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디자인 엔지니어링 팀 개발 속도를 향상시키는
듀얼 코어 디지털 신호 컨트롤러(DSC)

글/ 톰 스포러(Tom Spohrer), 마이크로칩테크놀로지 제품 마케팅 매니저

오늘날의 엔지니어들은 보다 정교하고 복잡해진 제품 개발을 더 짧은 일정 내 완료해야 하는 어려움을 종종 겪는다. 추가 안전 기능이나 복잡한 통신 기능이 포함된 제품 요건으로 인해 디자인은 더더욱 복잡해진다. 때로는 특정 제품을 위해 작업할 엔지니어들이 서로 다른 지역에 위치한 탓에 어려움이 가중되는 경우도 있다. 예를 들어, 최신 자동차 DC-DC 컨버터 디자인 프로젝트팀은 특정 지역 및 국가 출신의 전원장치 펌웨어 개발자들로 구성되고 통신 스택 펌웨어 개발팀의 경우 다른 지역/국가 출신 개발자들로 구성하는 식이다. 이렇게 여러 장소에서 개발된 코드를 동일한 마이크로컨트롤러(MCU)로 통합할 경우, 서로 다르게 개발된 펌웨어 간의 복잡한 상호작용으로 인해 일정 상 리스크가 커질 수 있다.

듀얼 코어 DSC 제품군 소개
여러 소프트웨어 팀과 함께 하이엔드 임베디드 컨트롤 애플리케이션을 디자인하는 시스템 개발자들은 이제 단일 칩 기반의 새로운 듀얼 코어 디지털 신호 컨트롤러(DSC) 제품군을 활용해 보다 쉽게 소프트웨어 통합을 구현할 수 있다. 마이크로칩 테크놀로지의 듀얼 코어 dsPIC33CH는 한 코어는 마스터로, 다른 한 코어는 슬레이브로 동작하도록 디자인되었다. 이러한 마스터-슬레이브 아키텍처에서 마스터 코어가 최종 애플리케이션별 맞춤형 사용자 인터페이스(UI), 모니터링, 통신 등 시스템 단위 코드를 분주히 실행하는 동안 슬레이브 코어는 특화된 시간임계형 컨트롤 코드를 실행하는 데 사용될 수 있다.

dsPIC33CH는 각기 다른 디자인 팀이 각각의 코어에 쓰이는 코드를 독립적으로 개발하고 이를 하나의 칩에 원활하게 통합할 수 있도록 디자인되었다. 이는 각각의 코어가 독립적으로 동작하는 듀얼 구조로써 펌웨어 개발이 간소해져 여러 팀이 두 가지 작업을 동시에 병행하는 소프트웨어 개발 작업을 할 수 있다. 시간임계형 컨트롤 루프를 UI, 모니터링, 진단, 통신 등의 하우스키핑 기능과 분리할 수 있다. 이를 통해 개발 속도를 향상시키고 두 코어 간 상호작용은 최소화하면서 각 코어의 코드는 개별적으로 더욱 효율적으로 최적화 되기 때문에 디버깅 작업이 수월해진다.

이상적인 애플리케이션
dsPIC33CH 제품군은 고성능 디지털 파워, 모터 컨트롤 및 정교한 알고리즘이 필요한 임베디드 애플리이션에 최적화되어 있다. 듀얼 코어 컨트롤러 제품이 적용 가능한 일반적인 파워 애플리케이션으로는 무선 충전, 서버 전원공급장치, DC-DC 컨버터, 충전기, 인버터 등이 있다. 펌프 모터 컨트롤, 팬, 드론, 로봇, 전동 공구 및 가전 제품에도 적합하다. 이 고성능 DSC 디바이스는 자동차 전자 센서, 산업 자동화 장비, 컨트롤 및 의료 진단 장비에 적용할 경우 탁월한 성능을 보여준다. 2개의 마이크로컨트롤러 코어가 하나의 동일한 다이에 통합되어 있어 IoT 애플리케이션을 위한 게이트웨이와 중앙 프로세스에 필요한 성능을 제공할 수 있다. 예를 들어 디지털 전원공급장치의 경우, 슬레이브 코어는 지연임계형 보상 알고리즘을 실행하여 펌웨어의 컨트롤 루프를 닫는 연산 중심의 알고리즘을 관리하고, 마스터 코어는 PMBus™ 프로토콜 스택을 독립적으로 관리하면서 시스템 모니터링 기능을 제공해 전반적인 시스템 성능과 응답성을 높여준다.

