE 또는 마찬가지로 안전 인증을 제공하는 IAR 및 Keil의 IDE 중 하나를 선택하여 작업할 수 있습니다.

NXP는 또한 높은 수준의 소프트웨어 예제, 코드 스니펫 및 데모가 포함된 애플리케이션 코드 허브(ACH) 리포지토리를 제공합니다. 이러한 예제는 SDK와 페어링되며 NXP의 IDE 또는 ACH 웹 인터페이스를 통해 직접 액세스할 수 있습니다.

결론

NXP의 MCX A 계열 마이크로 컨트롤러는 스마트 계량, 자동화 및 제어, 저전력/배터리 구동 장치와 같은 광범위한 임베디드 애플리케이션에 적합한 필수 기능과 혁신적인 전력 아키텍처를 갖추었으며 개발자를 위한 저비용, 작은 실장 면적 솔루션을 제공합니다. NXP의 마이크로 컨트롤러, 평가 기판 및 MCUXpresso 플랫폼은 개발자가 고급 편집, 컴파일 및 디버깅 기능을 활용하여 혁신, 최적화 및 시장 출시하는 데에 도움을 줄 수 있습니다.