NXP 提供 Arm® Cortex®-M33 開發生態系統

Arm® Cortex®-M33 核心處理器系列是低功率、高效能的微控制器 (MCU)，可提供增強的安全性和數位訊號處理能力。此系列適用於多種 IoT 和嵌入式應用，但要使用這些 MCU 設計產品並不容易，尤其是對於不熟悉 Arm 架構的開發人員而言更是如此。NXP Semiconductors 是首屈一指的 Arm 架構微控制器供應商，希望以其推出的 MCUXpresso 開發平台減低上述難題。

Arm 的精簡指令集運算 (RISC) 處理器，在智慧型手機和消費性電子產品市場區隔中位居主導地位，因為這些領域相當講究低功率與高效能。

Cortex-M33 處理器採用高能效設計，並提供低功率模式，可降低活動和休眠時的電流消耗，並可帶動工業控制、智慧家庭、穿戴式裝置和 IoT 等眾多應用的開發。這系列處理器為開發人員提供高度的靈活性和可擴充性，但還需要精心最佳化，以便在效能、功耗和覆蓋區之間達到最佳取捨。

Cortex-M33 MCU 支援 Arm 嵌入式應用程式二進制介面 (EABI)，確保與其他 Cortex-M 處理器在二進制上相容，因此可在不需修改的情況下，執行現有的 Cortex-M 程式碼。透過此相容性，就可使用現有的軟體工具、函式庫和中介軟體。

NXP 的 MCX 產品組合

NXP 是 Arm 架構 MCU 的頂尖製造商之一，產品包括一般用途和汽車產業專用產品。該公司將 MCX 產品組合定位為工業和 IoT 市場節能型邊緣裝置的基礎產品，具有更高的擴充性和突破性的產品功能。

MCX MCU 由兩個不同的產品系列組成：

• MCX N 系列包含工業與 IoT MCU，具備雙重 Cortex-M33 核心，運算頻率高達 150 MHz，且具備該公司的 eIQ® Neutron 神經處理單元 (NPU)，可用於加速機器學習 (ML)。這些高效能、低功率的 MCU 具有智慧型周邊裝置和加速器，可提供多工能力和高效能。
• MCX A Essential 系列是經過最佳化的單核心 Cortex-M33 MCU 產品系列，可針對優先考量進階類比功能 (如高精度數據轉換器)、成本限制和快速上市的應用提供關鍵功能。

本文將重點介紹 MCX A MCU (圖1) 及其開發工具。MCX A 系列支援各種市場的眾多應用，包括工業通訊、智慧儀表、自動化和控制、感測器，以及低功率和電池供電式裝置。有了通用的核心和周邊裝置，開發人員就可享受簡化的軟體開發作業，輕鬆進行移轉和升級。

圖 1：此為 NXP 的 MCX A 系列微控制器。(圖片來源：NXP)

每個 MCX A 系列裝置都包含精選的智慧周邊裝置，能夠獨立於 CPU 之外運作，因此能以更低的頻率運作，並降低功耗。這些周邊裝置能讓設計人員使用更小的封裝、更簡單的電路板設計，還可降低系統物料清單 (BOM) 成本。

隨附的周邊裝置包括：

• 序列通訊，具有內建緩衝器、可編程數據收集範圍和 DMA
• 混合訊號類比數位轉換器 (ADC)
• 數位類比轉換器 (DAC)
• 運算放大器，內建智慧功能可用於偵測平均值和峰值
• FlexPWM (脈寬調變器)，具有失效時間控制和編碼器，可用於馬達應用

MCX A MCU 還配備電源管理單元 (PMU)，可達到動態電壓和頻率調整 (DVFS)，也有自適應功率控制 (APC)，可依據工作負載和工作條件進行功耗最佳化。裝置皆含有 64 KB 或 128 KB 快閃記憶體和 16 KB 或 32 KB SRAM。所有 RAM 資料均可保留到深度省電模式。

有一個 4 KB 低功率快取控制器 (LPCAC) 連接至 Cortex-M33 程式碼代碼匯流排，可確保以低延遲提供數據和指令。由於處理器效能可以與系統記憶體效能分離，因此其他周邊裝置的匯流排可用性也獲得提升。這個特點有助於開發人員針對感測和控制應用，達到最佳 I/O 和處理效能。

