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Renesas Electronics ha annunciato lo sviluppo di una nuova CPU a 32 bit ad alte prestazioni per la già nota famiglia di microcontrollori RX attualmente allo stato dell’ arte nei sistemi embedded che trova ampio consenso nel campo Consumer, nel campo industriale così come nella gestione degli inverter, della gestione delle energie alternative e in quello delle comunicazioni, si tratta della nuova CPU Core denominata RXv2 .
La nuova CPU RXv2 è stata progettata per aumentare le già elevate prestazioni della serie precedente da 3.2 Coremark® per MHz ad un incredibile 4.0 Coremark® per MHz oppure, per quanto riguarda il benchmark Dhrystone MIPS 2.0, da un valore attualmente irrangiungibile per sistemi di questa fascia pari a 1.65 DMIPS per MHz ad un valore superiore a 2 DMIPS per MHz, il tutto in combinazione con una frequenza massima di ben 300MHz in tecnologia 40nm.
La nuova CPU RXv2 fornisce significativi miglioramenti anche per quanto riguarda le funzionalità DSP così come per le funzionalità della Floating Point Unit (FPU) integrata.
Le applicazioni che richiedono la combinazione di alte prestazioni, funzionalità DSP e l’utilizzo della Floating Point Unit, il tutto racchiuso in un singolo dispositivo, trarranno un enorme vantaggio nell’ utilizzo di questa nuova architettura, tipici esempi sono: automazione industriale, controllo motore, analisi di segnale, filtraggio audio, elaborazione delle immagini e connettività.
La CPU RXv2 è compatibile con l’ attuale famiglia di microcontrollori RX che adotta la CPU RXv1, la nuova CPU RXv2 gestisce tutte le istruzioni presenti nella precedente CPU RXv1 di conseguenza tutto il codice sviluppato per la CPU precedente può essere riutilizzato senza alcuna modifica, la completa compatibilità a livello di codice oggetto consente di utilizzare librerie sviluppate o acquistate precedentemente senza alcun aggravio di costi e tempi.
La CPU dell’architettura RX riesce a combinare gli elevati livelli di ottimizzazione di una CPU CISC (Complex Instruction Set Computer) di ultima generazione con le elevate prestazioni della CPU RISC (Reduced Instriction Set Computer) capace di fornire le prestazioni più elevate attualmente disponibili.
In particolare le istruzioni tipiche della CPU CISC RXv1 a 32 bit, come ad esempio le istruzioni a lunghezza variabile e la coda di pre-fetch ad otto locazioni, vengono combinate con le caratteristiche delle CPU RISC come ad esempio l’ architettura a registri di uso generale, l’ architettura Harward e la pipeline a 5 stadi.
La nuova CPU RXv2 migliora notevolmente i risultati già raggiunti dalla CPU precedente aumentando le prestazioni, incrementando l’efficienza in termini di consumi e migliorando l’ efficienza del codice il tutto utilizzando una nuova struttura di pipeline a doppio accesso e una esclusiva struttura di accesso al codice denominata Advanced Fetch Unit (AFU).
Attualmente è evidente la richiesta di un aumento delle prestazioni delle CPU, specialmente dei dispositivi single chip utilizzati nei sistemi embedded, allo scopo di supportare la notevole complessità delle nuove soluzioni. In particolare le soluzioni dedicate al controllo dei motori e degli inverter per energie alternative così come le soluzioni dedicate al campo dell’ automazione industriale e della connettività mostrano la richiesta di un incremento delle prestazioni e dell’ integrazione per supportare i nuovi standard di elaborazione in tempo reale ed un miglioramento delle caratteristiche di sicurezza e di stabilità.
Allo stesso tempo la riduzione dei consumi rimane una richiesta primaria, il metodo più semplice per aumentare le prestazioni è quello di aumentare la frequenza operativa, purtroppo questo non è il metodo migliore perché costringe i progettisti a gestire, a causa dell’ incremento dei consumi, sistemi di alimentazione più complessi e più costosi così come complesse e costose tecniche di progettazione per ridurre l’ influenza del rumore ad alta frequenza. Tutto ciò richiede sia un incremento dei costi di sistema sia dei tempi di progettazione e di qualifica. Renesas ha sviluppato la nuova CPU RXv2 con l’ intento di ridurre tale aggravio di costi e di tempi sia grazie alla completa compatibilità con i dispositivi precedenti sia grazie ad un incremento delle prestazioni caratterizzato però da una riduzione dei consumi e delle emissioni .
