Geehy G32R430 : ไมโครคอนโทรลเลอร์ Encoder ที่ใช้ซีพียู Arm Cortex-M52 พร้อม Arctangent accelerator สำหรับงาน Motion Control

เมื่อปีที่แล้ว Geehy ได้เปิดตัวไมโครคอนโทรลเลอร์แบบเรียลไทม์ Cortex-M52 แบบ dual-core ตัวแรกของอุตสาหกรรม และล่าสุดได้ต่อยอดด้วย G32R430 ซึ่งเป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ Encoder ที่ใช้ซีพียู Arm Cortex-M52 ที่มาพร้อม ADC ความละเอียด 16-บิตจำนวน 2 ตัว และ hardware ATAN (arctangent) accelerator สำหรับการคำนวณมุมไฟฟ้าได้เร็วกว่า 1 ไมโครวินาที เหมาะสำหรับระบบเอ็นโค้ดเดอร์ความแม่นยำสูงและระบบควบคุมการเคลื่อนที่

MCU รุ่นนี้ทำงานที่ความถี่ 128 MHz และใช้หน่วยความจำ ITCM/DTCM แบบ tightly coupled เพื่อการประมวลผลที่มีความแน่นอน (deterministic) และไม่มี wait-state พร้อมด้วยแคชขนาด 4KB สำหรับลูปควบคุมที่ต้องการ latency ต่ำ, ภายในรวม ADC ความละเอียด 16-บิตจำนวน 2 ตัว รองรับการสุ่มสัญญาณพร้อมกัน (synchronous sampling) เสริมด้วย ADC 12-บิตอีก 1 ตัว, คอมพาเรเตอร์อนาล็อกหลายตัว, DAC และเซนเซอร์อุณหภูมิบนชิป ทำให้สามารถออกแบบเอ็นโค้ดเดอร์โดยใช้อุปกรณ์อนาล็อกภายนอกน้อยมาก, MCU ยังรองรับโปรโตคอลเอ็นโค้ดเดอร์หลายรูปแบบ เช่น BiSS-C, SSI, Tamagawa และ SPI รวมถึงอินเทอร์เฟซทั่วไปอย่าง USART, SPI และ I²C ด้วยช่วงอุณหภูมิการทำงานระดับอุตสาหกรรม –40°C ถึง +105°C จึงเหมาะสำหรับงาน เซอร์โวมอเตอร์, หุ่นยนต์อุตสาหกรรม, เอ็นโค้ดเดอร์แบบ Absolute/Incremental, เครื่อง CNC และระบบอัตโนมัติอัจฉริยะ

สเปคของ Geehy G32R430 :

CPU – Arm Cortex M52 แบบ Single-core@ 128 MHz, พร้อมแคช 4KB
Accelerator – Built-in Hardware Trigonometric Math Unit (TMU) รองรับคำสั่ง ATAN (arctangent) สำหรับงาน Encoder
หน่วยความจำ
- SRAM (TCM) รวม 48 KB งประกอบด้วย DTCM 16 KB และ ITCM 32 KB
- หน่วยความจำระบบ 8 KB สำหรับ bootloader
- การเข้าถึง DMA ถูกจำกัดเฉพาะ DTCM RAM
สตอเรจ – Flash สูงสุด 128 KB
อุปกรณ์ต่อพ่วง (Peripherals)
- สูงสุด 48x GPIOs, สามารถแมปเป็น external interrupt ได้
- 2x 16-บิต ADC ((รวมสูงสุด 12 ช่อง)
- 1x 12-บิต ADC (สูงสุด 16 ช่อง)
- 2x 10-บิต DACs
- 4x Programmable Analog Comparators (COMP)
- 2x USART (สูงสุด 16 Msps) พร้อมการควบคุมโหมดส่งสัญญาณ RS-485
- 1x I2C (สูงสุด 400 kHz)
- 1x SPI (สูงสุด 50 Mbit/s)
- 1x เซนเซอร์อุณหภูมิภายใน
- 1x DMA controller พร้อม 8 ช่อง
ตัวจับเวลา (Timers)
- 1x 16-bit Advanced Timer (4 complementary channels, PWM, dead zone, braking)
- 3x 16-bit General-purpose Timers
- 1x 16-bit Low-power Timer
- 2x Watchdogs (Independent IWDT + Window WWDT)
- 1x SysTick Timer (24-bit)
- Real-Time Clock (RTC) พร้อมฟังก์ชันปฏิทินและสัญญาณเตือน
ระบบนาฬิกา (Clock)
- HSE – 8~26 MHz external crystal
- LSE – 32.768 kHz external crystal
- HSI – 8 MHz internal RC oscillator (ปรับเทียบจากโรงงาน)
- LSI – 32 kHz internal RC oscillator
- PLL – Phase Locked Loop, max output 128 MHz
การดีบัก – อินเทอร์เฟซ Serial wire debug (SWD)
ความปลอดภัย
- Power-on/Power-down reset (POR/PDR)
- Programmable Voltage Detector (PVD)
- Main Power Detection (EVS)
พลังงาน
- แรงดันไฟเลี้ยง – 1.7V ~ 3.6V
- โหมดประหยัดพลังงาน – Stop(<15 µA) และ Standby(<2 µA)
แพ็กเกจ
- UFBGA64 (5×5 มม.)
- QFN60 (6×6 มม.)
- QFN48 (7×7 มม.)
- QFN32 (5×5 มม.)
ช่วงอุณหภูมิการทำงาน – -40°C ถึว 105°C / 125°C (Ambient/Junction)
การป้องกันไฟฟ้าสถิต – HBM 4kV ถึง CDM 1kV

