Longan Nano ADC & DAC

Der Longan Nano von Sipeed baut auf dem 32-Bit-RISC-V-Mikrocontroller GD32VF103CBT6 von GigaDevice auf und weist dadurch ein 12-Bit-ADC & DAC-Subsystem auf (2 x ADC, 2 x DAC).

Die Angaben im Datenblatt des GD32VF103CBT6 beschränken sich auf Kennwerte der DACs, die als „(1) Based on characterization, not tested in production“ gekennzeichnet sind. Für den ADC fehlen diese Daten ganz.

SymbolParameterConditionsValue (max.)
DNL(1)Differential non-linearity errorDAC in 12-bit mode±3 LSB
INL(1)Integral non-linearityDAC in 12-bit mode±4 LSB
Offset(1)Offset errorDAC in 12-bit mode±12 LSB
GE(1)Gain errorDAC in 12-bit mode±0.5 %
DAC Charakteristik – Auszug GD32VF103 Datasheet

Grund genug die Charakterestik des ADC & DAC-Subsystem etwas genauer zu betrachten. Die Vorgehensweise ist vergleichbar zum Test beim ESP32 (https://ckblog2016.net/2018/03/03/esp32-adc-dac/).

Vom DAC0 (PA4) wird eine analoge Ausgangsspannung bereitgestellt, die dann vom ADC0 (PA3) gemessen und zur Anzeige gebracht wird. Es genügt also eine Verbindung der beiden Anschlüsse PA3 und PA4 am Longan Nano.

Longan Nano

Mit einfachen Messmittel gestaltet sich eine Aussage über die Genauigkeit des DAC nicht ganz einfach, wie das folgende Bild zeigt.

Longan Nano DAC-Charakteristik

Aufgetragen ist die Abweichung der gemessenen Ausgangsspannung von der Idealkennlinie. Bei einem Spannungswert von 0.8 mV für das LSB ist ein hochauflösendes Digitalvoltmeter erforderlich. Mit einem üblichen Multimeter sind alle Messwerte über 2.2 V wegen zu geringer Auflösung unbrauchbar. Im Bereich unterhalb diese Wertes zeigt die DAC-Charakteristik aber Werte der Ausgangsspannung die allesamt im Bereich von +/- 2 LSB liegen. Die Angaben im Datenblatt können damit (zumindest in diesem Bereich) als messtechnisch bestätigt betrachtet werden.

Durch die Verbindung der beiden Anschlüsse PA3 und PA4 am Longan Nano kann nun der ADC0 die Spannungen des DAC0 erfassen. Das Programm LonganNano_ADC_DAC dient dem Erzeugen der Daten, die die DAC-ADC-Charakterstik beschreiben.

Ausgabe des Programms LonganNano_ADC_DAC

Die Abweichungen vom erwarteten Idealverhalten liegen bei maximal 10 mV.

Das DAC-ADC-Subsystem des Longan Nano (GD32VF103) zeigt damit wesentlich bessere Eigenschaften, als das des ESP32, wodurch bei weniger kritischen Anwendungen auf den Einsatz eines externen ADCs verzichtet werden kann.

Sipeed Longan Nano

Longan Nano von Sipeed ist ein kleines Evaluationboard auf Basis eines 32-Bit-RISC-V-Mikrocontrollers GD32VF103CBT6 von GigaDevice. Für Studenten, Ingenieure, Geeks und Enthusiasten ist das eine Möglichkeit, um auf die neueste Generation von RISC-V-Prozessoren zuzugreifen.

Sipeed Longan Nano wird aktuell nicht durch die Arduino IDE, wohl aber durch PlatformIO unterstützt.

Auf die Installation selbst gehe ich an dieser Stelle nicht ein. Hierzu gibt es einen sehr guten Beitrag von Michel Deslierres.

Der Sipeed Longan Nano bietet zwei Möglichkeiten für den Programm-Upload. Auf der rechten Seite befindet sich ein USB-C-Anschluss über den kann mit dem Tool DFU-Util das compilierte Programm zum Controller geladen werden. Die andere Möglichkeit ist die an der linken Seite herausgeführte serielle Schnittstelle (UART0).

Ich habe diese Möglichkeit verwendet, da ich die seriellen Ausgaben über dieses Port vorgenommen habe. Wie im Bild unten gezeigt bedarf es eines USB-TTL-Konverters, der Tx und Rx sowie 3.3 V und GND zur Verfügung stellt.

Ich habe drei Programme ausprobiert, die unter https://github.com/ckuehnel/GD32 zum Download zur Verfügung stehen.

