32位MCU迅速滲透嵌入式應(yīng)用

【導(dǎo)讀】進(jìn)入2013年，全世界正在卷入一場(chǎng)智能化風(fēng)暴，除了熱門的智能手機(jī)和平板電腦，在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的帶動(dòng)下，智能電網(wǎng)、智能交通、智能家居、智能監(jiān)控等智能化應(yīng)用已從概念走向更成熟的設(shè)計(jì)。這其中，作為控制領(lǐng)域的核心，微控制器的最新發(fā)展既是嵌入式應(yīng)用智能化的重要推手，反過來也是市場(chǎng)需求趨勢(shì)的產(chǎn)物。

摘要：  進(jìn)入2013年，全世界正在卷入一場(chǎng)智能化風(fēng)暴，除了熱門的智能手機(jī)和平板電腦，在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的帶動(dòng)下，智能電網(wǎng)、智能交通、智能家居、智能監(jiān)控等智能化應(yīng)用已從概念走向更成熟的設(shè)計(jì)。這其中，作為控制領(lǐng)域的核心，微控制器的最新發(fā)展既是嵌入式應(yīng)用智能化的重要推手，反過來也是市場(chǎng)需求趨勢(shì)的產(chǎn)物。

關(guān)鍵字：  飛思卡爾半導(dǎo)體，MCU，微控制器

在近期的一場(chǎng)產(chǎn)業(yè)和技術(shù)趨勢(shì)媒體研討會(huì)，飛思卡爾半導(dǎo)體(中國(guó))有限公司高級(jí)市場(chǎng)營(yíng)銷及業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理黃耀君表示，隨著應(yīng)用復(fù)雜度的增加，以及業(yè)界越來越多32位微控制器(MCU)供應(yīng)商出現(xiàn)，32位MCU正在很多領(lǐng)域替代傳統(tǒng)的8位和16位MCU，并且價(jià)位越來越低，與后兩者相差無幾。

“32位MCU進(jìn)入傳統(tǒng)8位和16位控制器長(zhǎng)期占據(jù)的市場(chǎng)，已是不爭(zhēng)的趨勢(shì)。32位控制器成本的迅速降低促成了這種轉(zhuǎn)變，目前已有低于50美分的產(chǎn)品面世。”黃耀君指出，“除了替代低端領(lǐng)域，32位MCU也被一些高端化應(yīng)用所采用，原因在于通用性?！彼忉屨f，如果出現(xiàn)由于供貨原因需要修改設(shè)計(jì)，8位微處理器的設(shè)計(jì)修改將會(huì)很麻煩，而目前基于ARM內(nèi)核的32位處理器則很方便，有ARM這樣統(tǒng)一開放的公共處理器平臺(tái)，有大量第三方提供技術(shù)支持。

顯然，客戶已有這方面的考慮。黃耀君介紹，通過不同的調(diào)查中都發(fā)現(xiàn)，在中國(guó)如果是客戶要自己做產(chǎn)品設(shè)計(jì)，超過50%的客戶會(huì)只選擇一個(gè)平臺(tái)，有的客戶同時(shí)會(huì)在高端和中低端的產(chǎn)品上都統(tǒng)一采用基于ARM平臺(tái)的32位MCU，以減少不同平臺(tái)的開發(fā)成本。

作為全球最大的微控制器產(chǎn)品提供商之一，飛思卡爾公司的PX系列Power Architecture架構(gòu)微控制器、ColdFire等已經(jīng)在業(yè)界獲得廣泛應(yīng)用，甚至已經(jīng)成為一些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品?！暗@并不影響飛思卡爾提供基于ARM平臺(tái)的領(lǐng)先控制器?！秉S耀君指出，“而且我們是業(yè)內(nèi)率先推出基于Cortex-M0+和M4控制器產(chǎn)品的半導(dǎo)體公司。飛思卡爾的Kinetis系列MCU產(chǎn)品組合共提供了超過200個(gè)基于ARM Cortex-M結(jié)構(gòu)的低功耗、高性能、可兼容的微控制器。”

