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 embedded 32-bit Mikrokontroller

32-bit Prozessoren für jede Anwendung

Wir schreiben das Jahr 2017 und 32-bit Prozessoren und Mikrokontroller gestalten unser IoT (Internet of Things).

32-Bit Prozessoren: Die Guten, die Schlechten und wir haben die Wahl

von Bernhard Kockoth

Anfang der 90er Jahre bekamen 32-bit Prozessoren klare Leistungs- und Speichervorteile gegenüber 16-bit CPUs. So konnte der 32-bit Prozessor im Vergleich zur 16-bit Maschine in einem Arbeitsgang die doppelte Datenmenge, oder komplexere Befehle verarbeiten. Dann gab es den großen Addressbereich, viele 32-bit Systeme boten Addressierung bis 4 GigaBytes. Mit der zunehmenden Verbreitung des Internets wurden auch 32-bit Controller in Milliardenstückzahlen gebraucht. Lange Jahre lief die gesamte Infrastruktur des Internet auf 32-bit Controllern, zunächst von Motorola, später Freescale, mit einigen Generationen PowerPC, dann zunehmend mit den wachsenden Leistungen von ARM. Die Advanced Risc Machines waren sogar noch erfolgreicher beim Einsatz in Endgeräten, wie Smartphone, Fernseher, und viele weitere Consumer Produkte.

Warum 32-Bit?

Bei so vielen 32-bit Prozessoren, wie soll ein Projekt eine geeignete 32-bit MCU auswählen? Meine Fragen helfen hier schnell weiter:

1. Bedienung durch Menschen oder 2. Maschine-Maschine?

1.0 Eingabe über Tastatur ist kein Auswahlkriterium, selbst einfach gestrickte 8-bit Kontroller kommen mit unseren langsamen Fingerbewegungen klar. Einzige Ausnahme: Touch-Tastatur auf TFT Flachdisplay, siehe 1.2: 1.1 Anzeige über Dot-Matrix LCD, zum Beispiel 2 Zeilen a 40 Zeichen - Dies ist die Domäne der 8- und 16-bit Controller, oft per Ansteuerung über I2C Bus Interface.
1.2 Anzeige über LCD TFT "Flachdisplay" - Hier wird oft komplexe 2D oder gar 3D Grafikfähigkeit verlangt, so daß hier eindeutig 32-bit Kontroller ideale Lösungen bieten.
1.3 Ausgabe über Audio - Dies kann durchaus von 8-bit Kontrollern gewährleistet werden doch sind 16-bit Mikros oft die leistungsfähigere Variante mit oft schon vorkonfigurierter Audio-Peripherie
2.1 Verbindung über serielle / USB 2 / Lin / CAN / I2C oder ähnliche low-speed Verbindung bis ca. 2 MBits Übertragungskapazität - 8-bit und 16-bit ist hier die ideale Lösung, die meisten 8-bit Mikros kommen mit diesen Datenmengen gut zurecht.
2.2 Verbindung über Ethernet / LVDS / USB 3 oder ähnliche high-speed Verbindung ab ca. 5 MBits Übertragungskapazität - 32-bit ist hier die ideale Lösung.

3. Zusatzfrage Low Power Betrieb

Diese Frage kann nicht einfach beantwortet werden, bis in die 90er Jahre war die Entscheidung meist zugunsten wenig leistungshungriger Controller beantwortet worden, aber heutzutage bieten selbst 32-bit Controller Betriebsmodi in denen Ambient Energy Harvesting interessant wird, sprich die Elektronik und der Mikrokontroller werden aus umgewandelter Vibration, Hitze, oder durch über Antennen aufgenommene elektromagnetische Strahlung mit Energie versorgt.

4. Zusatzfrage Skalierbarkeit

Oft werden Produkte in verschiedenen Ausbaustufen verlangt, und die Hardware soll entsprechend knapp kalkuliert werden? Dann sind skalierbare SoC eine gute Wahl, so hat Freescale zum Beispiel die i.MX6 Baureihe mit eco single core und einfach-Grafik pinkompatibel bis hin zu high-performance dual core nebst integrierter 3D Grafik im Programm. Andere Hersteller verfolgen ähnliche Strategien.

Neue Horizonte - von 8 auf 32-bit in 10 Wochen?!

Sie stellen ein Produkt her, in dem seit vielen Jahren ein Microcontroller, Microprozessor, oder ähnliche Programm-gesteuerte Hardware eingebaut ist. Die internationale Wettbewerbssituation verlangt von Ihrem Produkt zum einen ständige Innovation und steigenden Mehrwert für den Endnutzer, auf der anderen Seite ständig fallende Preise. Mit den bekannten Mitteln, 8- und 16-bit Prozessoren, einen Ausweg aus der Sackgasse zu finden, ist selten einfach. Einige Hersteller von Microcontrollern bieten klare Upgrade-Lösungen für eine reibungslose Migration zu effizienten 32-bit Lösungen, zumindest in Hochglanzbroschüren und PowerPoint-Präsentationen.

Im 21sten Jahrhundert allerdings ist die Hardware - der Prozessor oder Controller - in vielen System nicht mal mehr die halbe Miete, denn immer mehr Entwicklungsaufwand und muss in die Software gesteckt werden. Denn bei immer gleicher werdender Hardware - es gibt meist eine Handvoll Anbieter, die in die engere Wahl bei der Auswahl kommen - ist es die Software, die Ihr Produkt von denen der Mitbewerber unterscheidet.

Während bei Mechanik und Elektronik die qualitätsfördernden Prozesse schon seit Jahren gut eingeführt sind, und messbare Verbesserungen erzielt werden, ist dies bei der Software in auch großen Firmen oft noch ein Problemfeld.

Zwar ist die wilde Assembler-Programmierung selbst bei 8-bit Prozessoren auf dem Rückzug, aber auch standard ANSI-C wird vielen Ansprüchen nicht mehr gerecht. Effiziente Softwarearchitektur, mit Blick auf Skalierbarkeit und Sicherheit, verlangt oft nach C++, Java, und anderen mächtigen Sprachen, um Ihre Anwendung zukunftssicher zu implementieren. Diese mächtigen Sprachen oder allein die Komplexität der Endanwendung verlangen nach 32-Prozessoren, bei denen sich heutzutage das Optimum der Leistungsfähigkeit bei zunehmend geringerem Preis findet.

Wie nun zu neuen Ufern streben? Die schnelle Integration von Ihrer anwendungsbezogenen Software für Ihr Produkt auf eine neue Hardware wird mehr und mehr zum Flaschenhals, je öfter diese Hardware gewechselt wird, oder je unflexibler Ihr Software-System aufgebaut ist. Auf einen speziellen 8- oder 16-bit Controller von-Hand-optimierte Software auf den nächsten Level zu hieven, ist keine einfache Aufgabe, bei der auch die vollmundigen Migrationsversprechungen der Halbleiterhersteller wenig helfen. Sei der alte Code nun in Assembler oder C geschrieben, meist gibt es auf dem neuen Zielsystem ein Betriebssystem mit vielen neuen Fähigkeiten.

Bitte senden Sie uns Ihre Fragen zu Embedded Systemen: info@embeddedexpert.com

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