Das Programm LonganNano_HelloWorld dient dem Test der Inbetriebnahme von PlatformIO IDE und erstem Programm. LonganNano_LCD zeigt die Ausgaben auf dem Onboard-LCD und LonganNano_Dhrystone liefert die Ergebnisse des Dgrystone-Benchmarks.

Serielle Kommunikation & Programm-Upload
Anzeige des Sipeed-Logos
Serielle Ausgabe Programm LonganNano_HelloWorld

Serielle Ausgaben des Dhrystone Benchmarks

Mit einem VAX MIPS Rating von 91 liegt der hier eingesetzte RISC-V Controller deutlich oberhalb der Cortex-M3 von ARM. Vergleichen Sie die Benchmark-Resultate für verschiedene Mikrocontroller von 8-Bit bis 64-Bit unter https://ckarduino.wordpress.com/benchmarks/.

Seeeduino XIAO

Seeeduino XIAO ist das kleinste Arduino-kompatible Board in der Seeeduino-Familie. Basis des XIAO ist ein Microchip-SAMD21 (ARM Cortex-M0+ CPU (SAMD21G18)). Der Controller weist 256 KB Flash Memory und 32 KB RAM auf und wird mit 48 MHz getaktet.

Aus dem Pinout des Seeeduino XIAO ist die Ausstattung des kleinen Boards mit Schnittstellen ersichtlich. Durch den mit 48 MHz getakteten Cortex-M0+ weist das kleine Board eine gute Performance auf. Der Dhrystone Benchmark liefert einen Wert von 41589 Dhrystone/sec und das VAX MIPS Rating beträgt 23.67. Für raumsparende Aufbauten und Wearables ist das Board sehr geeignet, wenn auch die On-Board LEDs und die Stromaufnahme von ca. 350 uA im Sleep Mode weniger optimal sind.

Pinout Seeeduino XIAO
Dhrystone Benchmark Resultate Seeeduino XIAO

Weiterführende Informationen: http://wiki.seeedstudio.com/Seeeduino-XIAO/

M5Stack Atom Matrix & Atom Lite

ATOM Matrix und ATOM Lite sind ESP32-Entwicklungsboards mit einer Größe von nur 24 * 24 mm. Zum Einsatz kommt ein ESP32-PICO-Chip, der WiFi und Bluetooth für die Kommunikation bietet und über 4 MB integrierten SPI-Flash-Speicher verfügt. Für die IO-Erweiterung steht ein Grove-Port zur Verfügung. Über 6 GPIOs können beide Boards mit externen Sensoren und Aktoren verbunden werden. Die integrierte Typ-C-USB-Schnittstelle ermöglicht das schnelle Hochladen und Ausführen von Programmen

ATOM-Lite bietet eine Infrarot-LED, eine RGB-LED, Tasten und eine PH2.0-Schnittstelle.

ATOM-Matrix verfügt über einen integrierten IMU-Sensor (MPU6886) und eine 5 * 5 RGB-LED-Matrix, die sich sehr gut zu farbigen Signalisationszwecken eignet.

Signalisation über RGB-LED-Matrix

Eine Arduino Library ist unter https://github.com/m5stack/M5Atom zu finden.

Neustart mit RISC-V

Nach langer Wartezeit, aber doch noch vor der Embedded World 2020 ist mein Beitrag „Neustart mit RISC-V“ in der Zeitschrift Design & Elektronik 1/2020 S.29-35 erschienen.

Entwicklungsboard SiFive HiFive 1 Rev. B im Arduino Uno-Formfaktor

Damit sich eine neue Befehlssatzarchitektur für Controller oder Prozessoren durchsetzt, ist viel Aufwand erforderlich. Hardware-Hersteller müssen überzeugt, Entwicklungswerkzeuge angepasst und Entwickler eingearbeitet werden. Entsprechend selten kommt ein neuer Befehlssatz auf den Markt. Aber RISC-V hat die Anfangshürden genommen und ist auf dem Weg zum Erfolg.

RISC-V FOUNDATION

Die RISC-V FOUNDATION finden Sie auf der Embedded World 2020 in Halle 3A Stand 536.

Calista Redmond (CEO, RISC-V Foundation) spricht über Neuigkeiten bei RISC-V:

Das ist neu bei RISC-V Vortragssprache Deutsch
Datum: 26.02.2020 Uhrzeit: 16:10 – 16:30 Uhr
Ort: Markt&Technik VIP-Bühne, Halle 3A, 3A-502

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Massgeschneidert für IoT Anwendungen

Espressif’s ESP32 ist aus IoT Anwendungen kaum noch wegzudenken. Geringe Stromaufnahme, eine leistungsfähige CPU und WiFi- bzw. BLE-Connectivity sind der Schlüssel für den Erfolg in diesem Bereich.

