Il settore automobilistico sta vivendo una trasformazione senza precedenti, guidata dall'elettrificazione, dalla digitalizzazione e dall'emergere dei veicoli definiti dal software (SDC). In questo contesto, i microcontrollori (MCU) giocano un ruolo fondamentale, fungendo da "cervello" elettronico che abilita una vasta gamma di funzioni, dalla gestione del motore ai sistemi di sicurezza avanzata, fino all'intelligenza artificiale di bordo.
Che cos'è un Microcontrollore (MCU)?
Un microcontrollore è un microcomputer che, oltre al processore, combina vari altri importanti componenti ed elementi periferici in un unico chip, ovvero un sistema a chip singolo, da non confondere con un System-on-a-Chip (SoC). Di solito, i microcontrollori vengono selezionati per adattarsi alle rispettive applicazioni speciali e idealmente dovrebbero svolgere i loro compiti con il minor numero possibile di componenti esterni, potendo essere prodotti in grandi quantità. Spesso svolgono compiti di controllo e comunicazione di vario tipo. In parole povere, un microcontrollore è un microprocessore evoluto che, oltre all'elaborazione di istruzioni (calcolo), integra fisicamente altre funzioni che, nel caso del microprocessore, sono demandate ad altri componenti elettronici. Generalmente sono dotati di CPU CISC con architettura von Neumann, anche se più di recente sono apparsi microcontrollori con CPU ad architettura RISC, come ad esempio il Texas Instruments MSP430, meglio predisposti per l'utilizzo dei moderni compilatori, piuttosto che dell'Assembly.
L'origine dei microcontrollori risale ai microprocessori. Ai tempi dei microprocessori, esistevano i cosiddetti Single-board Computer, che integravano un microprocessore, una piccola quantità di ROM per il bootstrap, un po' di RAM e qualche periferica. Con la riduzione della geometria di integrazione, tutto fu integrato in un unico chip, dando vita al microcontrollore. In seguito, si aggiunsero anche sensori e periferiche più sofisticate. Molte applicazioni industriali richiedevano il tempo reale, portando Motorola, oggi Freescale, a inventare il microcontroller DSP. Oggi il core dei microcontrollori è spesso un ARM M4, rendendo non sempre necessario un core DSP dedicato. Motorola fu la prima a occuparsi di automotive, inventando il microcontrollore proprio per questa industria e denominando i suoi microprocessori della famiglia HC come "microcontrollori". Inizialmente, il microcontrollore controllava solo l'ABS con logica fuzzy, tanto che Motorola sviluppò una variante del microprocessore HC12 con istruzioni specifiche per questa applicazione.
Requisiti Attuali e Futuri dei Microcontrollori per Autoveicoli
Il requisito più essenziale delle famiglie di microcontrollori per il settore automobilistico è chiaramente la sicurezza tecnica, che si differenzia da quella dei dispositivi consumer o delle applicazioni di comunicazione. Le memorie flash e RAM integrate con i loro meccanismi di sicurezza garantiscono la robustezza per l'intero ciclo di vita. I dispositivi di controllo del dominio e della zona integrano funzioni software logiche che prima erano realizzate in sistemi distribuiti. La complessità dello sviluppo si sposta quindi dalla rete del veicolo con molte centraline individuali all'architettura hardware/software delle centraline centrali di dominio/zona. Oltre alla potenza di calcolo scalabile fino a 15 kDMIPS, queste richiedono la flessibilità di integrare funzioni di diverso livello ASIL (Automotive Safety Integrity Level) secondo la norma ISO26262.
La disponibilità del sistema diventa una vera e propria sfida tecnica. Gigabit Ethernet permetterà di scambiare grandi quantità di dati tra i computer di dominio. Per la comunicazione con sensori e attuatori, continueranno a essere utilizzate le classiche tecnologie di rete come CAN, Flexray e LIN. Anche la sicurezza crittografica avrà un ruolo centrale. Gli aggiornamenti sicuri del software nel successivo funzionamento del veicolo, il rilevamento delle manipolazioni della rete e la protezione dei dati privati richiedono potenti funzioni di sicurezza in tutte le classi di unità di controllo.
Dove Vengono Utilizzati i Microcontrollori nel Settore Automobilistico?
