IoT e SoCs Móveis: Poder de Processamento para Dispositivos de Próxima Geração

Desde que os primeiros smartphones chegaram ao mercado, a corrida começou para agregar mais funcionalidades em um único dispositivo. Isso não acontece apenas no nível do software, também requer o hardware certo para fornecer a potência de processamento necessária. Com mais funcionalidades sendo compactadas em um espaço menor, os smartphones mais novos incluem dispositivos de sistema em chip (SoC) cada vez mais potentes que fornecem processamento de dados e interfaceamento com outros subsistemas em dispositivos móveis.

SoCs móveis para uso em smartphones mais novos e IoT incluem um modem LTE, um processador gráfico, processador de sinal digital para suportar funcionalidades de inteligência artificial (IA), memória cache, segurança do dispositivo e outras funções, tudo integrado em um único chip. Novos produtos exigirão SoCs móveis poderosos à medida que a revolução da IoT continua e as demandas de funcionalidade nesses dispositivos continuam se expandindo.

IoT e Controladores de SoC Móveis

Com os dispositivos IoT mais novos exigindo a integração de mais funções a nível de software que foram relegadas a computadores por algum tempo, esses dispositivos precisarão de maior potência de processamento para uso em uma variedade de novas aplicações. Algumas funcionalidades previstas incluem aprendizado de máquina e inteligência artificial, ambas aplicações intensivas em processamento e memória. Os chips mais avançados atualmente usados em smartphones disponíveis comercialmente são o A12 Bionic da Apple, o Snapdragon 855 da Qualcomm e o Kirin 980 da Huawei, que são fabricados usando um processo de litografia de 7 nm. A tabela abaixo mostra uma comparação de recursos entre os três.

Os controladores SoC Kirin 980 e Snapdragon 855 têm CPUs baseadas na arquitetura ARM, que é uma sigla para Advanced Reduced Instruction Set Computing (RISC) Machine. Essa arquitetura é licenciada para fabricantes de chips de microcontroladores para inclusão em controladores para dispositivos móveis. A arquitetura RISC em controladores SoC baseados em ARM requer menos transistores, portanto, esses controladores custam menos e dissipam menos energia do que controladores encontrados na maioria dos computadores pessoais. Isso torna os SoCs móveis baseados em ARM bem adequados para smartphones, dispositivos IoT e outros sistemas embarcados.

As gerações mais recentes de processadores ARM Cortex-M visam aplicações em dispositivos IoT, fornecendo soluções de segurança e aprendizado de máquina, além de requisitos de sistemas embarcados de alto desempenho como resposta interrupt determinística em tempo real, baixo consumo de energia e tamanho de palavra de 32 bits ou 64 bits.

Os processadores Cortex-M23 e Cortex-M33 estão disponíveis com uma tecnologia de segurança chamada TrustZone^TM, que fornece isolamento de hardware em todo o sistema para software confiável. Os núcleos Cortex-M7 e Cortex-M33 oferecem suporte para processamento de sinal digital (DSP) e processamento de ponto flutuante de precisão simples (32 bits). Essas capacidades permitirão aprendizado de máquina no dispositivo para uso em aplicações como visão computacional e computação de borda para dispositivos IoT.

Microcontroladores SoC Móveis ARM Cortex

ST Microelectronics, STM32L552RC

A série STM32L552xx de dispositivos é uma família de microcontroladores de ultra-baixo consumo (Série STM32L5) construída em cima do núcleo ARM Cortex-M33 de 32 bits RISC em um pacote LQFP de 64 pinos. Esses dispositivos incluem memórias de alta velocidade embutidas (256 KB SRAM/512 KB Flash), uma ampla gama de I/Os e periféricos aprimorados em dois barramentos APB e dois barramentos AHB com uma matriz de barramento multi-AHB de 32 bits:

O núcleo Cortex-M33 apresenta uma unidade de ponto flutuante (FPU) de precisão simples, que suporta todas as instruções de processamento de dados de precisão simples da Arm^® e todos os tipos de dados. O núcleo Cortex-M33 também implementa um conjunto completo de instruções DSP (processamento de sinal digital), suporte consciente do TrustZone e uma unidade de proteção de memória (MPU) que aumenta a segurança da aplicação. [Do resumo do produto]

Além disso, esses dispositivos incluem dois ADCs de 12 bits e 5 Msps, dois canais DAC, dois comparadores, dois amplificadores operacionais, um buffer de referência de tensão interna, um RTC de baixo consumo, dois temporizadores de 32 bits de propósito geral, dois temporizadores PWM de 16 bits dedicados ao controle de motores, sete temporizadores de propósito geral de 16 bits e dois temporizadores de baixo consumo de 16 bits. Os dispositivos suportam quatro filtros digitais para moduladores sigma delta externos (DFSDM). Até 22 canais de detecção capacitiva estão disponíveis para integração HMI.

Diagrama de blocos do STM32L552RC da ST Microelectronics.

ST Microelectronics, STM32F746NG

Os dispositivos das séries STM32F745xx e STM32F746xx têm um ponto de preço baixo, enquanto ainda oferecem capacidades comparáveis ou melhores do que o controlador anterior. Esses dispositivos são baseados no núcleo ARM Cortex-M7 RISC de 32 bits. Também implementam um conjunto completo de instruções DSP e unidade de proteção de memória (MPU) para segurança aprimorada de aplicativos IoT. Esta série de dispositivos também incorpora memórias embutidas de alta velocidade (320 KB SRAM/1 MB Flash), incluindo 64 KB de RAM TCM para processamento em tempo real de dados críticos.

Além da arquitetura de barramento encontrada no produto anterior, este produto oferece funcionalidade semelhante de processamento/conversão de sinal com recursos avançados de comunicação:

Todos os dispositivos oferecem três ADCs de 12 bits, dois DACs, um RTC de baixo consumo, treze temporizadores de propósito geral de 16 bits incluindo dois temporizadores PWM para controle de motor e um temporizador de baixo consumo disponível no modo Stop, dois temporizadores de propósito geral de 32 bits, um gerador de números aleatórios verdadeiros (RNG). Eles também apresentam interfaces de comunicação padrão e avançadas. [Do resumo do produto]

NXP Semiconductors, MKL16Z256VLH4

O MKL16Z256VLH4 é um SoC móvel ultra-acessível construído sobre o núcleo ARM Cortex-M0+ operando a 48 MHz. Embora ofereça velocidade de processamento mais lenta, ainda fornece processamento de 32 bits, consumo de energia ultra-baixo com modo de suspensão e memórias embutidas (32 KB SRAM/256 KB Flash). Dado seu ponto de preço mais baixo, múltiplas interfaces de comunicação padrão e módulos analógicos (ADC SAR de 16 bits e DAC de 12 bits), uma aplicação para este produto está em pequenos dispositivos IoT que irão adquirir e processar sinais de sensores. Este produto vem em um pacote LQFP de 64 pinos, embora haja uma variante que vem em um pacote MAPBGA de 64 pinos (MKL16Z256VMP4).

Diagrama de blocos do MKL16Z256VLH4 da NXP Semiconductor.

A computação embutida em IoT e outras áreas de aplicação continuará avançando, e você pode maximizar o desempenho do seu próximo sistema com o microcontrolador certo ou outro dispositivo lógico programável.

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