Eine Vielzahl dieser Anwendungen setzt das ESP-WROOM-32x-Modul von Espressiff ein.

Die ESP32-WROVER Serie besticht durch einige Modifikationen der ESP32-WROOM-32x-Module, die unter anderem ein zusätzliches 8-MB-SPI-PSRAM (Pseudo Static RAM) enthalten.

Das zusätzliche PSRAM kann für Geräte mit einem Display sehr nützlich sein. Wenn der Grafiktreiber einen Framebuffer verwendet, können so mehr Farben unterstützt werden.

Für das maschinelle Lernen bietet TensorFlow Lite alle Tools, die Sie zum Konvertieren und Ausführen von TensorFlow-Modellen auf Mobil-, Embedded- und IoT-Geräten benötigen. Genügend Speicher sollte aber vorhanden sein und den kann ein ESP32-Wrover nun bieten (siehe Tabelle).

Zu Tensorflow Lite auf dem ESP32 finden Sie weitere Informationen unter https://towardsdatascience.com/tensorflow-meet-the-esp32-3ac36d7f32c7

ModuleChipFlash, MBPSRAM, MBAnt.Dimensions, mm
ESP32-WROOM-32ESP32-D0WDQ64MIFA18 × 25.5 × 3.1
ESP32-WROOM-32DESP32-D0WD4, 8, or 16MIFA18 × 25.5 × 3.1
ESP32-WROOM-32UESP32-D0WD4, 8, or 16U.FL18 × 19.2 × 3.1
ESP32-SOLO-1ESP32-S0WD4MIFA18 × 25.5 × 3.1
ESP32-WROVER (PCB)ESP32-D0WDQ648MIFA18 × 31.4 × 3.3
ESP32-WROVER (IPEX)ESP32-D0WDQ648U.FL18 × 31.4 × 3.3
ESP32-WROVER-BESP32-D0WD4, 8, or 168MIFA18 × 31.4 × 3.3
ESP32-WROVER-IBESP32-D0WD4, 8, or 168U.FL18 × 31.4 × 3.3
Key characteristics of ESP32 Modules (https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/en/latest/hw-reference/modules-and-boards.html)

Aus Fernost werden mittlerweile unterschiedlich ausgestattet Module mit ESP32-WROVER-B angeboten.

Ein gerade für IoT-Anwendungen optimal angepasstes Board wird mit dem ESP32 ePulse Dev Board von der Schweizer Firma Thingpulse angeboten.

Das Board ist für geringen Stromverbrauch und einen breiten Eingangsspannungsbereich optimiert. Weitere technische Aspekte finden Sie im Beitrag Designing the ESP32 Dev Board I always wanted.

Der VIN-Pin akzeptiert Spannungen zwischen 3.3 V und 12 V DC. Wenn sich das Board im Tiefschlaf befindet, verbraucht es nur zwischen 25 uA (bei 3.3 V) und 35 uA (bei 12 V). Die meisten ESP32-Boards verbrauchen etwa 100 – 130 uA.

Thingpulse bietet das Board für $ 16.90 an https://thingpulse.com/product/epulse-thingpulse-esp32-devboard/. Early Birds bekommen es noch für $ 12.70.

M5StickC Devices

Der M5StickC hat einen internen LiPo-Akku mit einer Kapazität von 80 mAh, der dem mobilen Einsatz dann doch gewisse Grenzen setzt. Bei meinen Experimenten zur Messung der Wassertemperatur hatte ich das zu berücksichtigen.

Kurz vor dem Jahresende 2019 kam Post aus Shenzen mit dem 18650C HAT, einem Batterieteil für den M5SticKC mit integriertem wiederaufladbaren LiPo-Akku 18650 mit einer Kapazität von 2000 mAh.

Das Batterieteil ist mit den Steckern der HAT-Serie ausgestattet, mit denen eine zuverlässige Verbindung zum M5StickC hergestellt werden kann. Die Unterseite ist mit einer USB-Ladeschnittstelle ausgestattet. Der USB-C-Anschluss des Batterieteils wird nur als Ladeschnittstelle verwendet und hat keine UART-Funktion. Auf der Rückseite des Batterieteils befinden sich zahlreiche Befestigungslöcher, die eine einfache Befestigung des gesamten Devices ermöglicht.

