Firma Renesas, jeden z wiodących producentów mikrokontrolerów na świecie, od jakiegoś czasu produkuje i intensywnie wspiera swoją nową rodzinę układów Synergy z rdzeniami Cortex-M, ukierunkowaną na zastosowania IoT. W artykule przedstawiamy możliwości płytki Aris Edge S3A3 – jednego z wielu modułów podobnych do Arduino, wyposażonego właśnie w układ Renesas Synergy S3. Opisano także sposób programowania płytki w środowisku e²studio oraz aplikację demonstracyjną.

Rys.1. Płytka Aris Edge S3A3

Głównym elementem doskonale wyposażonego i w zamyśle przeznaczonego do testowania aplikacji IoT modułu Aris Edge S3A3 jest mikrokontroler R7FS3A37A3A01CFM produkowany przez firmę Renesas. Seria S3 z rodziny Synergy łączy stosunkowo niski poziom poboru energii z dużą wydajnością obliczeniową. Mikrokontroler może być zasilany napięciem od +1,6 V do +5,5 V. Ma wbudowany wydajny rdzeń Cortex-M4 taktowany maksymalną częstotliwością 48 MHz z dostępnymi trybami oszczędzania energii. Operacje zmiennoprzecinkowe i DSP są wykonywane przy minimalnej ilości cykli zegarowych CPU. Tworzenie interfejsu użytkownika jest wspomagane przez wbudowany sterownik segmentowej matrycy LCD SLCD i sterownik pojemnościowej klawiatury dotykowej. Bezpieczeństwo przechowywania i przesyłania danych zapewniają moduły wykrywania błędów pamięci, układ obliczania CRC, ochrony odczytu pamięci Flash oraz modułu zabezpieczeń i kodowania m.in. AES.

Na rysunku 2 pokazano zestawienie zasobów rodziny S3: pamięci programu i pamięci stałych danych Flash, pamięci danych SRAM i układów peryferyjnych. Zależnie od typu mikrokontrolera mamy do dyspozycji do 1 MB pamięci programu Flash, do 16 kB programowanej statycznej pamięci Flash przeznaczonej dla danych użytkownika oraz do 192 kB pamięci danych SRAM.

 Rys.2. Zasoby mikrokontrolerów serii S3

Mamy tu do dyspozycji szereg zaawansowanych modułów peryferyjnych. Najważniejsze z nich to:

• Układy analogowe: 14-bitowy przetwornik analogowo-cyfrowy, dwa 12-bitowe przetworniki cyfrowo-analogowe, dwa szybkie i dwa wolne komparatory, cztery wzmacniacze operacyjne i czujnik temperatury
• Moduły komunikacyjne: USB 2.0 Full Speed z implementacją Compilant witch USB Battery Charging 1.2, USB 2.0 Full Speed z funkcją hosta, 6 szeregowych kanałów SCI (które można zaprogramować jako USART, I2C (master), SPI lub interfejs Smart Card), dwa układy SPI, trzy układy I2C, moduł transmisyjny CAN, Serial Sound Interface (SSI), IrDa, Quad Serial Peripherial Interface (QSPI) oraz host do obsługi transmisji z kartami SD/MMC
• Moduły czasowe: dziesięć liczników GPT32 z funkcją PWM, dwa liczniki asynchroniczne AGT, licznik watchdog WDT, zegar RTC (z podtrzymaniem bateryjnym)
• Moduł HMI: sterowniki wyświetlacza LCD SLCDC i układ pojemnościowej klawiatury dotykowej CTSU
• Układy szyfrowania i bezpieczeństwa: AES128/256, GHASH i generator liczb losowych TRNG
• Moduł uniwersalnych linii GPIO

Mikrokontroler R7FS3A37A3A01CFM zamontowany w module Aris Edge S3A3 jest umieszczony w 64-pinowej obudowie LQFP do montażu powierzchniowego i ma wbudowane 512 KB pamięci programu Flash, 96 kB pamięci danych SRAM i 8 KB stałej pamięci danych Flash. Najważniejsze układy peryferyjne to: 52 linie I/O, 6 kanałów uniwersalnego interfejsu komunikacyjnego, po 2 interfejsy SPI i I2C, 14-bitowy przetwornik ADC z maksymalnie 18 kanałami pomiarowymi, 12-bitowy przetwornik DAC, interfejs USBFS, liczniki PWM o rozdzielczości 16 i 32 bity oraz 4 kanały DMA. Dodatkowo wbudowano moduł DTC (Data Transfer Controller), który z punktu widzenia użytkownika działa jak kanał DMA obsługujący dużą ilość transferów.
Układ może być zasilany napięciem z zakresu od 1,6 V do 5,5 V.

Jak w większości tego typu modułów, został on wyposażony w układ programatora/debuggera J-Link firmy Segger komunikujący się z komputerem za pomocą interfejsu USB ze złączem mini-USB. J-Link jest wspierany przez środowisko e²studio bezpłatnie dystrybuowane przez Renesasa.
Moduł jest przeznaczony do budowania i testowania aplikacji IoT. Na płytce umieszczono wyprowadzenia linii portów i zasilania do złącz zgodnych ze standardem Arduino. Umożliwia to elektryczne podłączenie bardzo wielu gotowych modułów peryferyjnych zaprojektowanych dla Arduino. Przez to Aris Edge S3A3 staje się bardziej uniwersalny i atrakcyjny jako sprzętowa platforma ewaluacyjna dla aplikacji IoT i nie tylko.

Rys.3. Aris Edge S3A3 – struktura funkcjonalna

Producent umieścił na płytce szereg ciekawych układów peryferyjnych:

• Moduł komunikacyjny MGM111 wspierający komunikację z wykorzystaniem protokołów Bluetooth Low Energy Thread i ZigBee
• Czujnik temperatury, wilgotności i ciśnienia atmosferycznego Bosch BME280
• Czujnik natężenia światła AMS TSL25711FN
• Czujnik położenia MEMS Bosch BNO055

Przycisk SW1, dwie diody LED oraz buzzer mogą być wykorzystane do budowy prostego interfejsu użytkownika. Na rysunku 3 pokazano schematycznie strukturę budowy modułu z zaznaczeniem rodzajów sensorów, modułów oraz magistral wykorzystywanych do komunikacji, a na rysunku 4 płytkę z fizyczną identyfikacją elementów.

Rys.4. Zewnętrzne układy peryferyjne Aris Edge S3A3