В последние несколько месяцев на рынке электронных компонентов отчетливо наблюдается ситуация аллокейшена (дефицита) и следующее за ним явление ценовой турбулентности. По данным свежего прогноза J.P. Morgan, объемы поставок полупроводников в настоящее время находятся на 10-30% ниже уровня спроса, и потребуется минимум три-четыре квартала, чтобы предложение догнало спрос, а затем еще один-два квартала на восстановление складских запасов клиентов и каналов сбыта до их нормального уровня. Если в дополнение к этому учесть тот факт, что Россия потребляет менее 2% мирового выпуска электроники и снабжается компонентами скорее по остаточному принципу, а сами дистрибьюторы называют компоненты, попадающие на российский рынок, «объедками», то станет ясно, что российским производителям электроники, а вслед за ними и поставщикам компонентов следуют обратить пристальное внимание на альтернативные варианты от менее популярных производителей. В первую очередь это касается высокотехнологичных компонентов, таких как микроконтроллеры, одним из «альтернативных» производителей которых является китайская компания GigaDevice, не так давно представившая новую серию высокопроизводительных микроконтроллеров с низким энергопотреблением на базе ядра Cortex-M33 – GD32E5 [1].
Продукция GigaDevice
Компания GigaDevice была основана в 2005 году в Пекине и изначально вышла на китайский рынок с микросхемами памяти. Сейчас компания производит широкий спектр SPI NOR Flash и SPI NAND Flash и занимает третье место в мире по объемам продаж в сегменте микросхем энергонезависимой памяти с объемом производства более 1 млрд штук в год. Однако одними микросхемами памяти номенклатура продукции компании не ограничивается; в 2013 году GigaDevice приобрела лицензию на ядро ARM Cortex-M3 и объявила о начале производства собственных 32-битных микроконтроллеров GD32. Вслед за микроконтроллерами на ядре Cortex-M3 появились и устройства на базе Cortex-M4, Cortex-M23 и Cortex-M33. Стоит отметить интересный факт: поскольку GigaDevices уже довольно давно является серийным производителем микросхем памяти, это в некотором роде повлияло и на структуру производимых компанией микроконтроллеров. В частности, вместо того чтобы идти обычным путем изготовления матриц Flash и SRAM, компания решила использовать отдельную последовательную Flash (Рисунок 1).
 |
||
| Рисунок 1. | Срез корпуса микроконтроллера GigaDevice. | |
Использование последовательной Flash позволяет GigaDevice значительно увеличить максимальный размер памяти в своих микроконтроллерах (в настоящий момент он достигает 3 Мбайт) и значительно сэкономить на лицензионных сборах ARM.
Помимо микросхем памяти и микроконтроллеров, GigaDevice также занимается изготовлением различного рода датчиков для IoT-приложений (Рисунок 2), а одной из отличительных особенностей компании является упор на исследовательскую деятельность и разработку новых решений – более 55% от штата сотрудников занимаются исследованиями и разработками, а на счету компании числится более 200 патентов и около 600 заявок.
 |
||
| Рисунок 2. | Продукция компании GigaDevice. | |
Помимо отдельных компонентов, компания также предлагает своим клиентам отладочные наборы для быстрого и простого ознакомления с возможностями микроконтроллеров, а также специальный софт для загрузки/выгрузки кода и библиотеки для работы в популярных IDE, таких как IAR, которые с недавнего времени стали официальным партнером GigaDevice. Также не так давно компания GigaDevice в сотрудничестве с бельгийским стартапом Embeetle начала разработку собственной IDE для микроконтроллеров на базе ARM и RISC-V (Рисунок 3).
 |
||
| Рисунок 3. | Внешний вид Embeetle IDE. | |
Еще одной интересной новостью для разработчиков является официальная поддержка 32-битных микроконтроллеров GD32 платформой Amazon Web Services (AWS), что значительно расширяет возможности построения современных решений на рынке Интернета вещей, 5G, дата-центров и других высокотехнологичных областей.
Микроконтроллеры семейства GD32E5
Одним из последних новшеств компании GigaDevice является представленная 28 июля 2020 года серия высокопроизводительных микроконтроллеров с низким энергопотреблением GD32E5. Новое семейство микроконтроллеров построено на базе ядра Cortex-M33 архитектуры ARMv8-M и в первую очередь предназначено для использования во встраиваемых приложениях, таких как высокоточные промышленные системы, решения для управления двигателями, источники питания, измерительные приборы, приложения для обработки смешанных сигналов и так далее (Рисунок 4).
 |
||
| Рисунок 4. | Внешний вид микроконтроллеров GD32E5. | |
GD32E5 способны работать с частотой до 180 МГц и показывают впечатляющие результаты при проведении тестов на производительность (244 DMIPS и 547 CoreMark). По сравнению с микроконтроллерами компании, построенными на ядре Cortex-M4, производительность выросла на 10-20%, а если для сравнения брать продукты на базе Cortex-M23, то тут разница составит уже более 40%.
 |
||
| Рисунок 5. | Номенклатура микроконтроллеров семейства GD32E5 от GigaDevice. | |
В настоящий момент семейство GD32E5 представлено 23 моделями микроконтроллеров в 4 различных типах корпусов, которые разделены на три серии общего назначения и одну специальную серию. Каждая из представленных серий обладает своими особенностями (Рисунок 5):
- GD32E503: наличие интерфейса USB 2.0 FS;
- GD32E505: интерфейс USB 2.0 HS OTG, TMU (ускоритель тригонометрических функций с поддержкой вектора, синуса и косинуса, экспоненты, десятичного логарифма и других тригонометрических операций);
- GD32E507: интерфейсы USB 2.0 HS OTG, Ethernet и ускоритель TMU;
- GD32EPRT: 4 МБ PSRAM, интерфейсы USB 2.0 FS и Ethernet.