Handheld-Thermometer

Ich habe mit dem ENV Hat und dem M5StickC ein Handheld-Thermometer aufgebaut.

Über den BMP280 im ENV Hat werden Temperatur, relative Luftfeuchte und barometrischer Druck gemessen und im Sekundentakt auf dem M5StickC Display zur Anzeige gebracht.

Ich werde die Laufzeit einer Batterieladung in der Folge testen und hier berichten.

Überwachungsmassnahmen für den Batteriezustand sind nicht implementiert.

Neustart mit RISC-V

Damit sich eine neue Befehlssatzarchitektur für Controller oder Prozessoren durchsetzt, ist viel Aufwand erforderlich. Hardware-Hersteller müssen überzeugt, Entwicklungswerkzeuge müssen angepasst und Entwickler eingearbeitet werden. Entsprechend selten kommt ein neuer Befehlssatz auf den Markt. Aber RISC-V hat die Anfangshürden genommen und ist auf dem Weg zum Erfolg.

Unter dem Titel „Neustart mit RISC-V“ ist eine Beitrag zu RISC-V in der Zeitschrift Design & Elektronik Heft 1/2020 angekündigt.

Um die Performance des Maixduino, einem Arduino-kompatiblen Kendryte K210 Dual-Core 64-bit RISC-V Prozessor (RV64IMAFDC), gegenüber anderen Arduinos resp. Arduino-kompatiblen Mikrocontrollern zu vergleichen, habe ich zwei Benchmarks laufen lassen:

  • Sieve of Eratosthenes
  • CoreMark

Den ersten Benchmark habe ich zu Vergleichszwecken verwendet, da ich in der Vergangenheit damit bereits zahlreiche Tests vorgenommen habe.

Erweiterung der Arduino-Familie: ESP32 – wie gut ist es?
https://www.elektroniknet.de/design-elektronik/embedded/erweiterung-der-arduino-familie-esp32-wie-gut-ist-es-160294.html

Arduino32: Die jungen Wilden.
http://www.elektroniknet.de/embedded/arduino32-die-jungen-wilden-131502.html

CoreMark 1.0 hingegen ist ein vom EEMBC empfohlener Test und zudem an die Arduino-Umgebung angepasst (https://www.eembc.org/coremark/). Beide Benchmarks stehen unter https://github.com/ckuehnel/newArduino/tree/master/Maixduino zum Download zur Verfügung.

Die Resultate der beiden Benchmarks zeigen die folgenden Abbildungen. Verglichen wurden ein Arduino Due (AT91SAM3X8E@84 MHz), ein ESPduino-32 (ESP-Wroom-32@80 MHz) und ein Maixduino (Kendryte K210 RISC-V@400 MHz).

RISC-V Foundation kommt in die Schweiz


(Bild: gemeinfrei / Pixabay)

Wie die Elektronik Praxis berichtet zieht die RISC-V Foundation wegen des andauernden Handelsstreits zwischen den USA und China aus den USA in die Schweiz.

Die RISC-V Foundation und die ETH mit dem Institut für Integrierte Systeme – speziell die Abteilung Digitale Schaltungen und Systeme und Prof. Luca Benini, die ein wichtiger Entwicklungsstandort für RISC-V-Prozessoren sind, kommen nun auch örtlich enger zueinander.

Die an der ETH entwickelte PULP-Prozessorplattform (PULP: Parallel Ultra Low Power) wurde als Cluster konzipiert – mit zahlreichen energieeffizienten RISC-V-Kernen. Details zu PULP sind hier zu finden,

Tastaturerweiterung für M5StickC

Die Eingabemöglichkeiten über die zwei Tasten des M5StickC sind zwangsläufig limitiert. Möchte man eine voll ausgestatteten QWERTY-Tastatur für den M5StickC zur Verfügung haben, dann ist das CardKB HAT eine gute Möglichkeit.

Das CardKB HAT bietet auch Unterstützung für verschiedene Tastenkombinationen (Shift + Taste, Fn + Taste), mit denen praktisch viele verschiedene Tasten hinzugefügt werden können. Der Tastaturstatus wird mit einer RGB-LED angezeigt. Leider ist diese in der Ecke links oben nicht sehr günstig angeordnet, da sie durch den M5StickC abgedeckt wird. Das Keyboard meldet sich als I2C-Device mit der I2C-Adresse 0x5F.

Das die unten angezeigten Ausgaben erzeugende Testprogramm M5StickC_Keyboard.ino steht auf Github zum Download zur Verfügung. Die Tastatureingaben werden hier auf dem M5StickC-Display in grün dargestellt.