MCX A 裝置的 A14x 系列運作頻率為 48 MHz，A15x 系列為 96 MHz。MCX A 採用無電容 LDO 電源子系統，可以在 1.7 V 至 3.6 V 之間運作。這些裝置在各種模式下均具有低功耗：

• 在運作模式下從內部快閃記憶體執行 Coremark 時 59 µA/MHz (+25°C 時 3 V)
• 6.5 µA 深度睡眠，10 µs 喚醒，完全 SRAM 保留，+25°C 時 3 V
• 深度省電下的電流消耗不到 400 nA，喚醒時間為 2.78 ms

MCX A 裝置含有全速 USB 裝置控制器搭配板載 PHY，可讓 PC 和其他裝置達到連接。USB 子系統可透過開機唯讀記憶體提供系統內編程 (ISP) 功能，更可使用 USB 介面，對產品進行現場更新。

開發人員可以利用 26 至 52 個通用輸入／輸出 (GPIO) 引腳，視型號而定。序列通訊介面包括一個 I²C，兩個 SPI 和三個 UART。內含三個 32 位元計時器，可以產生具有死區插入的互補 PWM 對，還有一個低功率計時器。電源電壓範圍介於 1.71 至 3.6 V，工作溫度為 -40°C 至 +125°C。

以 A14x 系列的 MCXA143VLH 為例，就具有 52 個 GPIO 引腳，工作頻率高達 48 MHz，具有 128 KB 快閃記憶體和 32 KB SRAM，並採用 LQFP64 封裝，。15x 系列的 MCXA152VFT 也具有 52 個 GPIO 引腳，工作頻率高達 96 MHz，具有 64 KB 快閃記憶體和 16 KB SRAM，採用 QFN48 封裝。

運用 MCUXpresso

這些 MCU 可在成本、效能和能效之間達到平衡。由於支援更多 GPIO 引腳，設計人員可以利用更小的封裝和更簡單的電路板設計。

此系列可運用 MCUXpresso Developer Experience，透過軟體、工具和安全佈建功能，讓開發流程更加順暢，進而加快設計週期，有助於開發人員建立應用並進行除錯和最佳化。MCUXpresso 平台含有：

• MCUXpresso IDE — 此整合式開發環境可支援程式碼編輯、編譯、除錯和快閃記憶體編程
• MCUXpresso Config Tools — 這一套圖形化工具有助於開發人員配置引腳、時脈、周邊裝置和安全功能
• MCUXpresso SDK — 此軟體開發套件可提供一系列驅動程式、中介軟體、函式庫和範例

NXP 的 MCX A 系列開發板，含有 FRDM-MCXA153 (圖 2)，專為使用 A14x 和 A15x 微控制器快速進行原型設計和開發而設計。

圖 2：FRDM-MCXA153 開發板。(圖片來源：NXP)

這些電路板小巧緊湊，可輕鬆整合到設計原型中。符合業界標準的排針座可提供簡易直覺的 I/O 存取，可快速進行評估和原型開發。具有擴充選項，如 Arduino® Header、FRDM Header、Pmod™ 和 mikroBUS™ 等，能讓開發人員隨時添加其他功能和元件。

還有其他開發人員的便利特點，包括整合式開放標準序列介面、外接快閃記憶體，和採用 CMSIS-DAP 協定的板載 MCU-Link 除錯器。開發人員可以選擇使用 NXP 的 MCUXpresso for Visual Studio Code 或 Eclipse 架構 MCUXpresso IDE，或使用 IAR 和 Keil 的 IDE，兩家均提供安全認證。

NXP 還提供一個應用程式程式碼中心 (ACH) 儲存庫，並附有高階軟體範例、程式碼片段和展示項目。這些範例可搭配 SDK 使用，可以直接從 NXP 的 IDE 存取，或透過 ACH Web 介面存取。

結論

NXP 的 MCX A 系列微控制器為開發人員提供低成本、小覆蓋區的解決方案，具有必要的特點和創新的電源架構，因此非常適合用於智慧儀表、自動化與控制，以及低功率／電池供電式裝置等眾多嵌入式應用。NXP 的微控制器、評估板和 MCUXpresso 平台有助於開發人員利用進階編輯、編譯和除錯功能，達到創新、最佳化並加快產品上市。