Der M5Stamp-C3U basiert auf dem 32-Bit-RISC-V-Mikrocontroller ESP32-C3 – RV32IMC von Espressif und arbeitet mit einer maximalen Taktfrequenz von 160 MHz.
Ein ESP32-C3-DEVKITM-1 und ein ESP32-C3-DEVKITC02 hatte ich zu je € 9.65 bei Schukat bestellt und im Juli 2021 getestet. Siehe hierzu meinen Blogbeitrag ESP32-C3 – RV32IMC von Espressif. Für $ 5.90 erhalten Sie die M5Stamp-C3U im M5Stack Store.
Interessant sind die verschiedenen Bestückungsvarianten (SMT, DIP, Flywire, Grove Interface), die durch das hoch-temperatur-beständige Plastikgehäuse gegeben sind. Mit diesem Gehäuse können die internen Komponenten einschliesslich der 3D-Antenne sehr gut geschützt werden.
Ende letzten Jahres kündigte Espressif bereits den ESP32-C3 an – einen kostengünstigen, RISC-V-basierten Mikrocontroller mit Wi-Fi- und Bluetooth 5 (LE)-Konnektivität für sichere IoT-Anwendungen.
Der ESP32-C3 ist eine 32-Bit-Single-Core-MCU auf RISC-V-Basis (RV32IMC) mit 400 KB SRAM, die mit bis zu 160 MHz getaktet werden kann. Neben integriertem 2,4-GHz-WiFi und Bluetooth 5 (LE) mit Long-Range-Unterstützung verfügt der ESP32-C3 über 22 GPIOs mit Unterstützung für ADC, SPI, UART, I2C, I2S, RMT, TWAI und PWM. Das ausführliche ESP32-C3-Datenblatt finden Sie hier.
Nun ist seit November reichlich Zeit vergangen und Module auf Basis des ESP32-C3 sind jetzt bestellbar.
Bei Schukat habe ich ein ESP32-C3-DEVKITM-1 und ein ESP32-C3-DEVKITC02 zu je € 9.65 bestellt. Andere Distributoren hatten wesentlich längere Lieferzeiten.
Beide DevKits unterscheiden sich nur durch das jeweils eingesetzte ESP32-C3-Modul und die resultierende Pinbelegung.
Das im ESP32-C3-DevKitM-1 eingesetzte ESP32-C3-MINI-1 ist ein universelles Wi-Fi- und Bluetooth LE-Kombimodul mit einer PCB-Antenne. Kern des Moduls ist ESP32-C3FN4 mit 4 MB embedded Flash Memory. Da das Flash Memory im ESP32-C3FN4-Chip verpackt ist hat das ESP32-C3-MINI-1 ein kompakteres Gehäuse.
ESP32-C3-DevKitM-1 Pin Mapping
Das im ESP32-C3-DevKitC-02 eingesetzte ESP32-C3-WROOM-02 ist ebenfalls ein universelles Wi-Fi- und Bluetooth LE-Kombimodul mit einer PCB-Antenne. Das Flash Memory ist ein externes 4 MB SPI-Flash.
ESP32-C3-DevKitC-02 Pin Mapping
Sollten Sie noch nicht mit RISC-V konfrontiert worden sein, dann hilft Ihnen vielleicht die in der Zeitschrift Design&Elektronik veröffentlichte Übersicht weiter:
Wenn meiner Bestellung von Schukat eintrifft , werde ich erste Tests und Benchmarks in der mittlerweile ebenfalls vorhandenen Arduino-Umgebung vornehmen und darüber berichten.
Den dort enthaltenen Benchmark habe ich in meine Benchmark-Übersicht mit aufgenommen.
Aus Sicht des Anwenders möchte ich seinem Schlussgedanken zustimmen:
„Aber es ist schön, RISC-V-Kerne in mehr Geräten zu sehen, nicht zuletzt, weil die standardisierte Befehlssatzarchitektur – die im Wesentlichen einem Standardsatz von maschinensprachlichen Befehlen gleichkommt – das Schreiben von optimierenden Compilern einfacher und schneller macht. Für den Endbenutzer ist das nicht so wichtig, aber wenn es Espressif durch das Einsparen von IP-Lizenzgebühren ermöglicht, ein moderneres Peripherieset zum ESP8266-Preis hinzuzufügen, dann sind wir alle dafür.“
An manchen Stellen wird der ESP32-C3 schon als ESP8266-Killer bezeichnet. Das bleibt abzuwarten, noch muss sich dieser neue Mikrocontroller erst behaupten.
In der fünften Generation sorgt RISC für Aufsehen – auf Grund des Open-Source-Ansatzes. In kurzer Zeit wuchs mit RISC-V eine Community, die auf Basis des neuen Befehlssatzes Prozessorkerne entwickelt hat.
Einen Blick auf RISC-V und die ersten RISC-V SoCs finden Sie in ELEKTRONIK 18/2020 auf den Seiten 40 bis 44.