I microcontrollori sono diventati una parte indispensabile della nostra vita quotidiana, presenti in frigoriferi, aspirapolvere, televisori o qualsiasi oggetto che contenga elettronica. Sono altrettanto indispensabili nel settore automobilistico. Poiché i microcontrollori sono utilizzati principalmente per compiti di controllo e comunicazione, esistono moltissime applicazioni nelle automobili rese possibili da questi dispositivi, implementabili in modo semplice ed economico. Oggi, i piccoli microcontrollori (MCU) a 8 o 16 bit sono utilizzati in numerose applicazioni dei veicoli moderni, dai sensori di posizione al controllo dei tergicristalli. Poiché la gamma di applicazioni dei microcontrollori è molto ampia, vengono prodotte famiglie di microcontrollori specifiche per il settore automobilistico. Le configurazioni strutturali si sono evolute negli anni, toccando tutte le variabili possibili da controllare durante la guida. Oggi i microcontrollori presentano quasi tutti un core ARM e sono molto più complessi che in passato, soprattutto ricchi di sensori in tecnologia MEMS come accelerometri e sensori di temperatura, aumentando notevolmente di numero.
L'Era della Software Defined Car (SDC)
I microcontrollori (MCU) rappresentano il primo passo verso la fase che sta caratterizzando l'industria automobilistica, ovvero la Software Defined Car (SDC). Questa nuova tecnologia prevede che ogni funzione dell'automobile sia controllata e gestita da software. I microcontrollori svolgono questa funzione per il motore attraverso una serie di sensori che misurano in tempo reale il suo funzionamento e controllo. Tuttavia, in futuro, una SDC avrà tutta la funzionalità dell'automobile sotto controllo software: l'impianto frenante, i dispositivi di sicurezza, persino lo stato psicofisico del guidatore. Poiché i sensori sono numerosi, vengono implementate varie tecniche di sensor fusion che richiedono capacità di elaborazione in tempo reale, elaborazione che ogni microcontrollore affronta a modo proprio.
“Mentre alcune case automobilistiche hanno recentemente ridimensionato i loro piani di elettrificazione, immaginiamo un futuro in cui le auto ibride ed elettriche a prezzi accessibili saranno predominanti sul mercato. Questi veicoli saranno definiti dal software, utilizzando Ethernet come protocollo bus primario del veicolo. Gli aggiornamenti over-the-air (OTA) saranno il perno dell’esperienza dell’auto dell’utente finale, garantendo un miglioramento costante e un’integrazione perfetta di nuove funzionalità. Questo futuro è già una realtà in alcuni modelli di nuovi entranti nel mercato automobilistico. Nel frattempo, i produttori di automobili tradizionali stanno progressivamente adottando queste innovazioni, trasformando le loro architetture automobilistiche passo dopo passo attraverso un processo evolutivo."
Attori Chiave e Innovazioni nel Settore MCU Automotive
Il mercato dei microcontrollori per impiego automobilistico, pur mostrando segni di debolezza con un calo delle vendite nel settore industriale, continua a essere un campo di intensa innovazione e competizione tra i principali fornitori di semiconduttori.
Infineon Technologies: La Famiglia AURIX TC4Dx
Infineon Technologies ha lanciato il suo nuovo microcontrollore ad elevate prestazioni per impiego automobilistico, AURIX TC4Dx, l'ultimo membro della famiglia AURIX TC4x. Basato sulla tecnologia a 28 nm, AURIX TC4Dx offre prestazioni migliorate e connettività ad alta velocità. Combina miglioramenti di potenza e prestazioni con le ultime tendenze in termini di virtualizzazione, intelligenza artificiale, sicurezza funzionale, sicurezza informatica e funzioni di rete, aprendo la strada a nuove architetture elettriche/elettroniche (E/E) e alla prossima generazione di veicoli definiti dal software. "I microcontrollori come il nostro nuovo AURIX TC4Dx sono la spina dorsale dei veicoli software-defined. Sono essenziali per migliorare ulteriormente le prestazioni, la sicurezza e il comfort del veicolo", ha affermato Thomas Boehm, Senior Vice President per i microcontrollori presso Infineon.
