Couverture ElectroniqueS n°127

L'édition 2018 de la grand-messe de l'électronique embarquée a fait la part belle aux composants destinés aux objets connectés, en particulier aux composants alliant un cœur de microcontrôleur et un frontal RF à basse consommation. EMBEDDED WORLD BAT SON RECORD D'AFFLUENCE > La seizième édition d'Embedded World qui vient de s'achever à Nuremberg a battu des records d'audience, imposant un peu plus ce rendez-vous annuel comme le point de rencontre privilégié de l'industrie de l'électronique embarquée. > Avec 1021 exposants, la manifestation a attiré 32217 visiteurs (+7.3%) provenant de 38 pays. Selon les organisateurs, 95% des exposants et 97% des visiteurs prévoient de revenir l'an prochain. Le directeur de l'organisation à la tête d'Embedded World depuis ses débuts, Matthias Sturm, a annoncé qu'il laisserait sa place à un autre membre du comité d'organisation, Axel Sikora, directeur scientifique à l'Université d'Offenburg. > À noter que les conférences Embedded World et Electronic Displays attenantes ont également battu des records d'affluence (2176 participants). Les années précédentes, nous étions un peu tranquilles le matin du premier jour du salon pour peaufiner notre stand ; cette année, la foule était là dès le départ », nous confiait un exposant de l'édition 2018 d'Embedded World, qui s'est tenue du 27 février au 1 er mars dernier à Nuremberg. Les allées de la NürnbergMesse étaient en effet noires de monde pour accueillir la grand-messe annuelle de l'électronique embarquée, et la plupart des fabricants de semi-conducteurs avaient répondu à l'appel. Si tous les domaines de l'embarqué sont présents à Embedded World, les objets connectés demeurent l'un des principaux objets d'étude depuis quelques années, et leur connexion sans fil au réseau une tâche nécessitant un arbitrage précis entre débit de données, disponibilité et consommation. Les fournisseurs de microcontrôleurs tendent donc à multiplier les circuits embarquant également un frontal radiofréquences prêt à l'emploi. STMicroelectronics a ainsi exposé à Nuremberg sa toute dernière famille de microcontrôleurs, les STM32WB, qui associent un cœur 32 bits Cortex-M4 64 MHz et un frontal radio compatible Bluetooth 5 et IEEE 802.15.4. Cet étage radiofréquences s'appuie sur un cœur auxiliaire Cortex-M0+ tournant jusqu'à 32MHz et qui soulage le cœur principal de la gestion en temps réel des protocoles de communication sans fil, qu'il s'agisse de Bluetooth, ZigBee, OpenThread ou de protocoles propriétaires. Cette famille de microcontrôleurs se pose donc en concurrent des SimpleLink de Texas Instruments, Mighty Gecko de Silicon Labs ou PSoC 6 de Cypress Semiconductor. STMicroelectronics entend s'en distinguer par plusieurs petites attentions : l'intégration de composants passifs (balun) simplifiant la connexion du circuit à une antenne, la généreuse mémoire embarquée (jusqu'à 1Mo de flash et 256Ko de Ram) ou encore la sécurisation des données (moteur de cryptage AES 128 bits, stockage de clés utilisateurs, protection de la propriété intellectuelle). Sont également présents sur la puce un convertisseur analogique-numérique SAR 12/16 bits, un contrôleur d'écran tactile capa-citif, un contrôleur LCD et un large panel d'interfaces (USB 2.0, I²C, SPI, SAI, Quad-SPI). L'étage radio est caractérisé par une consommation de 5,5 mA en émission et 3,8 mA en réception pour une puissance de sortie de + 6 dBm et une sensibilité de - 100dBm en 802.15.4 et - 96 dBm en Bluetooth. La consommation, elle, atteint 50 µA/MHz en mode actif (sous 3V), 1,8µA en mode veille (avec étage radio en attente et rétention de 256Ko de Ram) et 50nA en veille pro-fonde. En cours d'échantillonnage, les STM32WB seront vendus à partir de 1,56$ pièce en volume. Du Wi-Fi pour objets connectés Très actif à Embedded World, Silicon Labs a mis l'accent sur des circuits d'émission-réception Wi-Fi optimisés pour les objets connectés. « Pour des applications ne fonctionnant pas forcément en continu, mais requérant momentanément des débits de données importants, le Wi-Fi présente de nombreux avantages, à commencer par l'existence de nœuds d'accès innombrables », estime Siddharth Sundar, responsable IoT chez Silicon Labs. On pense ici à des caméras de surveillance, des appareils médicaux ou encore des scanners