將MCU與MPU結(jié)合：集性能、控制、通信于一體的MCU新品

近年來，工業(yè)和汽車行業(yè)逐漸強(qiáng)調(diào)“實(shí)時(shí)控制”這一概念，而在智能制造逐漸落地之時(shí)也對(duì)時(shí)間敏感這一特性開始有了新的追求。

日前，TI（德州儀器）針對(duì)現(xiàn)代電子系統(tǒng)對(duì)MCU（單片機(jī)）產(chǎn)品性能、實(shí)時(shí)控制能力及通信多樣性的要求下，發(fā)布Sitara? AM2x MCU產(chǎn)品。

突破設(shè)計(jì)瓶頸：MCU與MPU相結(jié)合

根據(jù)德州儀器 (TI) 中國區(qū)嵌入式與DLP®應(yīng)用技術(shù)總監(jiān)師英的介紹，之所以發(fā)布此次新品源于行業(yè)發(fā)展愈發(fā)增長的需求。具體來說，在性能上新興應(yīng)用需要更高等級(jí)的系統(tǒng)集成和邊緣智能，在控制上工業(yè)和汽車系統(tǒng)依賴實(shí)時(shí)控制和決策，在通信上分布式通信和自動(dòng)化趨勢(shì)需要更高的網(wǎng)絡(luò)帶寬。

因此，Sitara AM2x MCU應(yīng)對(duì)的是以上的性能、控制、通信的挑戰(zhàn)。事實(shí)上，Sitara這一系列產(chǎn)品線一直以來在工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，且擁有悠久的歷史。

AM2x作為Sitara系列下全新推出的MCU，兼具處理器級(jí)計(jì)算性能和MCU的設(shè)計(jì)簡易性，集成了實(shí)時(shí)處理、控制和通信功能，同時(shí)易于獲取的工具和軟件有助于簡化開發(fā)流程。數(shù)據(jù)顯示，相比于基于閃存的 MCU，工程師可以利用的處理能力提高了10倍。

從技術(shù)角度來看，AM2x是利用傳統(tǒng)MCU與傳統(tǒng)MPU相結(jié)合實(shí)現(xiàn)以上表述的特性。師英告訴記者，TI將高性能的ARM內(nèi)核CPU、高性能RAM和DDR、信號(hào)處理加速器、工業(yè)通訊這種高速實(shí)時(shí)總線的接口聯(lián)合在一起，再加入實(shí)時(shí)外設(shè)及功能安全和信息安全，設(shè)計(jì)出AM2x系列的處理器。

那么，既然這款產(chǎn)品特性分別取自MCU和MPU，TI為何又將它界定為MCU？師英為記者解釋，傳統(tǒng)的界定方式中，MCU是將CPU、Flash、RAM和各種外設(shè)集成在單片芯片上，MCU適合處理某項(xiàng)單一任務(wù)；而MPU的CPU，包括CPU的運(yùn)行和取值，對(duì)于內(nèi)存管理的架構(gòu)是完全不一樣的，從應(yīng)用上來講，MPU在很多場合下需要在較復(fù)雜的操作系統(tǒng)上運(yùn)行。

“但是我想澄清一下，現(xiàn)發(fā)布的 Sitara AM2x系列產(chǎn)品兼具處理器級(jí)的高性能和MCU的設(shè)計(jì)簡易性，是不同功能和外設(shè)的合體。AM2x系列主要是應(yīng)用于需要高速運(yùn)算，實(shí)時(shí)控制，實(shí)時(shí)通訊等場景?！?

應(yīng)對(duì)特定場景：一個(gè)MCU勝任所有要求

實(shí)際上，觀察行業(yè)實(shí)現(xiàn)TSN（時(shí)間敏感性網(wǎng)絡(luò)）的不同方法很多，包括FPGA、ASIC等。AM2x則是強(qiáng)調(diào)在一個(gè)MCU上可實(shí)現(xiàn)處理、控制和聯(lián)網(wǎng)功能，根據(jù)師英的解釋，通過這種集成方式可以解決一些特定應(yīng)用場景下的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，還可以幫助客戶將整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成本和設(shè)計(jì)的復(fù)雜性降低下來。

具體來說，AM2x擁有以下特性：

1、高性能處理：高達(dá)800MHz的單核或多核處理器在實(shí)現(xiàn)快速計(jì)算的同時(shí)，保證小于1W的低功耗；

2、實(shí)時(shí)控制：AM2x利用集成的信號(hào)處理加速器和先進(jìn)的模擬、控制和通信外設(shè)能夠?qū)崿F(xiàn)控制、工業(yè)通訊和智能化；

3、工業(yè)通信：全面支持 Ethernet/IP、EtherCAT、Profinet、IO-Link 主站和千兆以太網(wǎng)等常見協(xié)議，客戶無需支付任何第三方額外費(fèi)用使用這些SDK協(xié)議，也可選擇SDK之外其他第三方協(xié)議；

4、安全性：產(chǎn)品符合工業(yè)和汽車市場的安全要求，并能夠?qū)崿F(xiàn)超高的系統(tǒng)安全等級(jí)（SIL 3或ASILD）；

5、易用性：AM2x不僅將所有的功能和性能都集成在一個(gè)芯片內(nèi)，也提供了大量簡單易用的開發(fā)工具和生態(tài)系統(tǒng)，支持各種協(xié)議?；蚴堑谌焦ぞ?。

本次發(fā)布會(huì)上，TI宣布發(fā)布AM2xMCU系列第一款產(chǎn)品型號(hào)AM243x，包括17mm × 17mm或11mm × 11mm封裝的AM2431、AM2432、AM2434三個(gè)不同變種的預(yù)量產(chǎn)版。

