Teensy 4.1

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Beschreibung

Der Teensy 4.1 ist die neueste Iteration der erstaunlich beliebten  Entwicklungsplattform, die einen ARM Cortex-M7-Prozessor mit 600 MHz, einen NXP iMXRT1062-Chip, einen viermal größeren Flash-Speicher als der 4.0 und zwei neue Steckplätze zum optionalen Hinzufügen von mehr Speicher bietet. Der Teensy 4.1 hat die gleiche Größe und Form wie der Teensy 3.6 (2.4in x 0.7in) und bietet größere I/O-Fähigkeiten, einschließlich eines Ethernet-PHY, SD-Karten-Sockel und USB-Host-Port.

Bei 600 MHz verbraucht der Teensy 4.1 ca. 100 mA Strom und bietet Unterstützung für dynamische Taktskalierung. Im Gegensatz zu traditionellen Mikrocontrollern, bei denen eine Änderung der Taktrate zu falschen Baudraten und anderen Problemen führt, sind die Hardware des Teensy 4.1 und die Software-Unterstützung für Arduino-Timing-Funktionen so ausgelegt, dass dynamische Geschwindigkeitsänderungen möglich sind. Serielle Baudraten, Audio-Streaming-Sampleraten und Arduino-Funktionen wie delay() und millis() sowie Teensyduino-Erweiterungen wie IntervalTimer und elapsedMillis arbeiten weiterhin korrekt, während die CPU ihre Geschwindigkeit ändert. Teensy 4.1 bietet auch eine Funktion zum Abschalten der Stromversorgung. Durch Anschluss eines Tasters an den On/Off-Pin kann die 3,3-V-Stromversorgung durch Halten des Tasters für fünf Sekunden komplett abgeschaltet und durch einen kurzen Tastendruck wieder eingeschaltet werden. Wenn eine Knopfzelle an VBAT angeschlossen wird, behält die RTC des Teensy 4.1 auch bei ausgeschalteter Stromversorgung Datum und Uhrzeit im Auge. Teensy 4.1 kann auch übertaktet werden, weit über 600MHz!

Der ARM Cortex-M7 bringt viele leistungsstarke CPU-Funktionen in eine echte Echtzeit-Mikrocontroller-Plattform. Der Cortex-M7 ist ein Dual-Issue-Superscaler-Prozessor, d.h. der M7 kann zwei Befehle pro Taktzyklus ausführen, und das bei 600MHz! Natürlich hängt die gleichzeitige Ausführung von zwei Befehlen von der Anordnung der Befehle und Register durch den Compiler ab. Erste Benchmarks haben gezeigt, dass von Arduino kompilierter C++ Code dazu neigt, zwei Instruktionen in etwa 40% bis 50% der Zeit auszuführen, während er numerisch intensive Arbeit mit Integern und Zeigern ausführt. Der Cortex-M7 ist der erste ARM-Mikrocontroller, der Verzweigungsvorhersage verwendet. Bei M4 benötigen Schleifen und anderer Code, der viel verzweigt, drei Taktzyklen. Beim M7 entfernt die Verzweigungsvorhersage diesen Overhead, nachdem eine Schleife ein paar Mal ausgeführt wurde, so dass die Verzweigungsanweisung in nur einem Taktzyklus ausgeführt werden kann.

Tightly Coupled Memory ist eine spezielle Funktion, die dem Cortex-M7 einen schnellen Single-Cycle-Zugriff auf den Speicher über ein Paar 64 Bit breite Busse ermöglicht. Der ITCM-Bus bietet einen 64-Bit-Pfad zum Abrufen von Befehlen. Der DTCM-Bus ist eigentlich ein Paar von 32-Bit-Pfaden, die es dem M7 ermöglichen, bis zu zwei separate Speicherzugriffe im selben Zyklus durchzuführen. Diese extrem schnellen Busse sind vom AXI-Hauptbus des M7 getrennt, der auf andere Speicher und Peripheriegeräte zugreift. Auf 512 Speicher kann als eng gekoppelter Speicher zugegriffen werden. Teensyduino weist Ihren Arduino-Skizzencode automatisch dem ITCM zu und alle Nicht-Malloc-Speicherverwendung dem schnellen DTCM, es sei denn, Sie fügen zusätzliche Schlüsselwörter hinzu, um die optimierte Vorgabe zu überschreiben. Speicher, auf den nicht über die eng gekoppelten Busse zugegriffen wird, ist für den DMA-Zugriff durch Peripheriegeräte optimiert. Da der Großteil des M7-Speicherzugriffs über die beiden eng gekoppelten Busse erfolgt, haben leistungsfähige DMA-basierte Peripheriegeräte einen ausgezeichneten Zugriff auf den Nicht-TCM-Speicher für hocheffiziente I/O.

Der Cortex-M7-Prozessor von Teensy 4.1 verfügt über eine Fließkommaeinheit (FPU), die sowohl 64-Bit "double" als auch 32-Bit "float" unterstützt. Mit der M4-FPU auf Teensy 3.5 & 3.6, und auch Atmel SAMD51 Chips, wird nur 32 Bit "float" hardwarebeschleunigt. Jegliche Verwendung von Double, Double-Funktionen wie log(), sin(), cos() bedeutet langsame softwareimplementierte Mathematik. Teensy 4.1 führt alle diese Funktionen mit FPU-Hardware aus.

Hinweis: Bitte beachten Sie, dass der Teensy 4.1 keine Header enthält und diese separat erworben und selbst angelötet werden müssen.