事實(shí)上，飛思卡爾這幾年花費(fèi)很多時(shí)間在開發(fā)ARM新產(chǎn)品，漸漸將重心轉(zhuǎn)向ARM。盡管未來PowerPC架構(gòu)與ARM架構(gòu)會(huì)在飛思卡爾長(zhǎng)期并存，但公司微控制器的新品開發(fā)重心落在后者身上，前者只是維持和延續(xù)客戶的需求。

除了平臺(tái)的變遷，黃耀君還指出32位MCU的其他趨勢(shì)?！?013年，32位MCU的性能將進(jìn)一步提高：內(nèi)核方面，Cortex-M0會(huì)向M0+升級(jí)，Cortex-M3會(huì)向M4升級(jí);資源上向多核和多存儲(chǔ)方向演進(jìn)，而高端的Cortex-A8/A9/A15會(huì)向A5X(ARM V8架構(gòu))升級(jí)?！彼赋?，“目前飛思卡爾已經(jīng)有相關(guān)的新品研發(fā)，相信很快就會(huì)有新產(chǎn)品推出?！?/P>

ARM越來越豐富的生態(tài)系統(tǒng)，也帶動(dòng)飛思卡爾更快速的針對(duì)各種嵌入式應(yīng)用提供豐富的產(chǎn)品選擇。但與此同時(shí)，嵌入式系統(tǒng)廠商對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)品方案也提出越來越多不同于以往的產(chǎn)品功能和特性需求。“客戶的要求越來越高，例如功耗越來越低，封裝尺寸越來越小，多個(gè)串口，部分應(yīng)用要求把高壓驅(qū)動(dòng)、安全功能、無線模塊等功能加入進(jìn)去。”黃耀君指出，設(shè)備商在不斷追求更強(qiáng)大的功能和極致性能的過程中，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)控制器平臺(tái)提出了越來越苛刻的要求，幾乎所有的嵌入式微控制器產(chǎn)品都在試圖滿足這些需求趨勢(shì)，當(dāng)然每款控制器產(chǎn)品的側(cè)重點(diǎn)會(huì)有不同，每個(gè)供應(yīng)商都在付諸差異化努力。

從通用到專用的多樣選擇

黃耀君重點(diǎn)分享了飛思卡爾的Kinetis通用MCU系列以及專用MCU系列的在滿足這些市場(chǎng)需求方面的主要技術(shù)特性。Kinetis L系列MCU采用M0+內(nèi)核，功耗比M0降低15%，提供給客戶從小封裝到大封裝的不同選擇。另外采用CortexM4核的兩個(gè)系列，分別為Kinetis K和X系列，均針對(duì)性能要求比較高的應(yīng)用。今年還會(huì)推出針對(duì)5V家電應(yīng)用的低電壓微控制器，可以采用1.7-3V低電壓供電。

除通用MCU外，飛思卡爾還有針對(duì)某種應(yīng)用的專用SoC系列?，F(xiàn)有的三個(gè)系列分別是針對(duì)無線連接應(yīng)用的W系列，針對(duì)智能計(jì)量應(yīng)用的M系列，以及針對(duì)多媒體和實(shí)時(shí)控制芯片Vybrid系列。

Kinetis W系列專用微控制器主要針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)、智能家居等應(yīng)用。增加了無線連接性支持，擴(kuò)展了Kinetis K系列基于ARM Cortex -M4的成功之處，將業(yè)界領(lǐng)先的sub-1 GHz和2.4 GHz 射頻收發(fā)器與Cortex-M4內(nèi)核成功集成，并針對(duì)無線應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，提供了一個(gè)強(qiáng)大、可靠、安全的和低功耗的嵌入式無線解決方案。