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.
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).
Das ganze $23.90 kostende Sipeed Maixduino Kit for RISC-V AI + IoT ist seit geraume Zeit im Haus und hat auf die Inbetriebnahme gewartet. Ziel für mich war, das Board in der Arduino-Umgebung in Betrieb zu nehmen, um einen direkten Vergleich zu anderen Arduinos zu bekommen.
Zum Lieferumfang des Maixduino Kits gehören die folgenden Komponenten:
Maixduino Board (rechts)
2.4 inch TFT Display (Mitte)
OV2640 camera module (links)
Komponenten des Maixduino Kits
Die Frontseite des Maixduino Boards zeigt an Hand der Buchsenleisten Kompatibilität zum Arduino-Formfaktor und die Rückseite zeigt in einem Blockdiagramm die zur Verfügung stehenden Ressourcen.
Neben der eigentlichen Inbetriebnahme in der Arduino IDE hat mich vor allem die zu erwartende Performance interessiert.
Um das Maixduino Board der Arduino IDE bekannt zu machen ist der folgende Eintrag in den Preferences vorzunehmen.
Im Boards Manager dann Maixduino (K210) selektieren und die folgenden Board Settings einstellen:
Board: Maixduino
Burn Tool Firmware: open-ec
Burn Baudrate: 1.5 M
Port: Serial port
Programmer: k-flash
Die Programmer Software k-flash wird vom Norton SONAR entfernt. Norton muss hier entsprechend eingerichtet resp. „entschärft“ werden. Die komplette Installation ist unter https://maixduino.sipeed.com/en/get_started/install.html beschrieben.
Um die Performance des Maixduino 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:
Hier nun die Resultate der beiden Benchmarks. Verglichen wurden eine Arduino Due (AT91SAM3X8E@ 84 MHz), eine ESPduino-32 (ESP-Wroom-32@80 MHz) und ein Maixduino (Kendryte K210 RISC-V@400 MHz):
Benchmarkergebnisse Sieve of Erastothenes
Benchmarkergebnisse Coremark 1.0
Gegenüber dem Arduino Due hatte der ESP-32 bereits eine deutliche Verbesserung der Performance gezeigt, die aber vom Maixduino noch wesentlich überboten wird. Damit dürfte der Maixduino derzeit der leistungsfähigste Arduino-kompatible Mikrocontroller sein.
Vor wenigen Tagen war nun das über Mouser bestellte und von CrowdSupply gelieferte HiFive1 Rev. B Board im Postkasten.
HiFive1 Rev. B
Das HiFive1 Rev, B Board weist die folgenden Features auf:
MCU – SiFive Freedom E310-G0002 32-Bit RV32IMAC processor @ bis zu 320+ MHz (1.61 DMIPS/MHz)
Storage – 32 MBit SPI Flash
Connectivity – ESP32-SOLO-1 WiFi & Bluetooth module
I/Os (19 x Digital I/O Pins, 19 x external Interrupt Pins, 1 x external Wakeup Pin, 9 x PWM Pins, 1/3 SPI Controllers/HW CS Pins)
I/O Voltages – 3.3 V
USB – 1 x micro USB Port für Power, Programming und Debugging (via Segger J-Link)
Power Supply – 5 V via USB oder 7 – 12V via DC Jack; Operating Voltage: 3.3 V und 1.8 V
Dimensions – 68 mm x 51 mm
Gewicht– 22 g
Zur Programmierung kann das Freedom-E SDK herangezogen werden, was allerdings einen Linux-Rechner erfordert. Alle Informationen hierzu sind unter https://github.com/sifive/freedom-e-sdk zu finden.
Die beim HiFive1 vorhanden Unterstützung der Arduino IDE wurde nicht weitergeführt.
Das Eclipse-basierte, wesentlich komplexere Freedom Studio läuft auch auf Windows.
Eine erste Idee von der Performance des HiFive1 Rev. B bekommt man über den Dhrystone Benchmark.
Resultat Dhrystone Benchmark (Out of the Box) (Das Ergebnis ist noch falsch – Bild wird ersetzt)
Mit diesem Ergebnis liegt der HiFive1 Rev. B in der Nähe von Cortex-M3/M4/A5.
Maixduino, Sipeed’s neues MAiX-Board, führt die Arduino IDE und -Bibliotheken mit den MAiX RISC-V Boards (Kendryte K210-Chips) zusammen, wodurch eine großen Anzahl vorhandener Open-Source Arduino-Bibliotheken für die schnelle Entwicklung und das Prototyping mit Sipeed’s RISC-V Boards eingesetzt werden kann.
On-board sind K210 und ESP32. Auch die KPU des K210 wird unterstützt.
Ich verfolge Sipeed auf Twitter, um die Verfügbarkeit nicht zu verpassen. Sipeed’s Development Boards sind unter https://www.seeedstudio.com/sipeed zu finden.
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