Le principali caratteristiche della nuova CPU RXv2:
1) Prestazioni di livello superiore.
Una delle caratteristiche comuni a tutte le CPU della famiglia RX è la presenza della Floating Point Unit (FPU), questa è essenziale per eseguire i nuovi algoritmi in tempo reale quali l’ elaborazione del segnale e il controllo motore. Mentre la maggior parte delle CPU integra un modulo FPU di tipo co-processore la famiglia RX utilizza un set di istruzioni che utilizza i registri di uso generale per le operazioni Floating Point. La Floating Point Unit, inoltre, utilizza una pipeline migliorata ed è in grado di eseguire le istruzioni in un numero di cicli macchina più ridotto. Il numero di cicli macchina per le istruzioni in floating point presenti nella CPU RXv1 è stato ulteriormente ridotto nella CPU RXv2, questo porta ad un significativo incremento delle prestazioni anche a parità di frequenza di clock di sitema. La CPU RXv2 contiene due accumulatori dedicati a 72 bit (la CPU RXv1 possiede un solo accumulatore a 64 bit) è in grado di eseguire istruzioni MAC (Multiply ACcumulate) in un solo ciclo macchina, questo consente di incrementare le prestazioni degli algoritmi DSP (Digital Signal Processing) e consentendo anche l’ utilizzo di istruzioni MAC a 32 bit di tipo Fixed Point in modo più flessibile. Come ulteriore miglioramento la CPU RXv2 consente sia l’ esecuzione simultanea di istruzioni sia l’ accesso simultaneo alla memoria da parte del DSP integrato e da parte della FPU integrata incrementando in modo considerevole le prestazioni.
2) Miglioramento dell’ efficienza energetica.
La maggior parte del consumo di un microcontrollore deriva dalla connessione tra la CPU e la sua memoria. Per questa ragione, quando si cerca di incrementare le prestazioni è estremamente importante, analizzare e ottimizzare l’interfaccia verso la memoria. Inoltre, quando si incrementa le frequenza operativa, diventa estremamente difficile raggiungere buoni risultati a causa della necessità di inserire cicli di ritardo. L’ architettura della CPU RXv2 consente una frequenza operativa massima di 300 MHz ed include una nuova Advanced Fetch Unit (AFU) che consente una ulteriore ottimizzazione dei tempi di ritardo per l’ accesso alla memoria FLASH a bordo e che consente operazioni di salto veloci. I dispositivi meno recenti utilizzano una memoria cache per migliorare l’ accesso alla memoria FLASH in caso di salti all’ interno del flusso del codice, la nuova CPU RXv2, ottimizzando il modulo AFU per l’ accesso alla FLASH, è in grado di ridurre il numero di accessi alla memoria che normalmente sono richiesti per le operazioni di cache, questo approccio assolutamente innovativo da un lato riduce il consumo in modo considerevole e dall’ altro aumenta notevolmente le prestazioni.
La nuova CU RXv2 è basata sull’ innovativo processo produttivo a 40 nanometri, unico in questa fascia di prodotti, questa nuova tecnologia consente di ridurre i consumi del 40 % rispetto a simili dispositivi che adottano la CPU RXv1 basata su processo produttivo a 90 nm.
3) Codice istruzioni ad alta efficienza.
Nel campo dei dispositive embedded è molto importante ridurre l’ occupazione della memoria allo scopo di ridurre i costi, di conseguenza la CPU a 32 bit RX di Renesas utilizza una architettura CISC che riduce notevolmente la dimensione del codice prodotto mantenendo, nello stesso tempo, prestazioni superiori a quelle delle CPU RISC più diffuse. Per raggiungere tali risultati con la nuova CPU RXv2 Renesas ha analizzato quali istruzioni e quali modi di indirizzamento sono più diffusi nelle applicazioni reali e ha deciso di associare loro i codici operativi di dimensioni più ridotte, per incrementare ulteriormente i risultati Renesas ha inoltre adottato un nuovo formato di istruzioni a tre operandi che si è dimostrato avere notevole efficacia per la riduzione della dimensione del codice oggetto. Come risultato finale Renesas è riuscita ad ottenere, grazie alla nuova CPU RXv2, un miglioramento del codice nell’ ordine del 30% rispetto alle più diffuse architetture RISC.
I data sheet complòeto è disponibile al seguente link.
Disponibilità.
Renesas ha in piano di fornire i primi campioni dei dispositive RX basati sulla nuova CPU RXv2 , contemporaneamente al support hardware e software completo, a partire dal primo quadrimestre del 2014.