Merkmale

  • ARM Cortex-M7 mit 600MHz
  • 1024K RAM (512K sind fest gekoppelt)
  • 8 Mbyte Flash (64K reserviert für Recovery & EEPROM-Emulation)
  • USB-Host-Anschluss
  • 2 Chips plus Programmspeicher
  • 55 I/O-Pins insgesamt
  • 3 CAN-Bus (1 mit CAN FD)
  • 2 I2S Digital-Audio
  • 1 S/PDIF-Digital-Audio
  • 1 SDIO (4 Bit) nativ SD
  • 3 SPI, alle mit 16-Wort-FIFO
  • 7 Untere SMT-Pad-Signale
  • 8 Serielle Schnittstellen
  • 32 Allzweck-DMA-Kanäle
  • 35 PWM-Pins
  • 42 Breadboard-freundliche E/A
  • 18 analoge Eingänge
  • Kryptographische Beschleunigung
  • Zufallszahlengenerator
  • RTC für Datum/Uhrzeit
  • Programmierbare FlexIO
  • Pixel-Verarbeitungspipeline
  • Peripherie-Quertriggerung
  • 10 / 100 Mbit DP83825 PHY (6 Pins)
  • microSD-Kartensockel
  • Power On/Off Management

English description 

The Teensy 4.1 is the newest iteration of the astoundingly popular development platform that features an ARM Cortex-M7 processor at 600MHz, with a NXP iMXRT1062 chip, four times larger flash memory than the 4.0, and two new locations to optionally add more memory. The Teensy 4.1 is the same size and shape as the Teensy 3.6 (2.4in by 0.7in), and provides greater I/O capability, including an ethernet PHY, SD card socket, and USB host port.

When running at 600 MHz, the Teensy 4.1 consumes approximately 100mA current and provides support for dynamic clock scaling. Unlike traditional microcontrollers, where changing the clock speed causes wrong baud rates and other issues, Teensy 4.1 hardware and Teensyduino's software support for Arduino timing functions are designed to allow dynamically speed changes. Serial baud rates, audio streaming sample rates, and Arduino functions like delay() and millis(), and Teensyduino's extensions like IntervalTimer and elapsedMillis, continue to work properly while the CPU changes speed. Teensy 4.1 also provides a power shut off feature. By connecting a pushbutton to the On/Off pin, the 3.3V power supply can be completely disabled by holding the button for five seconds, and turned back on by a brief button press. If a coin cell is connected to VBAT, Teensy 4.1's RTC also continues to keep track of date & time while the power is off. Teensy 4.1 also can also be overclocked, well beyond 600MHz!

The ARM Cortex-M7 brings many powerful CPU features to a true real-time microcontroller platform. The Cortex-M7 is a dual-issue superscaler processor, meaning the M7 can execute two instructions per clock cycle, at 600MHz! Of course, executing two simultaneously depends upon the compiler ordering instructions and registers. Initial benchmarks have shown C++ code compiled by Arduino tends to achieve two instructions about 40% to 50% of the time while performing numerically intensive work using integers and pointers. The Cortex-M7 is the first ARM microcontroller to use branch prediction. On M4, loops and other code which much branch take three clock cycles. With M7, after a loop has executed a few times, the branch prediction removes that overhead, allowing the branch instruction to run in only a single clock cycle.

Tightly Coupled Memory is a special feature which allows Cortex-M7 fast single cycle access to memory using a pair of 64 bit wide buses. The ITCM bus provides a 64 bit path to fetch instructions. The DTCM bus is actually a pair of 32 bit paths, allowing M7 to perform up to two separate memory accesses in the same cycle. These extremely high speed buses are separate from M7's main AXI bus, which accesses other memory and peripherals. 512 of memory can be accessed as tightly coupled memory. Teensyduino automatically allocates your Arduino sketch code into ITCM and all non-malloc memory use to the fast DTCM, unless you add extra keywords to override the optimized default. Memory not accessed on the tightly coupled buses is optimized for DMA access by peripherals. Because the bulk of M7's memory access is done on the two tightly coupled buses, powerful DMA-based peripherals have excellent access to the non-TCM memory for highly efficient I/O.

Teensy 4.1's Cortex-M7 processor includes a floating point unit (FPU) which supports both 64 bit "double" and 32 bit "float". With M4's FPU on Teensy 3.5 & 3.6, and also Atmel SAMD51 chips, only 32 bit float is hardware accelerated. Any use of double, double functions like log(), sin(), cos() means slow software implemented math. Teensy 4.1 executes all of these with FPU hardware.

Note: Please be aware that the Teensy 4.1 does not include headers and will need to be purchased separately and soldered on yourself.

Features
  • ARM Cortex-M7 at 600MHz
  • 1024K RAM (512K is tightly coupled)
  • 8 Mbyte Flash (64K reserved for recovery & EEPROM emulation)
  • USB Host Port
  • 2 chips Plus Program Memory
  • 55 Total I/O Pins
  • 3 CAN Bus (1 with CAN FD)
  • 2 I2S Digital Audio
  • 1 S/PDIF Digital Audio
  • 1 SDIO (4 bit) native SD
  • 3 SPI, all with 16 word FIFO
  • 7 Bottom SMT Pad Signals
  • 8 Serial ports
  • 32 general purpose DMA channels
  • 35 PWM pins
  • 42 Breadboard Friendly I/O
  • 18 analog inputs
  • Cryptographic Acceleration
  • Random Number Generator
  • RTC for date/time
  • Programmable FlexIO
  • Pixel Processing Pipeline
  • Peripheral cross triggering
  • 10 / 100 Mbit DP83825 PHY (6 pins)
  • microSD Card Socket
  • Power On/Off management

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