Freescale Kinetis M

De olho no grande mercado de medidores inteligentes em todo o mundo, a Freescale lançou mais uma série de microcontroladores, entitulada Kinetis M. Ela conta com o núcleo ARM Cortex M0+ de 32 bits. A Freescale está especialmente interessada em embarcar esses microcontroladores em medidores de energia de 1 fase (como caso de Índia e China) e 2 fases (Estados Unidos, Japão e Europa), classe de medidores EN 50470-1, EN 50470-3, IEC 62053-21, IEC62053-22 e IEC 62053-23.

Essa família combina diversas características interessantes para quem procura desenvolver um medidor inteligente, seja ele embarcados em um equipamento já existente ou apenas com objetivo de medição de energia residencial. Em um mesmo microcontrolador há conversores analógicos poderosos, circuito de detecção de tamper já no hardware do microcontrolador, modos de baixíssimo consumo bem eficientes e, em uma de suas sub-famílias, dispõe também de circuito próprio para conexão direta de LCD (4×24, 4×40 ou 8×36). Seus ADCs permitem que sejam criadas soluções de medidores elétricos inteligentes de alta precisão para uma, duas ou três fases.

Ele conta também com MPU (memory protection unit), sendo o primeiro processador ARM Cortex M0+ a estrear no mercado com essas características. As tarefas de gerenciamento do medidor e de medição propriamente dita podem, então, rodar de forma mais segura e confiável.

Para que seja possível a implementação mais fácil, rápida e confiável de algoritimos de criptografia, é disponibilizado um gerador randômico de números em hardware.

Esse dispositivo também possui circuito específico para garantir a integridade do equipamento: um circuito de tamper ativo ou passivo, com time stamping throughput automático e RTC independente.

Abaixo está apresentado um diagrama de blocos que mostra os recursos disponíveis de um microcontrolador da série Kinetis M. Existem duas sub-séries, a KM1x e KM3x e na figura abaixo é destacada as diferenças entre as duas famílias, quando existem.

Alguns Detalhes a mais 

Este é o primeiro microcontrolador com núcleo ARM Cortex M0+ com capacidade de funcionar a 50MHz com cristal externo e com performance de 0.95 DMIPS/MHz. Para funcionar em modo de operação de baixo consumo, é disponibilizado um cristal de 1kHz. Possui 64 ou 128 KB de Flash e 16 KB de SRAM. A Flash pode operar até a 25 MHz, mesma frequência máxima de operação do barramento – ou seja, dependendo da frequência e operações realizadas pelo processador, podem haver wait states. Em modo de baixissimo consumo, o microcontrolador pode gastar 670 nA (condições: 3,3V, stop mode 0 e 25 °C) .

 Como canais de comunicação serial, possui 2 SPIs, capazes de operar a atá 12,5 MHz em 3,3V ou 9 MHz em 1,8 V., até duas  I2C (no KM3x), duas UARTs compatíveis com o padrão de smart cards ISO7816 e, no KM3x, mais duas UARTs, uma dela preparada para Infra Vermelho, IrDA. 

O Kinetis M possui também um iRTC. O microcontrolador possui um oscilador de 32kHz interno que pode ser utilizado para o RTC. Ele apresenta erro de até 5ppm.  Integrado ao RTC, existe o circuito de detecção de tamper, com 4 IOS.

Algumas formas de tamper são disponibilizadas no microcontrolador da série Kinetis M. Todas as detecções de tamper preveêm a gravação do timestamp, para que se possa detectar o momento exato da tentativa de intrusão. Entre as formas previstas estão:

 1. A detecção de bateria removida quando o microcontrolador é desligado;

2. A detecção de bateria removida quando o microcontrolador é ligado;

3. Detecção de evento de tamper através de um sinal que pode ser um ou zero, com duração variável e programável de 64µs a 125ms. Este sinal, gerado fora do microcontrolador indica que houve o evento de tamper e um filtro de ruídos está presente na entrada dedicada ao tamper externo;

 

4. Detecção ativa de tamper. Nela, o microcontrolador transmite por um pino de saída Tamper OUT uma sequência conhecida de uns e zeros, sequência fixa ou gerada por um Linear Feedback Shift Register e monitora se o pino de entrada recebe exatamente a mesma sequência.


Possui duas opções de ADCs: 24 bit Sigma Delta ADC e 16-bit SAR, que é o ADC mais poderoso da linha de microcontroladores de baixo consumo, em especial com núcleo M0+. Apesar de ter toda essa resolução, o AD 16-bit SAR se comporta conforme a frequência de amostragem. Abaixo destaco um gráfico do datasheet que mostra que, mais lenta a conversão e com mais amostra, mais bits são aproveitados na conversão. Também conta com Amplificador de Ganho Programável (PGA) com ganhos de até 32 vezes. 

À venda

Já estão disponíveis 7 part numbers diferentes dessa família de microcontroladores nos encapsulamento 44-pin LGA, 64-pin LQFP ou 100-pin LQFP. Eles já estavam disponíveis há alguns meses, mas os reference manuals e datasheets só ficaram disponíveis no site no final da semana passada.

Um exemplo de projeto está a disposição para ajudarem os projetistas no design de um novo projeto (Kinetis M power meter reference design), além de um algoritmo sugerido para medições de energia. O kit do reference guide já pode ser comprado e, com certeza, é a forma mais simples de aprender a trabalhar com esse micro, uma vez que toda documentação de hardware e software acompanham o kit.

 

Referências:

Kinetis M Fact Sheet

KM1x HomePage

KM3x HomePage

Kinetis M power meter reference design

Algoritmo sugerido para medições de energia

New Electronics

@ARMCommunity18 Oct          @Freescale addresses smart meter applications with new #Kinetis M series of 32bit, ARM Cortex-M0+ based mcus. http://bit.ly/19QV8yl 
 

Todas as imagens foram retiradas dos datasheets e User Manuals da Freescale. A Edição não prejudicou nenhuma informação crucial.

Sou formado em Engenharia Elétrica na USP Sao Carlos, com mestrado em Engenharia Elétrica no Rochester Institute of Technology pelo CsF. Tenho 17 anos de experiência em projetos de circuitos eletrônicos. Escrevo regularmente para o Embarcados, adoro eventos sobre tecnologia, onde posso rever amigos e conhecer pessoas do ramo.

Licença Creative Commons Esta obra está licenciada com uma Licença Creative Commons Atribuição-CompartilhaIgual 4.0 Internacional.

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Rodrigo Alves
Rodrigo Alves
22/04/2014 15:56

Estou com um trabalho na faculdade sore sistemas embarcados com um tópico que não consigo encontrar em lugar algum. Por que nos sistemas embarcados encontra-se barramento de energia CA de 400Hz?

André Castelan
22/10/2013 09:50

Muito interessante Thiago! Não achei foi o link para o kit de desenvolvimento, o chip custa só 2 doletas, é isto mesmo?

abs

Thiago Lima
Reply to  André Castelan
22/10/2013 18:22

Dê uma olhada no fim desse documento, quantos smart meters pode comprar como reference designs da freescale 🙂 http://cache.freescale.com/files/industrial/doc/brochure/BRSMRTENERGY.pdf?fr=gdc

Tem várias idéias legais também!

Matheus Quick
Matheus Quick
13/03/2017 00:56

Muito legal esses microcontroladores

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