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12. November 2010 - Renesas Electronics, ein führender Hersteller hochmoderner Halbleiterlösungen, stellt seine neuesten Mikrocontroller (MCUs) aus der SuperH(TM) -Serie vor. Der SH7239 ist speziell für DSP-Anwendungen (Digital Signal Processing) entwickelt und eignet sich beispielsweise für Servosteuerungen, Antriebe, Solarpanel-Umrichter und allgemeine Motorsteuerung. Die neue MCU ist ein Derivat der weltweit schnellsten Embedded-Flash MCU, die Renesas Electronics im Februar 2010 präsentierte. Die SH7239 MCU enthält viele der Peripherieelemente aus den SH7216 Bausteinen, besitzt jedoch einen reduzierten Funktionsumfang und eignet sich damit besonders für den Markt der Umrichter-Steuerungen. Da der SH7239 eine echte MCU mit einem standardisierten, für C-Code optimierten Befehlssatz ist, müssen Software-Ingenieure nicht mehr zwischen einem DSP für eine Hochleistungs-Signalverarbeitung und einer MCU für einfache Kodierung wählen. Die neue MCU bietet das Beste aus beiden Welten.
Die neue MCU beruht auf dem leistungsfähigen SH-2A Core. Der SH-2A ist eine erweiterte Version des Renesas SH-2 Cores mit superskalarer Architektur und besitzt eine Pipeline mit zwei Ausführungseinheiten. Dies ermöglicht eine parallele Ausführung von zwei Instruktionen gleichzeitig, so dass sich der Code bis zur doppelten Geschwindigkeit des CPU-Taktes verarbeiten lässt. Die Harvard-Architektur gewährleistet, dass keine Konflikte zwischen Befehlsabruf und Daten-Zugriffen auftreten. Außerdem enthält der SH-2A Core optional eine integrierte Double-Precision Floating-Point-Recheneinheit (FPU). Dank dieser Merkmale liefern die SuperH MCUs höhere DSP-Leistung.
Der Core, der in der SH7239 MCU mit einer Taktfrequenz von bis zu 160 MHz arbeitet, ist eines der schnellen Elemente dieses Bausteins. Die SH7239 MCU enthält einen MONOS- Flash-Speicher (Metal Oxide Nitride Oxide Silicon), der eine Codeausführung bei voller Geschwindigkeit mit Single-Cycle-Zugriff auf den Flash ermöglicht. In manchen DSP-Architekturen muss der Systementwickler seinen kritischen Code in RAM kopieren, um kürzere Ausführungszeiten zu erreichen. Bei den SuperH MCUs ist dies unnötig, da MONOS-Flash genauso schnell wie RAM ist.
Zur Umrichter-Steuerung bietet die SH7239 MCU-Serie eine leistungsfähige Timer-Einheit (MTU2) mit sechs 16-Bit Timerkanälen, Unterstützung für bis zu 16 Eingangserfassungs-/ Ausgangsvergleichs-Funktionen sowie eine Dreiphasen-PWM-Funktion für Elektromotoren. Weitere Motorsteuerungs-Funktionen umfassen beispielsweise eine Quadratur-Encoder-Rückkopplungsfunktion sowie einen Spezialkanal zur Messung von Totzeiten in der Leistungsstufe. Diese Funktion gewährleistet nicht nur kürzest mögliche Totzeiten für höchsten Wirkungsgrad sondern auch einen sicheren, nicht-destruktiven Betrieb der Leistungsstufe. Zusätzlich enthält die MTU2 mit ihren POE-Pins (Port Output Enable) weitere Sicherheitsfunktionen, die eine kürzere und deterministischere Reaktionszeit für ein sicheres und schnelles Abschalten des Motors ermöglichen. Weiterhin besitzt der Baustein eine MTU2S Peripherieeinheit als Subset der MTU2. Für Hochleistungs-Antriebe lässt sich der Timer-Block mit einer Taktfrequenz bis 100 MHz betreiben.
Zwischen der Umrichter-Timer-Einheit und den drei A/D-Wandlerblöcken auf den SH7239 MCUs gibt es eine Hardwaretrigger-Verbindung, mit der sich die CPU-Last verringern und Ausführungszeiten verkürzen lassen. Alle 12 A/D-Wandlerkanäle besitzen 12-Bit-Auflösung und bieten eine Abtastzeit von 1,0 µs. Der Baustein enthält bis zu sechs eigenständige Sample-and-Hold-Schaltungen und kann damit Algorithmen, wie zum Beispiel einen Single-Shunt-Motorantrieb, unterstützen.
Echtzeit-Anwendungen wie die Umrichter-Steuerung erfordern einen schnellen Core sowie eine sehr schnelle Reaktion auf externe Ereignisse wie beispielsweise in Notfallsituationen. Die Register der SH7239 MCUs sind in 15 Blöcken oder 'banks' angeordnet. Dies stellt sicher, dass die Register nicht aus dem Stack bzw. vom Stack zurück springen müssen, was eine schnellere Rückkehr aus der Interrupt-Subroutine ermöglicht. Die Reaktionszeit auf ein Interrupt-Request (IRQ) ist daher mit sechs Zyklen genauso schnell wie ein einfacher Verzweigungsbefehl.
