NXP Mikrocontroller Architektur-Upgrade von der QorlQ-P-Serie auf die QorlQ-T-Serie leicht gemacht

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NXP lässt seine Mikrocontroller Serie QorIQ-P auslaufen. Doch mit einem Umstieg auf die QorIQ-T-Serie lassen sich bestehende Projekte mühelos weiterführen und auch Neuprojekte profitieren. TQ vereinfacht sowohl den Wechsel als auch den Neueinstieg mit entsprechenden Embedded Modulen.

Die QorIQ-T-Serie basiert wie die QorIQ-P-Serie auf Power Architecture. Die nächste Generation der QorIQ-Mikrocontroller setzt mit der QorIQ-Layerscape-Reihe jetzt auf ARM-Architektur. Wer also weiterhin nach einem ausgereiften, probaten Produkt sucht, wird bei der T-Serie auf jeden Fall fündig.

Stärkere Performance gekoppelt mit High-Speed-Kommunikation

Statt einer 32-Bit- verfügt die T-Serie über eine 64-Bit-Architektur mit einer höheren Taktung von 1400 MHz. Diese Leistungssteigerung wird durch den e5500-Core ermöglicht. Darüber hinaus sorgt auch ein zusätzlicher L3-Cache für mehr Performance.

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In der Kommunikationsfähigkeit – der Kernkompetenz der QorIQ-Controller – kann die T-Serie sogar zulegen: Je nach Modell sorgen 2,5 GbE, fünf MACs, acht SerDes-Lanes und ein integrierter 8-Port-Ethernet-Switch für mehr Datendurchsatz – durch 1000Base-KX-Funktionalität wahlweise auch über eine Backplane. Die Paketverarbeitung wird zusätzlich durch Pattern Matching und Beschleunigerschaltungen für Security erleichtert.

Die T-Serie verfügt damit über zusätzliche und deutlich schnellere Kommunikationsschnittstellen, verbunden mit einer zwischen 2- bis 10-fachen Performance-Steigerung – und das mit lediglich rund 1 W mehr Leistungsaufnahme.

Gerätekonsolidierung schafft Potentiale und senkt Aufwendungen

Mit der Möglichkeit, Geräte zu konsolidieren, lässt sich der Overhead einer kompletten Einheit einsparen. Was bisher auf zwei Geräten lief, kann jetzt eine Baugruppe erledigen. In beispielsweise der (Industrie-)Automation, wo bislang eine Steuerung und ein Gateway ihre Dienste verrichteten, kann jetzt ein Gerät beide Aufgaben übernehmen. Ein Hypervisor trennt die zusätzlichen CPU-Cores der T-Serie voneinander und stellt jedem Legacy-Softwarepaket die benötigte (Betriebssystem-)Umgebung zur Verfügung.

Das reduziert den Anpassungsaufwand und erhöht die Betriebssicherheit, da ein Software-Problem aus einer Domäne nicht den Ablauf der anderen Domäne stören kann. Diese Konsolidierung ist nicht ganz frei von leichten Software-Anpassungen. Dafür lässt sich die gewohnte und vorhandene Tool-Chain nutzen, was Investitionskosten und Einarbeitungszeit einspart. Außerdem können bestehende Applikationen, die an der Leistungsgrenze der P-Serie angekommen sind, von der höheren Rechenleistung der T-Serie profitieren.

Für kritische Infrastruktur-Anwendungen geeignet

Auch der Einsatz im Bereich kritischer Infrastruktur liegt nahe. Hier ist nicht unbedingt die neueste Technologie ausschlaggebend. Vielmehr entscheiden die Historie bekannter und behobener Fehler bzw. zuverlässiger Workarounds sowie Kriterien wie etwa langfristige Verfügbarkeit, Zuverlässigkeit und Determinismus.

Ist diversitäre Redundanz gefordert, punktet die power-architecture-basierte T-Serie ebenfalls. Dabei kommen Bauteile unterschiedlicher Hersteller zum Einsatz und es gilt zu vermeiden, dass ein systematischer Fehler sämtliche redundanten Systeme ausfallen lässt. Auf Sicherheit bedachte Branchen wie zum Beispiel die Luftfahrt werden ihren Fokus daher auf die T-Serie legen.