L'MCU AURIX TC4Dx presenta un'architettura multi-core avanzata con il nuovo TriCore da 500 MHz con sei core, tutti con lock-step per le massime prestazioni di sicurezza funzionale. Con la sua Parallel Processing Unit (PPU), l'MCU fornisce una piattaforma innovativa per lo sviluppo di casi d'uso basati su AI embedded come controllo motore, sistemi di gestione della batteria o controllo del movimento del veicolo. Questa maggiore produttività e connettività di rete offre ai clienti le prestazioni e la flessibilità necessarie per implementare architetture E/E. Il suo approccio olistico alla sicurezza funzionale soddisfa i più elevati requisiti di sicurezza funzionale secondo ISO26262 ASIL-D.
Una delle famiglie di microcontrollori più utilizzate nel settore automobilistico è la famiglia di dispositivi TriCore. In media, c'è almeno un microcontrollore della famiglia TriCore in un veicolo su due. I microcontrollori TriCore lavorano nelle unità di controllo centrali dei motori a combustione e delle trasmissioni, dove controllano l'iniezione, l'accensione o il ricircolo dei gas di scarico. Sempre più spesso vengono utilizzati anche per le trasmissioni dei veicoli ibridi ed elettrici. Altre aree di applicazione sono lo sterzo elettrico, la frenata, i sistemi di assistenza alla guida e il controllo del telaio. Siemens affidò ad Infineon di fornire all'industria automobilistica i microcontrollori e si occupa soprattutto di automazione nella fase di produzione, avvalendosi delle tecnologie all'avanguardia come la comunicazione, l'intelligenza artificiale e gli smartphone. Siemens intende essere un fornitore globale per l'industria, mentre Infineon fornisce componentistica innovativa all'industria automobilistica, come il microcontrollore AURIX Tricore. Questo riunisce in un singolo chip paradigmi computazionali come il RISC e il CISC, il SIMD, il DSP, la WLIW, la computazione a 16-32 bit e un ampio spazio di indirizzamento (fino a 5 GB). Malgrado il core ARM-M4 sia ben performante, Infineon ha preferito realizzarne uno specifico per l'automotive, il Tricore, derivandolo da un suo DSP 16-32 bit.
Renesas Electronics: Serie RA8 e RH850/U2C
Renesas ha presentato la sua linea Entry level RA8. Il nuovo gruppo di microcontrollori RA8E1 e RA8E2 amplia la serie di MCU tra le più potenti del settore. Gli MCU RA8E1 e RA8E2 integrano la tecnologia Arm Helium, l'estensione vettoriale del profilo M di Arm, la quale consente di aumentare le prestazioni fino a 4 volte rispetto agli MCU basati sul core Arm Cortex-M7, specialmente nelle applicazioni con elaborazione digitale dei segnali (DSP) e nelle implementazioni Machine Learning (ML). I dispositivi della serie RA8 includono funzionalità e diverse modalità di basso consumo per migliorare l'efficienza energetica, pur offrendo prestazioni leader del settore. La combinazione di modalità a basso consumo, aree ad alimentazione indipendente, possibilità di alimentazione a bassa tensione, risveglio rapido e correnti tipiche ridotte sia in attivo, sia in standby consente un consumo complessivo inferiore e permette ai clienti di ridurre il consumo totale del sistema e soddisfare di conseguenza i requisiti delle normative.
Gli MCU della serie RA8 sono supportati dal pacchetto software Flexible Software Package (FSP) di Renesas. FSP consente uno sviluppo rapido delle applicazioni fornendo tutto il software strutturale necessario, inclusi molteplici RTOS, BSP, driver per le periferiche, middleware, driver di connettività, networking e supporto della TrustZone, nonché progetti software di riferimento per creare soluzioni complesse con AI, controllo motore o connessione cloud. Esso consente ai clienti di integrare il proprio codice da sviluppi precedenti e dà la possibilità di scelta del RTOS, offrendo così la massima flessibilità nello sviluppo delle applicazioni. "I nostri clienti amano le prestazioni superiori delle MCU della serie RA8 e ora sono alla ricerca di versioni con funzionalità ottimizzate, combinante con prestazioni elevate, per le loro applicazioni industriali sensibili ai costi, visione AI, grafica di fascia media", ha dichiarato Daryl Khoo, Vice Presidente di Embedded Processing 1st Business Division di Renesas.