Die SH7239 MCU-Serie umfasst Bausteine mit 512 k oder 256 k Flash-Speicher sowie 64 k oder 32 kByte RAM. Die Bausteine kommen in einem 120-Pin Gehäuse (16 x 16 mm; 0,5 mm Rasterweite) und einer Betriebsspannung von 5 V ± 10 Prozent oder 3,3 V ± 10 Prozent.
Die neue MCU beruht auf dem leistungsfähigen SH-2A Core. Der SH-2A ist eine erweiterte Version des Renesas SH-2 Cores mit superskalarer Architektur und besitzt eine Pipeline mit zwei Ausführungseinheiten. Dies ermöglicht eine parallele Ausführung von zwei Instruktionen gleichzeitig, so dass sich der Code bis zur doppelten Geschwindigkeit des CPU-Taktes verarbeiten lässt. Die Harvard-Architektur gewährleistet, dass keine Konflikte zwischen Befehlsabruf und Daten-Zugriffen auftreten. Außerdem enthält der SH-2A Core optional eine integrierte Double-Precision Floating-Point-Recheneinheit (FPU). Dank dieser Merkmale liefern die SuperH MCUs höhere DSP-Leistung.
Der Core, der in der SH7239 MCU mit einer Taktfrequenz von bis zu 160 MHz arbeitet, ist eines der schnellen Elemente dieses Bausteins. Die SH7239 MCU enthält einen MONOS- Flash-Speicher (Metal Oxide Nitride Oxide Silicon), der eine Codeausführung bei voller Geschwindigkeit mit Single-Cycle-Zugriff auf den Flash ermöglicht. In manchen DSP-Architekturen muss der Systementwickler seinen kritischen Code in RAM kopieren, um kürzere Ausführungszeiten zu erreichen. Bei den SuperH MCUs ist dies unnötig, da MONOS-Flash genauso schnell wie RAM ist.
Zur Umrichter-Steuerung bietet die SH7239 MCU-Serie eine leistungsfähige Timer-Einheit (MTU2) mit sechs 16-Bit Timerkanälen, Unterstützung für bis zu 16 Eingangserfassungs-/ Ausgangsvergleichs-Funktionen sowie eine Dreiphasen-PWM-Funktion für Elektromotoren. Weitere Motorsteuerungs-Funktionen umfassen beispielsweise eine Quadratur-Encoder-Rückkopplungsfunktion sowie einen Spezialkanal zur Messung von Totzeiten in der Leistungsstufe. Diese Funktion gewährleistet nicht nur kürzest mögliche Totzeiten für höchsten Wirkungsgrad sondern auch einen sicheren, nicht-destruktiven Betrieb der Leistungsstufe. Zusätzlich enthält die MTU2 mit ihren POE-Pins (Port Output Enable) weitere Sicherheitsfunktionen, die eine kürzere und deterministischere Reaktionszeit für ein sicheres und schnelles Abschalten des Motors ermöglichen. Weiterhin besitzt der Baustein eine MTU2S Peripherieeinheit als Subset der MTU2. Für Hochleistungs-Antriebe lässt sich der Timer-Block mit einer Taktfrequenz bis 100 MHz betreiben.
Zwischen der Umrichter-Timer-Einheit und den drei A/D-Wandlerblöcken auf den SH7239 MCUs gibt es eine Hardwaretrigger-Verbindung, mit der sich die CPU-Last verringern und Ausführungszeiten verkürzen lassen. Alle 12 A/D-Wandlerkanäle besitzen 12-Bit-Auflösung und bieten eine Abtastzeit von 1,0 µs. Der Baustein enthält bis zu sechs eigenständige Sample-and-Hold-Schaltungen und kann damit Algorithmen, wie zum Beispiel einen Single-Shunt-Motorantrieb, unterstützen.
Echtzeit-Anwendungen wie die Umrichter-Steuerung erfordern einen schnellen Core sowie eine sehr schnelle Reaktion auf externe Ereignisse wie beispielsweise in Notfallsituationen. Die Register der SH7239 MCUs sind in 15 Blöcken oder 'banks' angeordnet. Dies stellt sicher, dass die Register nicht aus dem Stack bzw. vom Stack zurück springen müssen, was eine schnellere Rückkehr aus der Interrupt-Subroutine ermöglicht. Die Reaktionszeit auf ein Interrupt-Request (IRQ) ist daher mit sechs Zyklen genauso schnell wie ein einfacher Verzweigungsbefehl.
Die SH7239 MCU-Serie umfasst Bausteine mit 512 k oder 256 k Flash-Speicher sowie 64 k oder 32 kByte RAM. Die Bausteine kommen in einem 120-Pin Gehäuse (16 x 16 mm; 0,5 mm Rasterweite) und einer Betriebsspannung von 5 V ± 10 Prozent oder 3,3 V ± 10 Prozent.