IPC mit neuer Prozessorgeneration

Mit Embedded-Modulen zum intelligenten Montageplatz

Dank übereinstimmender Tool-Chain und Grundarchitektur Zeit und Kosten sparen

Bestehende Applikationssoftware zu überarbeiten, ist oftmals mit Herausforderungen wie aufwändiger Re-Zertifizierung oder der Nichtverfügbarkeit des ursprünglichen Entwickler-Teams verbunden. Ersteres wird zwar bei einem Architektur- bzw. Hardware-Wechsel notwendig, je nach Anforderungen sind allerdings unterschiedlich viele Programmteile und Dateien betroffen. Wer in der gleichen Tool-Chain und Grundarchitektur bleibt, muss deutlich weniger Bestandteile prüfen als bei einer komplett neuen Prozessorarchitektur mit neuen Entwicklungswerkzeugen. Zeit- und Kostenaufwand sind damit unmittelbar betroffen.

Ist eine weitere Nutzung der bestehenden Software möglich, ergeben sich große Einsparpotenziale, sei es bei der Konsolidierung oder bei der Weiterführung/-entwicklung einer Produktreihe. Da die T-Serie der „natürliche“ Nachfolger der P-Serie ist, bietet sie Software-Kompatibilität. So kann die 32-Bit-Software der P-Serie unverändert auf den 64-Bit-Cores der T-Serie laufen und die Vorteile der höheren Taktung sowie die bessere Floating-Point-Unit automatisch nutzen.

Eine moderate Modernisierung der Software bietet sich an, um die in der T-Serie hinzugekommenen Funktionalitäten, wie den integrierten Krypto-Beschleuniger oder die Data Path Acceleration optimal nutzen zu können. Durch die gleiche Tool-Chain ist hier die Einstiegshürde deutlich niedriger als beim Umstieg auf eine vollkommen neue Architektur. Damit lässt sich eine Neuentwicklung der Applikationssoftware vermeiden.

Embedded-Module vereinfachen die Systemintegration

Indem Embedded-Computing-Module den Designaufwand auf das Baseboard reduzieren, ganz gleich, ob ein Generations- oder Architekturwechsel ansteht, vereinfachen sie die Integration. Das komplexe Handling, z. B. aktualisierter Design-Vorschriften der neuen CPU, übernimmt der Modulhersteller, der Anwender selbst hat es nur mit weniger aufwändigen Schnittstellen zu tun.

So muss sich der Entwickler beim TQMT10xx-Modul nur noch um 360 Modul-Pins kümmern statt der 780 Pins der CPU. Des Weiteren sind Themen wie Arbeitsspeicheranbindung, Systemcontroller sowie die Spannungs- und Taktversorgungen der CPU bereits durch die Entwickler von TQ erledigt. Diese Reduzierung der Komplexität für den Modul-Anwender verkürzt die Entwicklungszeit – sowohl bei der Hardware als auch bei der Software. Für letztere gibt es Starter-Kits, damit die Software-Entwickler an den Start gehen können, noch bevor die anwendungsspezifische Hardware läuft.

Auch bei der Leistungs- und Feature-Skalierung helfen die Pin-kompatiblen Module. So ist TQMT1022 mit zwei e5500-Cores ausgestattet, TQMT1040 und TQMT1042 mit je vier der Cores.

Modul-Familie auf Power-Architecture-Basis

Um den vielfältigen und zunehmenden Kommunikationsanforderungen industrieller Systemlösungen gerecht zu werden, stellt TQ diese Modul-Familie auf Power-Architecture-Basis zur Verfügung. Der erweiterte Einsatztemperaturbereich von -40 bis 85°C ermöglicht die Verwendung selbst bei sehr anspruchsvollen Umgebungsbedingungen. Die Abmessungen von 74 x 54 mm und der Zugriff auf alle Prozessor-Funktionen ermöglichen die einfache und schnelle Systemintegration – auch als Retro-fit-Lösung. Mit einer typischen Leistungsaufnahme von 7 W bis 9 W hält sich der Kühlaufwand in Grenzen, was nicht nur den Kosten, sondern auch dem Platzbedarf zugutekommt.

Damit lassen sich leistungsfähige Computing-Lösungen für anspruchsvolle Einbausituationen umsetzen:

• Steuerungen und Kommunikationsknoten für kritische Infrastruktur

• Motorsteuerungen und Robotik

• ARINC 664 Switches in Flugzeugen

• Netz-Equipment für EX-Bereiche

• Intelligente Verkehrsleittechnik

• (Femto-)Zellen für Campus-Netze

Derzeit wird NXP die T-Serie noch bis mindestens 2027 unterstützen. TQ kann als Hersteller mit eigener Fertigung in Deutschland z. B. mit der Einlagerung von Bausteinen in Stickstoff darüberhinausgehende Angebote unterbreiten. Dabei sorgen ein ausgefeiltes Obsoleszenz-Management und umfassende Traceability auch über lange Zeiträume hinweg für gleichbleibend hohe Qualität. (in)

* Andreas Willig, Produktmanagement im Bereich Embedded bei der TQ-Group

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