Renesas Electronics Corporation ha annunciato l'RH850/U2C, un nuovo microcontrollore automobilistico (MCU) a 32 bit costruito su un processo a 28nm. Con un ricco supporto di interfacce di comunicazione e una sicurezza avanzata, l'MCU si rivolge a una vasta gamma di applicazioni automobilistiche, includendo chassis e sistemi di sicurezza per auto passeggeri e motociclette, sistemi di gestione della batteria (BMS) e funzioni di body control come illuminazione e motor control, oltre ad altre applicazioni ASIL D a uso generale. Il nuovo dispositivo estende la popolarità della famiglia Renesas RH850 lineup come opzione di prodotti di fascia bassa, che si integra con quella di fascia alta RH850/U2B e media RH850/U2A. L'RH850/U2C combina fino a quattro core CPU RH850 che operano fino a 320 MHz (due x due core lockstep), fino a 8 MB di memoria flash integrata. Gli sviluppatori che attualmente utilizzano dispositivi RH850/P1x o RH850/F1x possono passare senza problemi al nuovo MCU per soddisfare i requisiti delle più recenti architetture E/E.
L'RH850/U2C funziona con interfacce progettate per architetture E/E moderne, come Ethernet 10base-T1S, Ethernet TSN (1Gbps/100Mbps), CAN-XL e I3C. Mantiene inoltre piena compatibilità con interfacce comunemente utilizzate oggi, come CAN-FD, LIN, UART, CXPI, I²C, I²S e PSI5. Questo supporto completo consente un funzionamento misto con le ECU esistenti e facilita una migrazione fluida e graduale tra generazioni. Man mano che sempre più reti di veicoli passano ad architetture basate su domini e zone, l'RH850/U2C offre configurazione di sistema flessibile e scalabilità, riducendo la complessità della progettazione della rete.
L'MCU supporta la Functional Safety fino ad ASIL D, conforme alla norma ISO 26262. Per soddisfare i requisiti moderni di cybersecurity, il dispositivo è conforme all'ultimo standard ISO/SAE 21434 e supporta algoritmi crittografici che vanno dalla crittografia post‑quantum (PQC) a quelli richiesti dalle attuali regolative cinesi e di altri paesi internazionali. I suoi acceleratori hardware dedicati garantiscono un alto throughput scaricando l'elaborazione crittografica e riducendo il carico della CPU. Basata su un processo di produzione collaudato a 28 nm, la RH850/U2C consuma energia significativamente inferiore sia in modalità attiva che in standby. Una modalità di standby dedicata riduce ulteriormente il consumo di energia durante l'arresto profondo e il funzionamento intermittente. Queste modalità a bassa potenza aumentano i margini di progettazione energetica e riducono le richieste termiche, così che i sistemi rimangano conformi con l'inasprimento delle normative ambientali. "Con le moderne ECU in continua evoluzione attraverso aggiornamenti software e nuove funzionalità, è essenziale che robustezza del sistema ed efficienza operativa coesistano senza soluzione di continuità", ha dichiarato Satoshi Yoshida, Vicepresidente della Divisione MCU di High-Performance Computing presso Renesas. "RH850/U2C combina prestazioni, un ricco set di funzionalità e la conformità agli standard chiave del settore per soddisfare i requisiti delle ECU di nuova generazione. Questo è esattamente il tipo di piattaforma che i nostri clienti cercano per costruire sistemi automobilistici affidabili e scalabili."
Renesas si è resa conto che l'automotive è diventato molto complesso, tanto da formulare il neologismo "driving computer" per l'automobile. Per questo motivo, non ha progettato una nuova MCU per l'automotive, ma un SoC (System-on-Chip) che ospita anche la MCU. Renesas è consapevole del fatto che l'interesse primario dell'automotive è la sicurezza e il comfort di guida. Il riconoscimento degli oggetti è fondamentale per la sicurezza di guida, perché se il guidatore fa una manovra sbagliata che mette in pericolo la sua incolumità e quella degli altri, il sistema lo può rivelare ed eventualmente intervenire, e allo stesso modo proteggere l'autoveicolo dagli altri autoveicoli che minacciano la sicurezza dell'autoveicolo principale. Alla pari dei suoi diretti competitor NXP e Infineon, Renesas fa un'acquisizione che la rende competitiva nel settore automotive.