de points de vente. Le circuit WF200 et le module WFM200, qui reprend le WF200 et les composants passifs nécessaires (appariement RF, quartz, antenne), prennent en charge la norme Wi-Fi 802.11b/g/n à 2,4 GHz avec une consommation moyenne très faible (200 µA pour un DTIM de 3) pour une puissance de 138 mA en émission et 48 mA en réception. Le budget de liaison dépasse, lui, 115 dBm. Le WF200 embarque un cœur CPU dévolu à la gestion Wi-Fi ainsi qu'un moteur de cryptage (AES, PKE, TRNG). Il est encapsulé dans un boîtier QFN32 de 4 x 4 mm seulement, alors que le module WFM200, pré-certifié selon les normes FCC, CE, IC, sud-coréennes et japonaises, occupe 6,5 x 6,5 mm. Outre la consommation, estimée réduite de moitié par rapport à la concurrence, Silicon Labs a particulièrement soigné la coexistence avec d'autres réseaux ainsi que la sécurisation des données, qui bénéficie notamment d'une liaison sécurisée vers le processeur hôte. Actuellement en cours d'échantillonnage, les WF200/WFM200 seront disponibles en volume d'ici la fin de l'année. ÀNurem-berg, l'américain a également étendu sa famille de microcontrôleurs 32 bits d'entrée de gamme Tiny Gecko avec les EFM32TG11, susceptibles par exemple d'être associés aux frontaux Wi-Fi précédents. Ces modèles sont optimisés pour répondre aux besoins des objets connectés alimentés sur batterie. Orchestrés par un cœur Cortex-M0+ tournant jusqu'à 48MHz, ils ne consom-ment que 37µA/MHz en mode actif et 1,3µA en veille. TI étend sa plateforme SimpleLink < NXP développe un «IoT-on-a-chip», combinant un processeur i.MX 6ULL (cœur Cortex-A7) et un frontal double bande gérant à la fois Wi-Fi (802.11ac) et Bluetooth 4.2, le tout dans un unique boîtier mesurant 14x14x2,7 mm. Mieux équipés en mémoire que les précédents Tiny Gecko (jusqu'à 128Ko de flash et 32Ko de Ram), les EFM32TG11 comportent un contrôleur d'interface tactile capacitive, une interface pour capteur basse consommation, un contrôleur LCD 8x32 segments, un port CAN pour les applications industrielles ou encore un moteur de cryptage AES/SHA/ CRC/TRNG. Ils sont encapsulés en différents boîtiers dont un QFN32 de 5x5mm, et vendus à partir de 1,65 $ pièce par quantités de 10000. De son côté, Texas Instruments a étendu durant Embedded World sa gamme de microcontrôleurs à frontal RF intégré, SimpleLink. Le texan couvre désormais la majeure partie des besoins avec les CC1312R (liaisons sub-1GHz), CC1352R/ CC1352P (modèles multibandes fonctionnant à la fois en sub-1 GHz et à 2,4 GHz pour Bluetooth, Thread et ZigBee), CC2642R (Bluetooth Low Energy) et CC2652R (BLE, Thread et ZigBee). S'ajoutent à ces protocoles gérés par les SimpleLink des normes moins usitées comme le 802.15.4g ou le protocole M-Bus sans fil. Le CC1352P se voit adjoindre un amplificateur RF délivrant une puissance de plus de 20dBm, tandis que les CC13x2/CC26x2 bénéficient d'accélérateurs de chiffrement compatibles AES128/256, SHA2-512, ECC, RSA2048 et TRNG. Tous les circuits de cette gamme, qui inclut également des microcontrôleurs hôte sans fil tels que le MSP432P4, sont pris en charge par le même environnement de développement logiciel, ce qui permet de recycler l'intégralité du code applicatif d'un modèle à l'autre. Sertis en boîtier QFN de 7 x 7 mm, ils sont vendus entre 2,65$ et 5,25$ pièce par quantités de 1000. Toujours dans l'idée de simplifier les liaisons sans fil des objets connectés, Cypress Semiconductor a lancé la suite logicielle ModusToolbox « qui unifie nos outils PSoC et le SDK WICED dont nous avons hérité lors du rachat des circuits sans fil Bluetooth/ Wi-Fi de Broadcom », explique Samer Bahou, responsable communication chez Cypress Semiconductor. Basé sur Eclipse, ModusToolbox comprend les piles de protocoles Wi-Fi et Bluetooth les plus courantes du marché, ainsi que des API simplifiées. Il prend en charge les microcontrôleurs configurables PSoC 6 à double cœur CortexM4 et M0+, notamment la gestion des blocs analogiques et numériques programmables et les fonctions de sécurité matérielle embarquées (accélérateurs de chiffrement, exécution isolée, éléments sécurisés, etc.). Démontrant les capacités de cette plateforme logicielle unifiée, la nouvelle carte de développement PSoC 6 Wi-Fi, également lancée lors d'Embedded World par Cypress, comprend un microcontrôleur PSoC 62 et