자동차용 팬, 펌프나 그 외 모터 컨트롤 애플리케이션의 경우, 슬레이브 코어로는 시간 임계적인 속도 및 토크 컨트롤을 관리하는 데 주력하는 한편, 마스터 코어로는 기능안전 루틴 실행과 원활한 통신을 위한 CAN-FD(Controller Area Network Flexible Data Rate) 스택 및 모니터링, 진단을 비롯한 여타 시스템 단위의 기능을 관리할 수 있다.

그 밖에 자동차나 IoT 시스템에 사용되는 전자 센서 등의 고성능 임베디드 애플리케이션의 경우, 슬레이브 코어는 센서 입력물의 DSP 필터링과 같은 연산 관련 기능을 가속화하며 마스터 코어는 안전이 중요한 애플리케이션의 신뢰성과 내고장성을 향상시킨다.

우수한 성능
마스터 코어는 ECC와 16KB RAM을 갖춘 64 ~ 128KB의 프로그램 플래시를 가지며 슬레이브 코어에는 ECC와 4KB 데이터 RAM을 갖춘 24KB의 프로그램 RAM이 내장되어 있다. 마스터 코어 주파수는 180MHz에서 90MIPS이며 슬레이브 코어는 200MHz에서 100MIPS를 제공한다. 또한 두 프로세서 서브시스템 모두 자체 인터럽트 컨트롤러와 클럭 생성기, 포트 로직, I/O MUX 및 PPS를 가지고 있다. 이 장치는 사실상 하나의 다이 위에 2개의 온전한 dsPIC® DSC를 연결한 것과 같은 효과가 있다.

두 코어가 서로 매끄럽게 동작하여 효율성과 응답성을 향상시키는 고급 알고리즘이 가능해진다. 또한 인터럽트 반응속도를 향상시키는 맥락 선택적인 레지스터 강화, 디지털 신호 프로세서(DSP) 성능 가속을 위한 새로운 명령어 도입 및 더 빠른 명령 실행을 통해 기존의 dsPIC DSC 코어보다 우수한 성능을 제공하도록 각 코어가 디자인되었다. 다양한 전원공급장치에서 사용되는 성능 위주의 계산에서 이전 세대보다 거의 두 배 빠른 코어 성능을 제공하며 지연시간을 기존 543ns에서 280ns 로 단축시켰다.

단일 디바이스에서 2개의 DSC 코어로 처리 작업량을 분산시키기 때문에 스위칭 주파수를 올려(싱글 코어 컨트롤러의 1MHz 대비 2MHz 이상) 전력 밀도를 더욱 높일 수 있어 소자 크기를 줄일 수 있는 점이 또 다른 주요 장점이다.

자동 시스템 업데이트를 통해 시스템 중단 없이 펌웨어를 업그레이드할 수 있으며, 이는 서버 전원공급장치 등 고가용성 시스템에서는 특히 중요한 기능이다. 이외에도 dsPIC33CH 구조에서는 2개의 코어가 기능 안전을 위해 서로 모니터링하도록 프로그래밍할 수 있어 강건한 시스템 디자인이 가능하다.

시스템 비용과 보드 크기를 줄이기 위해 각 코어에서 고속 아날로그-디지털 컨버터(ADC), 파형 생성 기능을 갖춘 디지털-아날로그 컨버터(DAC), 아날로그 비교기, 아날로그 프로그래머블 게인 증폭기, 고분해능(250 ps) 펄스 폭 변조(PWM) 장치 등 첨단 주변장치들을 사용할 수 있다. 컨트롤러에서 최대 12개의 PWM 채널을 제공하기 때문에 무정전 전원공급장치(UPS), DC-DC 컨버터 및 AC-DC 전원공급장치에 이상적이다.

dsPIC33CH 제품군은 마이크로칩 최초의 듀얼 코어 16비트 디지털 신호 컨트롤러로, 5 x 5 mm 소형 패키지까지 전례 없는 통합성을 제공한다. 이들 제품은 확장된 대역폭을 통해 강력한 CAN-FD 통신 관리 기능을 제공하는 최초의 dsPIC33이다. dsPIC33CH제품은 8종 패키지로 제공되며, 무료로 다운로드 가능하고, 수상 경력이 성능을 증명하고 있는 MPLAB® X 통합개발환경(IDE)과 MPLAB 코드 컨피규레이터를 포함한 마이크로칩의 MPLAB 개발 에코시스템을 통해 지원받을 수 있다.

결론
마이크로칩의 dsPIC33CH는 현재 사용되고 있는 고성능의 시간임계형 임베디드 컨트롤 애플리케이션에 최적화되어 있다. dsPIC33CH 제품군은 개별 코드 디자인과 그 원활한 통합을 지원하는 것은 물론, 시스템 비용을 절감하고 크기를 줄여 준다.