STMicroelectronics (STM): Famiglie Stellar e STM32A
Come parte fondamentale della strategia di STMicroelectronics per abilitare questa trasformazione, l'azienda sta evolvendo la roadmap per i microcontrollori automobilistici su due pilastri allineati al modello di produttore IDM.
La famiglia Stellar è un'architettura hardware scalabile basata su ARM che supporta la virtualizzazione in tempo reale di ECU multi-ASIL. Presenta un ricco set di IO e periferiche, e offre una proposta di valore OTA unica. Questa è la prima famiglia di tecnologie emergenti del settore dopo eFlash, e rappresenta la soluzione di grado automobilistico con celle di memoria più matura e più piccola sul mercato. STMicroelectronics ha introdotto con successo le innovative serie Stellar P e G che hanno già raggiunto la qualificazione e presto raggiungeranno un traguardo importante con l'inizio della produzione in serie. Questi prodotti stanno guadagnando slancio, in particolare tra i clienti in Asia ed Europa.
Stellar P3E è un nuovo microcontrollore di STMicroelectronics per il settore automotive. Stellar P3E integra, tra l'altro, un acceleratore ST Neural-ART per l'intelligenza artificiale in tempo reale e consente un'elaborazione inferenziale a velocità nell'ordine dei microsecondi. Queste caratteristiche permettono di disporre di un'intelligenza artificiale sempre attiva e a basso consumo in grado di supportare funzioni in tempo reale, tra cui manutenzione predittiva e rilevamento intelligente, offrendo vantaggi significativi in un'ampia gamma di applicazioni. Queste funzionalità, per esempio, possono migliorare la velocità e l'efficienza di ricarica nei veicoli elettrici. P3E è supportato dalla ST Edge AI Suite, un ecosistema completo che spazia dalla creazione di set di dati all'implementazione su dispositivo per data scientist e ingegneri embedded. Come parte di questa suite, lo strumento NanoEdge AI Studio è disponibile per l'intera famiglia di microcontrollori Stellar.
STM32A è una nuovissima serie nella famiglia STM32 che sarà costruita sulla base STM32 nella tecnologia eNVM di ST. L'offerta MCU basata su Arm di ST per l'automotive avrà tutte le capacità per soddisfare i requisiti di sistema nell'architettura elettrica/elettronica (E/E) delle auto di prossima generazione.
Andando avanti, ST ha in programma di creare una roadmap MCU unificata che converge su una piattaforma, che riduce la complessità semplificando la progettazione e la scalabilità, garantendo al contempo i massimi livelli di sicurezza e protezione. Fornirà prestazioni ed efficienza ottimali, contribuendo ad abbassare i costi di produzione complessivi. Ciò integrerà in ultima analisi il meglio delle piattaforme di microcontrollori hardware e software industriali e automobilistici di ST. "La tecnologia Edge AI è un esempio in cui vediamo ciò che viene adottato ora nelle applicazioni industriali a vantaggio dell'automotive in futuro. La tecnologia degli acceleratori neurali e gli strumenti associati che consentono agli sviluppatori di implementare facilmente l'AI nelle loro applicazioni, indipendentemente dal loro livello di competenza in scienza dei dati, miglioreranno i sistemi automobilistici in futuro." "In conclusione, STMicroelectronics si impegna ad aiutare l'industria automobilistica ad affrontare le sfide dell'elettrificazione e della digitalizzazione fornendo le soluzioni necessarie oggi e una roadmap di piattaforma MCU unificata più solida per il futuro."
STMicroelectronics (STM) ha da sempre sviluppato microcontrollori per vari settori applicativi e ultimamente si è focalizzata sull'automotive. Poiché ha valutato che circa l'80% della funzionalità di un'automobile viene controllata dall'elettronica, vista la sua lunga esperienza e conoscenza di certe tecnologie come i MEMS, ha sviluppato il suo microcontrollore per automotive STM32 ARM-Based, ricco di funzionalità come i sensori, i LED driver, l'elettronica per il controllo motore e un ricco ecosistema per lo sviluppo di applicazioni anche AI.