ข้อได้เปรียบหลักของ G32R430 คือการผสานความสามารถของ Cortex-M52 ที่รองรับ Arm Helium (MVE) เข้ากับ TMU ที่ออกแบบมาเฉพาะ ซึ่งช่วยถ่ายโอนภาระการคำนวณมุมออกจากซอฟต์แวร์, Geehy ระบุว่าวิธีการนี้ช่วยเพิ่มความเร็วในการตอบสนองของข้อมูลตำแหน่งได้ประมาณ 40% เมื่อเทียบกับวิธีการแบบ ซอฟต์แวร์ล้วน (software-based) แบบดั้งเดิม ด้วยการจับคู่คอร์ Cortex-M52 ซึ่งมี Arm Helium vector extensions เข้ากับ ตัวเร่งฮาร์ดแวร์ ATAN (arctangent) ที่พัฒนาขึ้นเอง MCU รุ่นนี้สามารถให้ค่า latency ของเอาต์พุตมุมไฟฟ้าต่ำกว่า 1 ไมโครวินาที พร้อมความแม่นยำดีกว่า 0.0001° และยังรองรับ Magnetic encoder ที่มีความละเอียด 17-บิตขึ้นไป และ Optical encoder ที่มีความละเอียดมากกว่า 23-บิต

ในส่วนของซอฟต์แวร์ Geehy ได้จัดเตรียม SDK ที่ประกอบด้วย ไดรเวอร์อุปกรณ์ต่อพ่วงระดับล่าง (low-level peripheral drivers), มิดเดิลแวร์ (middleware) และแพ็กเกจสนับสนุนบอร์ด (Board Support Package: BSP) ที่ออกแบบมาเฉพาะสำหรับ MCU G32R430 และแพลตฟอร์มประเมินผล G32R430 TinyBoard เพื่อให้สามารถใช้งาน TMU ได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ SDK ยังรวมไลบรารี ATAN2 ที่คอมไพล์มาแล้วล่วงหน้า และปรับแต่งให้เหมาะสมกับทั้งคอมไพเลอร์ AC6 และ ICC ช่วยให้นักพัฒนาสามารถนำไปใช้คำนวณมุมที่มีความแม่นยำสูงได้โดยมี latency ต่ำมาก, การดีบักสามารถทำได้ผ่าน CMSIS-DAP probe มาตรฐาน หรือผ่าน Geehy-Link emulator บนบอร์ด ซึ่งติดตั้งอยู่บน Evaluation kit

จาก เอกสาร Application Note ของ G32R430 TinyBoard (ซึ่งปัจจุบันมีเฉพาะภาษาจีนเท่านั้น) สามารถเห็นได้ว่าบอร์ดดังกล่าวประกอบด้วย GPIO ที่ใช้งานได้สูงสุด 34 ขา, LED จำนวน 2 ดวง, ปุ่มผู้ใช้ (User Key) และปุ่มรีเซ็ต, อินเทอร์เฟซการสื่อสาร เช่น USART, EEPROM ผ่าน I²C, RS-485 และ RS-422 รวมถึง ดีบักเกอร์ GEEHY-LINK บนบอร์ด ซึ่งรองรับทั้งการดาวน์โหลดเฟิร์มแวร์และการดีบักระบบ

ก่อนหน้านี้เราเคยนำเสนอไมโครคอนโทรลเลอร์สำหรับงานควบคุมมอเตอร์หลากหลายรุ่น ตั้งแต่ชิประดับเริ่มต้นอย่าง Renesas RA2T1 (Cortex-M23) และ Texas Instruments F28E12x C2000 series ไปจนถึงไมโครคอนโทรลเลอร์สมรรถนะสูง เช่นRenesas RA8T2 (Cortex-M85) และ Infineon PSoC Control C3, แต่ Geehy G32R430 มีความแตกต่างออกไป เนื่องจากไมโครคอนโทรลเลอร์ที่กล่าวมาข้างต้นถูกออกแบบมาเพื่อ ขับมอเตอร์โดยตรง ในขณะที่ G32R430 ถูกออกแบบมาให้ทำงานอยู่ภายในตัวเอ็นโค้ดเดอร์

ขณะเขียนบทความนี้มี G32R430 ให้เลือกทั้งหมด 4 รุ่นย่อย (SKU) ซึ่งแตกต่างกันตามชนิดแพ็กเกจ จำนวนขา I/O และจำนวนช่อง ADC โดยในข่าวประชาสัมพันธ์ของบริษัท ไม่ได้ระบุข้อมูลด้านราคาและกำหนดวางจำหน่าย แต่ทางเราได้รับข้อมูลทางอีเมลว่าผลิตภัณฑ์ตระกูล G32R430 ยังไม่ได้เปิดตัวในตลาดต่างประเทศ นอกจากนี้บอร์ด G32R430 TinyBoard ยังไม่เข้าสู่การผลิตในระดับอุตสาหกรรม (mass production) แม้ว่าจะมีการจัดสรรตัวอย่างจำนวนจำกัดสำหรับการทดสอบและประเมินผลโดยลูกค้าที่กำลังดำเนินการอยู่ในขณะนี้ก็ตาม โดยสามารถดูข้อมูลเพิ่มเติมได้จากหน้าเว็บผลิตภัณฑ์ของ Geehy