un module RF basé sur la puce Wi-Fi CYW4343W. Des modules i.MX sans fil Même son de cloche chez NXP Semiconductors qui a présenté à Nuremberg un «IoT-on-a-chip», à savoir un circuit basé sur l'i.MX 6ULL (cœur CortexA7) et un frontal double bande gérant à la fois Wi-Fi (802.11ac) et Bluetooth 4.2, le tout dans un unique boîtier mesurant 14x14x2,7mm. Annoncé pour la fin de l'année, ce module sera suivi d'autres, dans huit configurations différentes, l'an prochain. Moins puissants mais moins gourmands en énergie, les K32W0x échantillonnés par NXP sont architecturés autour d'un cœur Cortex-M4 pour l'application et d'un CortexM0+ qui s'occupe de la liaison sans fil. Une radio multiprotocole embarquée supporte les protocoles Bluetooth 5 et 802.15.4, y compris Thread et ZigBee 3.0. Têtes de pont de la nouvelle génération de microcontrôleurs Kinetis, les K32W0x se trouvent dotés de 1,25Mo de flash et 374 Ko de Sram, d'un moteur de cryptage AES/RSA/ SHA/DES/ECC et de fonctions de sécurité avancées comme l'effacement de la mémoire de cryptographie en cas d'attaque, le contrôle d'accès, l'isolation de blocs périphériques, la sécurisation du démarrage et de la mise à jour et la gestion de clés. Les premiers K32W0x seront disponibles à la fin du troisième trimestre 2018 : il s'agit du K32W032 (Bluetooth 5), du K32W022 (Thread/ ZigBee) et du K32W042 (Thread/ZigBee/Bluetooth). Présents en force, les microcontrôleurs à frontal RF n'ont toutefois pas été les seuls à s'illustrer à Nuremberg, et les modèles plus traditionnels de contrôleurs et de processeurs embarqués ont aussi eu leur part de nouveautés. NXP Semiconductors a par exemple exposé l'i.MX 8M Mini, premier membre de sa famille i.MX à tirer profit de la technologie FinFET 14 nm. Ce processeur dispose de quatre cœurs Cor-tex-A53 tournant jusqu'à 2 GHz et d'un Cortex-M4 à 400 MHz chargé du traitement en temps réel, mais aussi d'un moteur vidéo 2D/3D et d'un large panel d'interfaces (Ethernet, Wi-Fi/ Bluetooth, USB, etc.) et de ports mémoires DDR. Toujours dans l'ex-portefeuille Freescale, NXP étend sa famille de processeurs embarqués haut de gamme RT ( real time ) avec l'i.MX RT1060, un modèle architecturé autour d'un Cortex-M7 cadencé à 600 MHz, 50 % plus vite que les M7 concurrents selon le néerlandais. Le précédent, le RT1050, faisait le pari de la mémoire non volatile externe et n'embarquait que 512 Ko de cache – ce qui lui permettait d'être vendu sous la barre des 3 $ en volume. Le RT1060 dispose lui d'un maximum de 1Mo de Sram et de quelques améliorations, comme la présence d'un port CAN FD ou d'entrées/ sorties accessibles en un seul cycle d'horloge, ce qui fait grimper son prix à 3,48$ pièce par quantités de 10000. Il sera disponible d'ici la fin de l'année 2018. À noter que NXP poursuit activement la mise au point de microcontrôleurs en technologie FD-SOI 28 nm à très faible consommation avec mémoire Sram et Mram embarquée. Au niveau logiciel, NXP a présenté EdgeScale, une suite d'outils intégrée au SDK des processeurs réseaux Layerscape et facilitant la connexion d'objets numériques aux services cloud. Le fabricant soutient également Zephyr, le système d'exploitation temps réel développé par la fondation Linux et désormais disponible sur nombre de processeurs i.MX, Kinetis et LPC. Microchip entretient l'héritage Atmel Autre acteur incontournable de l'industrie des microcontrô-leurs, a fortiori depuis le rachat d'Atmel, Microchip continue d'enrichir les deux gammes de produits en parallèle comme en témoignent ses annonces effectuées durant Embedded World. L'américain a tout d'abord présenté une nouvelle famille de contrôleurs PIC 8 bits, les PIC16F18446. Opti-misés pour rester au plus près de capteurs, ces circuits sont encapsulés en boîtiers minia-tures compor tant 14 à 20 broches seulement. Ce brochage réduit est rendu possible par la technologie Peripheral Pin Select, qui permet d'attribuer à volonté telle fonction analogique ou numérique interne à telle sortie. Les PIC16F18446 embarquent jusqu'à 28Ko de flash et 2Ko de Sram, ainsi qu'un convertisseur analogique-numérique 12 bits un peu spécial baptisé ADC². Ce CAN dispose en effet de fonctions de calcul et de filtrage supplémentaires qui permettent de supprimer de nombreuses routines logicielles mobilisant le cœur principal. On relèvera