NXP: Guida Autonoma e NXP Cup
NXP, acronimo di NeXt eXPerience, è un altro attore chiave nel mercato automobilistico, in competizione diretta con Infineon. NXP discende da Philips tramite uno spinoff che trasferiva a questa tutta la divisione semiconduttori. NXP si occupa oggi ai sistemi di guida automatica per automotive. Attivata da Freescale prima della fusione con NXP, la Freescale Cup è una competizione mondiale tra università e centri di ricerca basata sulla famiglia di microcontrollori Freedom, che controlla il motore elettrico, il sistema di guida, la visione e il pacco batterie. Ora, dopo la fusione, si chiama NXP Cup.
Microchip Technology: Famiglia AVR®DA e Functional Safety Ready
Microchip Technology ha annunciato la famiglia di microcontroller AVR®DA di prossima generazione, la sua prima famiglia di MCU AVR Functional Safety Ready con Peripheral Touch Controller (PTC). "Con questa famiglia di microcontroller AVR DA, offriamo una nuova soluzione attingendo alla nostra storia ed esperienza nei dispositivi di elevate prestazioni ed alta efficienza del codice, soddisfacendo esigenze in più settori con analogiche avanzate e core independent peripherals, oltre a più canali di rilevamento tattile rispetto ai dispositivi precedenti", ha affermato Greg Robinson, associate vice president of marketing, 8-bit microcontroller business unit. "La tecnologia spazia dalle applicazioni di home security e building automation, ai sistemi di sensori automotive e automazione industriale, consentendo la progettazione di applicazioni maggiormente robuste, accurate e reattive."
La designazione Functional Safety Ready di Microchip è applicata ai dispositivi che incorporano le più recenti funzionalità di sicurezza e sono supportati da manuali sulla sicurezza, report Failure Modes, Effects, e Diagnostic Analysis (FMEDA) e, in alcuni casi, software diagnostico. La famiglia di MCU AVR DA include diverse funzioni di sicurezza integrate: power-on reset, brown-out detector e voltage-level monitor. Il CRC (cyclic redundancy check scan) garantisce che il codice dell'applicazione nella memoria flash sia valido. Assicurando l'integrità del codice, è quindi possibile evitare comportamenti non voluti e potenzialmente non sicuri dell'applicazione.
Le caratteristiche dei nuovi microcontrollori includono una velocità della CPU di 24 MHz su tutta la gamma di tensioni di alimentazione, densità di memoria fino a 128 KB flash, 16 KB SRAM e 512 byte di EEPROM, 12-bit differential ADC, 10-bit DAC, comparatori analogici e rilevatori zero crossing. Il PTC consente di progettare interfacce tattili capacitive in grado di supportare pulsanti, slider, wheels, touchpad, touchscreen più piccoli così come controlli gestuali utilizzati in un'ampia gamma di prodotti consumer, industriali ed automotive. Sono supportati fino a 46 canali self-capacitance e 529 canali mutual capacitive touch; il PTC è di ultima generazione con Driven Shield+ e tecnologie boost mode, che offrono migliori immunità ai disturbi, tolleranza all'acqua, sensibilità al tocco e tempi di risposta.
Inoltre, la famiglia di MCU AVR DA costituisce un valore aggiunto ai sistemi di controllo in tempo reale embedded. L'event system integrato consente la comunicazione tra periferiche senza coinvolgere la CPU. Gli eventi sono privi di latenza e non vengono mai persi, offrendo prestazioni e prevedibilità real-time migliorate per progetti affidabili e sicuri. Riducendo il tempo in cui la CPU deve essere attiva, si riduce il consumo energetico complessivo dell'applicazione. La periferica custom logic configurabile consente di configurare le funzioni logiche internamente, eliminando la necessità di componenti esterni, riducendo lo spazio sulla scheda e i costi della distinta materiali. Con le nuove funzionalità analogiche avanzate come l'ADC differenziale a 12 bit, la famiglia di MCU AVR DA può misurare segnali di piccola ampiezza anche in ambienti rumorosi, rendendoli adatti per applicazioni con nodi di sensori in ambienti difficili. L'elevata densità di memoria della famiglia di MCU AVR DA e il suo rapporto SRAM/flash la rende molto appetibile per i nodi di sensori sia wireless che cablati, nonché per altre applicazioni stack intensive.