Все четыре серии микроконтроллеров производятся с использованием 40-нанометрового техпроцесса в сотрудничестве с компанией TSMC, что помогает повысить энергоэффективность и снизить затраты на разработку.
Что касается технических характеристик GD32E5, то помимо рабочей частоты до 180 МГц, рассматриваемые микроконтроллеры характеризуется встроенной Flash-памятью объемом до 512 КБ, разделенной на 2 банка, что позволяет выполнять одновременные операции чтения и записи. Кроме того, в микроконтроллер встроен блок защиты памяти (MPU), что дополнительно повышает надежность системы, а также контроллер SQPI, позволяющий выполнять подключение внешних запоминающих устройств SQPI Flash и SQPI PSRAM. Объем собственной PSRAM в некоторых моделях GD32E5 (например, моделях серии GD32EPRT) может достигать 4 МБ.
Напряжение питания GD32E5 составляет от 1.7 до 3.6 В, а сами микроконтроллеры имеют 5 различных режимов энергопотребления. Рабочий ток микроконтроллера со всеми включенными периферийными устройствами и в режиме полной нагрузки составляет всего 332 мкА/МГц, что на 32% ниже, чем у микроконтроллеров GD32F4 на базе ядра ARM Cortex-M4. Минимальное же значение тока потребления в режиме ожидания при питании от внешней батареи составляет 0.7 мкА.
Что касается интерфейсов и периферии, то тут GD32E5 могут предложить новый двухфункциональный контроллер USB 2.0 OTG со встроенным аппаратным PHY, обеспечивающим скорость до 12 Мбит/с в полноскоростном (FS) режиме работы и до 480 Мбит/с в высокоскоростном (HS) режиме. Также на борту микроконтроллеров имеются два высокоскоростных USART со скоростью передачи данных 9 Мбит/с, три I2C, (скорость передачи данных 1 Мбит/с), три SPI (скорость передачи 25 Мбит/с), MDIO, два высокоскоростных компаратора с возможностью настройки, три 12-битных АЦП, два ЦАП и так далее. GD32E5 также объединяет в себе три интерфейса CAN-FD с максимальной скоростью передачи данных 6 Мбит/с и один адаптивный контроллер Fast Ethernet (10/100 Мбит/с), который может значительно помочь в разработке приложений для сетевой инфраструктуры.
К другим особенностям GD32E5 следует отнести встроенный таймер сверхвысокого разрешения (SHRTimer). Он включает в себя 5 независимых счетчиков, которые могут генерировать 5 групп из 2 сигналов управления ШИМ, а частота сигнала может достигать 11.5 ГГц с максимальным разрешением 90 пс.
Обобщенные технические характеристики семейства GD32E5 приведены ниже:
- Ядро: ARM Cortex-M33 ARMv8-M с тактовой частотой до 180 МГц и набором инструкций DSP и FPU одинарной точности.
- SRAM: От 80 до 128 Кбайт.
- Питание: От 1.7 В до 3.6 В; 5 режимов энергопотребления, защита от ESD 6 кВ.
- Рабочая температура: От –40 до + 85 °C.
- Периферия: Двухфункциональный контроллер USB 2.0 OTG, возможность работы в высокоскоростном (HS, 480 Мбит/с) и полноскоростном (FS, 12 Мбит/с) режимах, SPI, I2C, USART, I2S, CAN FD, SDIO, Ethernet, 3× 12-битных АЦП 2.5 МГц с 16× каналами, 2× 12-битных ЦАП, таймер сверхвысокого разрешения (SHRTimer) с 5 независимыми счетчиками, сверхбыстрые компараторы с задержкой распространения 22 нс.
- Корпуса: 7×7 мм LQFP48, 10×10 мм LQFP64, 14×14 мм LPFP100, 20×20 мм LQFP144.
Если говорить об аналогах, то наиболее схожим по техническим характеристикам с GD32E5 микроконтроллером является STM32L5. Однако между этими микроконтроллерами существует одно важное отличие. Дело в том, что, несмотря на то, что оба семейства построены на ядрах ARM Cortex-M33 ARMv8-M, подразумевающих наличие особой функции TrustZone, позволяющей разделить память, интерфейсы и периферию на два изолированных сегмента – защищенный и незащищенный, – в документации на семейство GD32E5 нет ни одного упоминания об этой функции и, соответственно, непонятно как с ней работать.
Заключение
Компания GigaDevice и ее 32-битные микроконтроллеры на базе архитектуры ARM определенно заслуживают внимания не только из-за сравнительно высоких характеристик производительности, но и за счет подробной документации на английском языке, а также библиотек для работы в популярных IDE, чем могут похвастаться далеко не все китайские производители. Микроконтроллеры GD32E5, построенные с использованием 40-нанометрового техпроцесса TSMC, являются одним из последних продуктов компании и предлагают разработчикам широкие возможности по сравнительно низким ценам, что особенно актуально в условиях очередного кризиса.
«GD32E5 – это первый китайский микроконтроллер общего назначения на ядре ARM Cortex-M33. Благодаря объединению усилий с TSMC мы разработали экономически эффективное решение для высокоточных промышленных систем управления и потребительских приложений, требующих высокоскоростной работы с большими объемами данных. Мы продолжаем поддерживать и расширять экосистему GD32, углубляться в потребности рынка и отдельных отраслей, расширяя тем самым возможности разработки для наших клиентов». – Эрик Цзинь (Eric Jin) директор по маркетингу GigaDevice.