根據(jù)師英的介紹，AM243x中擁有最多4個(gè)Cortex-R5F的CPU內(nèi)核，由4個(gè)R5F內(nèi)核和內(nèi)部加速器和協(xié)處理器總共可以提供高達(dá)6000DMIPS的計(jì)算能力，且在6000DMIPS的運(yùn)算下芯片功耗不會(huì)超過1W。

記者注意到，AM243xMCU在運(yùn)算核心上主要是Cortex-R5F、Cortex-M4F和加速器的組合。通常來說Cortex-R處理器側(cè)重于實(shí)時(shí)性和安全性，這也是產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制和安全性的主要源泉；Cortex-M處理器則側(cè)重于超低設(shè)計(jì)面積和超低功耗上，主要用于產(chǎn)品的協(xié)處理。

另外，產(chǎn)品采用外接閃存，內(nèi)部沒有集成閃存。據(jù)記者了解，擴(kuò)展外部閃存接口是通用接口，只要符合業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的閃存均可接入工作。另外，芯片上集成了完整的安全機(jī)制，包括Security Boot和加密的加速器。客戶利用該芯片設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，可以根據(jù)系統(tǒng)信息安全的設(shè)計(jì)目標(biāo)，來靈活配置內(nèi)置安全模塊或外部閃存安全模塊。

聚焦客戶需求：易于使用的MCU產(chǎn)品

AM2x系列定位在工業(yè)自動(dòng)化、PLC、電機(jī)控制、機(jī)械臂、機(jī)器人或工業(yè)多協(xié)議這種廣泛的高速通訊接口的一些應(yīng)用。這些場景中雖已有很多產(chǎn)品，但再面對(duì)日益增長的工業(yè)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求下，傳統(tǒng)MCU是無法滿足的。在面對(duì)既需要實(shí)時(shí)控制，又需要高速運(yùn)算和高速實(shí)時(shí)通訊的產(chǎn)經(jīng)下，AM2x讓客戶擁有一個(gè)靈活簡單高性能的選項(xiàng)。

作為一款MCU產(chǎn)品，工程師的開發(fā)體驗(yàn)是至關(guān)重要的，AM2x真正做到了簡單易用。師英告訴記者，TI會(huì)提供基于AM2x系列產(chǎn)品的FreeRTOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)及各種驅(qū)動(dòng)，工業(yè)多協(xié)議或電機(jī)驅(qū)動(dòng)，各種特定應(yīng)用場合的軟件包支持。

當(dāng)然，AM2x作為一款通用MCU，還可以運(yùn)行各種形式的軟件，大家也可以選各種不同級(jí)別和規(guī)模的RTOS。

值得一提的是，AM2x產(chǎn)品在TI官方網(wǎng)站上不僅提供豐富的示例代碼和設(shè)計(jì)資源，也提供完整的產(chǎn)品在線培訓(xùn)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，名為MCU+ Academy。這個(gè)系統(tǒng)下，工程師可以自己定義要學(xué)習(xí)的課程和內(nèi)容進(jìn)度，完成對(duì)于處理器、配套的工具和SDK的學(xué)習(xí)，并配套測驗(yàn)、編程練習(xí)和任務(wù)練習(xí)。

師英告訴記者，在面對(duì)多變復(fù)雜的應(yīng)用場景，越來越多的需求會(huì)將高速計(jì)算處理能力、實(shí)時(shí)控制、實(shí)時(shí)高速通信、功能安全和信息安全等功能進(jìn)行集成，很多工業(yè)甚至汽車的應(yīng)用場景已出現(xiàn)，基于這樣的市場需求TI會(huì)為客戶提供更多的設(shè)計(jì)選項(xiàng)。

無線連接在工業(yè)汽車中愈發(fā)重要，Sitara系列是否會(huì)向此方面進(jìn)發(fā)？面對(duì)記者的提問，師英表示，“首先是看應(yīng)用場景的需求，在我們的客戶或者是市場的應(yīng)用場景里，TI還是會(huì)一直收到各種各樣的關(guān)于功能和接口的需求。另外從TI的角度來看，無線或有線的技術(shù)我們都是具備的。對(duì)于TI來講，可以非常容易就實(shí)現(xiàn)一個(gè)高集成度、高靈活度的產(chǎn)品。我們致力于定義和設(shè)計(jì)適合不同應(yīng)用場景的產(chǎn)品，所以如果未來市場有這樣的需求，我們不排除這種可能性。”

記者注意到，此前TI曾發(fā)不過Sitara AM64x系列，也聚焦于實(shí)時(shí)控制上，不過定位上略有區(qū)別。根據(jù)師英的介紹，AM2x可以提供免費(fèi)的RTOS，這個(gè)SDK是完整免費(fèi)的，同時(shí)AM2x也可在沒有操作系統(tǒng)的情況下運(yùn)行，基于用戶自己的任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)，或是直接的計(jì)算器控制來運(yùn)行。AM2x的設(shè)計(jì)目標(biāo)是與實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)一起工作或在沒有操作系統(tǒng)的情況下工作。這符合MCU客戶的期望——易于使用，沒有高級(jí)操作系統(tǒng)的復(fù)雜性。AM64x使用A系列Arm內(nèi)核和Linux等高級(jí)操作系統(tǒng) (HLOS)，而Sitara AM2x系列MCU通常使用R系列或M系列的Arm內(nèi)核。

總結(jié)來看，TI一直以來聚焦行業(yè)需求，SitaraAM2xMCU就是這樣一款易于使用且順應(yīng)客戶需求的產(chǎn)品。反觀Sitara的整個(gè)產(chǎn)線，從復(fù)雜到簡單，客戶的選擇將會(huì)非常靈活。