Sviluppo e Debug dei Microcontrollori
L'implementazione in un sistema di sviluppo consiste nella stesura del programma in linguaggio Assembly o di alto livello (tipicamente il C), utilizzando un editor di testo generico o specifico per quel linguaggio. Una volta scritto, se in linguaggio Assembly, il programma deve essere assemblato, cioè tradotto nell'effettivo codice macchina numerico (generalmente esadecimale). La conversione viene fatta da un Assemblatore specifico per processore, o famiglia di processori. Se codificato in alto livello, il programma deve essere compilato, per mezzo di un compilatore che lo converte prima in linguaggio Assembly, e quindi nell'effettivo codice macchina, in due passaggi successivi. Nella maggior parte dei casi, la complessità delle funzioni di un programma per microprocessore, richiede la suddivisione in moduli funzionali (o sottoprogrammi). Ciascun modulo viene quindi assemblato in modalità rilocabile (ad indirizzi non determinati).
La fase di debug consiste nel far eseguire il software dal processore, in condizioni quanto più simili a quelle reali di funzionamento (emulazione), verificando (in tempo reale) che il suo comportamento ad ogni evento previsto, sia conforme alle specifiche di progetto. Nel caso di errori o anomalie, il software viene corretto, un nuovo codice eseguibile generato e trasferito in memoria, per essere nuovamente verificato. Questo processo continua fino a che il programma non sia stato completamente collaudato. Esistono due modalità di debug: tramite emulatore in-circuit (ICE) o tramite l'interfaccia di debug integrata nel microprocessore.
I programmatori flash CYCLONE di PEmicro sono strumenti potenti per la programmazione in-circuit, il debug e il test dei microcontrollori (MCU), sia in modalità standalone che controllati da un PC. I programmatori PE Micro sono affidabili, facili da configurare e da usare. Questo li rende la scelta preferita per molte applicazioni automobilistiche e industriali. I dispositivi TriCore si programmano tramite la porta A di un programmatore Cyclone LC Universal o Cyclone FX Universal. Il PEmicro Cyclone FX Universal è un programmatore indipendente per processori ARM e 8/16/32 bit.
Evoluzione Storica dei Microcontrollori
Il primo componente ad 8 bit fu l'8048 di Intel, uscito nel 1975. Nei primi anni di sviluppo del microcontrollore, la maggior parte dei modelli era commercializzata in due varianti: la più economica era dotata di memoria di programma già programmata in fabbrica (ROM) su specifiche del cliente oppure programmabile dall'utente una sola volta (OTP, One Time Programming); la seconda, più costosa, aveva la memoria di programma cancellabile EPROM mediante esposizione a luce ultravioletta del chip tramite la finestrella trasparente che lo sovrastava.
Per molti anni Motorola è stata leader mondiale per i microcontrollori: il suo 68HC11 si rivelò essere una pietra miliare, allorché fu presentato sul mercato nel 1985; oltre alla RAM ed alla ROM integrava convertitori A/D, porte di I/O, SPI (Serial Peripheral Interface), SCI (Serial Communication Interface), timer multifunzione, EEPROM, interrupt ed altro ancora, comprendendo persino il firmware di un monitor (Buffalo) che permetteva di effettuare il caricamento di programmi in RAM e il debug on-chip, tramite interfaccia seriale.
Nel 1993 Microchip ha introdotto il modello di MCU PIC16C84, caratterizzato da memoria programma in EEPROM, ovvero cancellabile elettricamente, che permetteva sia lo sviluppo veloce del prototipo del prodotto finito, sia la modifica del Firmware a circuito montato (In-System Programming). Di pari passo venivano sviluppate interfacce, quali JTAG e On Chip Emulator (ONCE) della famiglia Coldfire di Freescale, che consentivano di effettuare sia il debugging on-chip, che il caricamento e la programmazione della flash interna.
Parallelamente al microcontrollore, e in continua evoluzione di potenza e di mercato, esistono i DSP (Digital Signal Processor) che incorporano moduli specializzati nel trattamento digitale di segnali analogici. Il microcontrollore occupa una posizione rilevante nel mercato complessivo dei semiconduttori, con una stima di introiti per circa 14 miliardi di dollari statunitensi e 10,8 miliardi di pezzi venduti nel 2008. È comunque un mercato molto frammentato, con più di 40 produttori e più di 50 architetture, nessuna delle quali detiene più del 5% del mercato.
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