également la large plage de tensions d'alimentation (1,8 V à 5 V) qui facilite la connexion à un large choix de capteurs. D'autre part, Micro-chip a étoffé la famille megaAVR issue d'Atmel en lançant les ATmega4809, premiers membres de cette gamme à bénéficier des Core Independent Peripherals, ces périphériques capables de converser entre eux sans mobiliser le cœur AVR. Les ATmega4809 se distinguent également par la présence d'un convertisseur analogiquenumérique 10 bits 115kéch./s à 16 canaux. Les PIC16F18446 et ATmega4809 sont respectivement vendus à partir de 0,78$ et 0,83 $ pièce par lots de 10000. Microchip a également profité du salon pour présenter un module comprenant le processeur SAMA5D2 (cœur Cortex-A5 à 600 MHz), une mémoire DDR2 de 128 Mo à 1Go et divers autres éléments (interface Ethernet PHY, flash QSPI et Eeprom, circuit de gestion d'alimentation). « Cela épargne aux ingénieurs la conception de l'interface rapide entre le processeur et la mémoire, et aux acheteurs la recherche parfois difficile de mémoires pour des volumes réduits », explique Lucio Di Jasio, responsable des ventes chez Microchip. L'ensemble forme un module compact (40 x 38 mm), soudable à la main, supportant la gamme de températures industrielle et assez puissant pour faire tourner Linux. Ces circuits associent un cœur Cortex-M4 et un frontal radio, compatible Bluetooth 5 et IEEE 802.15.4, s'appuyant sur un cœur auxiliaire Cortex-M0+. Les capteurs aussi s'affichent à Embedded World. Preuve en est l'introduction à Nuremberg du dernier détecteur de pression barométrique de Bosch Sensortec, un modèle optimisé pour les drones, mais aussi la domotique ou encore les montres connectées. Le BMP388 peut par exemple être associé au détecteur de mouvements BMI088, présenté lors du dernier CES de Las Vegas, et à la boussole numérique BMM150. Il délivre une préci-sion typique de ± 0,08 hPa (±0,66 m), la précision absolue étant de ± 0,40 hPa entre 900hPa et 1100 hPa. Doté d'une mémoire Fifo qui réduit les échanges de données avec le processeur d'applications exter ne, le BMP388 ne consomme que 2,7µA à 1Hz. Il est encapsulé en boîtier LGA miniature de 2x2x0,75mm. Au rayon des mémoires, on notera par exemple l'échantillonnage par Cypress Semiconductor de nouvelles mémoires ferroélectriques Fram, baptisées Excelon et destinées à l'enregistrement de données critiques (data logging) à haute vitesse, y compris dans des environnements hostiles. « Grâce à leur robustesse et à leur rapidité, ces circuits sont mieux placés que les mémoires flash pour enregistrer des données avant un accident ou une panne, et donc garantir une analyse pertinente et un redémarrage du système », pointe Sonal Chandrasekharan, responsable des Ram chez Cypress. Conformes AECQ100, les Excelon-Auto offrent des capacités de 2 ou 4Mbit en gamme de températures automobile, tandis que les Excelon-Ultra embarquent de 2 à 8Mbit et visent les applications industrielles. Toutes ces Fram garantissent une endurance de 1014 cycles de lecture/ écriture et une rétention de dix ans à 85°C et plus de cent cinquante ans à 65°C. Elles seront disponibles en volume au troisième trimestre 2018. Externaliser la flash Le californien Adesto Techno-logies, lui, mettait en avant ses mémoires EcoXiP, des flash spécialement aménagées pour faire tourner directement le code d'un microcontrôleur ou d'un processeur externe (mode eXecute-in-Place ou XiP). Parmi ces aménagements figurent par exemple des mécanismes de séquencement de lecture accélérant les performances, et une organisation en banques de données qui rend possible la mise à jour dynamique du code. « Dans certaines applica-tions, cela permet de s'affranchir des limites de l'intégration de la flash, qui est pour l'heure limitée au 40 nm alors que le reste du processeur pourrait être fabriqué en technologie plus fine, et de la Sram qui occupe beaucoup de place sur le silicium », justifie Gideon Intrater, CTO d'Adesto. Le fabricant vient ainsi d'associer une mémoire EcoXiP de 4Mo à interface Octal SPI avec l'i.MX RT1052 de NXP Semiconductors, un processeur à cœur Cortex-M7 cadencé à pas moins de 600 MHz. STMicroelectronics a pour sa part associé une mémoire EcoXiP à ses microcontrôleurs STM32L4+ qui embarquent deux ports Octal SPI.

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