Kinetis M 系列專門支持廣泛的經(jīng)濟(jì)高效的單相或兩相電表設(shè)計(jì)而設(shè)計(jì)，基于32位ARM Cortex-M0+內(nèi)核微控制器。所有Kinetis M系列微控制器都包含一個(gè)模擬前端，使CPU的電源計(jì)算可以達(dá)到0.1%的精確度。

Vybrid系列提供基于ARM Cortex A5+Cortex M4多核或ARM Cortex A5單核的產(chǎn)品選擇，涵蓋產(chǎn)品讓客戶由Kinetis MCU入門級(jí)產(chǎn)品升級(jí)到帶有片上SRAM的MPU，以及適用于工業(yè)市場(chǎng)高度集成、異構(gòu)雙核的MPU產(chǎn)品。Vybrid平臺(tái)支持客戶構(gòu)建既可以單獨(dú)或同時(shí)運(yùn)行如Linux或MQX等高級(jí)操作程序的系統(tǒng)。采用40納米工藝，功耗更低。

最后，黃耀君也談到目前ARM Cortext-A5處理器。他認(rèn)為，如果針對(duì)低功耗，處理器要求不是特別高的話，A5將是一個(gè)很好的選擇。例如做智能手表，就可以采用A5，因?yàn)槭直淼墓囊蠛艿?。他透露，飛思卡爾可能會(huì)在年底推出A5+M0雙核架構(gòu)的MCU，并帶動(dòng)一些新的應(yīng)用機(jī)會(huì)，例如便攜醫(yī)療產(chǎn)品或智能手機(jī)等。

心電監(jiān)測(cè)儀應(yīng)用案例分析

作為全球最主要的微控制器供應(yīng)商之一，飛思卡爾的微控制器產(chǎn)品研發(fā)上具有豐富IP和應(yīng)用開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，特別是在各種算法資源、OS(免費(fèi)提供強(qiáng)大的MQX RTOS)以及強(qiáng)大的技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)上?！帮w思卡爾200多款Kinetis系列微控制器廣泛應(yīng)用在消費(fèi)電子、工業(yè)控制、醫(yī)療保健和網(wǎng)絡(luò)通信等領(lǐng)域，這些產(chǎn)品針對(duì)主要的應(yīng)用在外設(shè)集成、功能和性能優(yōu)化上均有業(yè)界領(lǐng)先的優(yōu)勢(shì)?！秉S耀君指出。在研討會(huì)上，黃耀君還重點(diǎn)分享了幾個(gè)典型的應(yīng)用案例，下面介紹其中基于Kinetis K53的心電圖儀應(yīng)用。[!--empirenews.page--]

通過內(nèi)部集成了大量便攜式醫(yī)療應(yīng)用所需外設(shè)的Kinetis K53處理器系列，患者不需要去醫(yī)院里面去做心電圖，只需要用蘋果的iPhone智能手機(jī)或iPad平板電腦，通過飛思卡爾的控制板以及幾根電極，就可以輕松地實(shí)現(xiàn)心電圖的自我檢測(cè)應(yīng)用，把心電圖形和心率在手機(jī)中清楚地顯示出來。

該Demo針對(duì)的應(yīng)用主要是實(shí)現(xiàn)心電監(jiān)測(cè)的家用便攜式醫(yī)療保健產(chǎn)品，便攜式產(chǎn)品的首要要求就是低功耗和便攜性，Kinetis K50系列針對(duì)便攜式醫(yī)療應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的一些獨(dú)特的功能特性優(yōu)勢(shì)使其成為此類應(yīng)用的理想之選。Kinetis K50系列基于Cortex-M4內(nèi)核，在實(shí)現(xiàn)了高性能和高集成度條件下，本身就具備了非常好的低功耗特性。所集成的DSP和浮點(diǎn)單元功能讓設(shè)計(jì)工程師可以實(shí)現(xiàn)輕松快速實(shí)現(xiàn)復(fù)雜算法，較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)心電圖監(jiān)測(cè)，使設(shè)備大部時(shí)間內(nèi)處于休眠模式從而節(jié)省功能。