Cortex突破日系MCU陣營防線，富士通FM3欲搶占電機控制應用先機
11月初，富士通半導體繼東芝半導體之后也正式宣布采用ARM Cortex-M3內(nèi)核的FM3系列$MCU$面市，并一口氣推出44款產(chǎn)品型號。與東芝不同的是，富士通對新款Cortext-M3 MCU的宣傳顯得更為高調(diào)。一貫以專用內(nèi)核為主的日系MCU供應商陣營是否會由此轉(zhuǎn)向通用RSIC微控制器內(nèi)核，引發(fā)業(yè)界廣泛關注。
ARM內(nèi)核一貫以其良好的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)(在全球擁有700多家第三方供應商)和低功耗而著稱，而隨著32位Cortex MCU不斷向“亞1美元”價位逼近，它們在替代8位、16位MCU的戰(zhàn)役中捷報頻傳。這正是富士通半導體開始布局通用內(nèi)核MCU的主要原因之一?！拔覀兛吹搅耸袌鰧ortex的需求，隨著產(chǎn)品研發(fā)周期日益縮短，客戶希望采用更加便利的平臺，ARM良好的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)使其開發(fā)工具、中間件、驅(qū)動器等非常容易獲得，這是專用內(nèi)核無法比擬的優(yōu)勢。FM3 MCU可以讓富士通的獨特技術(shù)優(yōu)勢惠及更廣泛的客戶群?！备皇客ㄊ袌霾控撠熑吮硎?。
在日前舉辦的深圳2010 MCU技術(shù)創(chuàng)新與嵌入式應用大會上，ARM的發(fā)言人宣稱，據(jù)最新統(tǒng)計，2010年Q2一個季度Cortex-M的出貨量就達到990萬片，高出2008年全年的總量，預計未來3年的年復合增長率將達到160%。除了傳統(tǒng)的歐美系MCU廠商，像富士通半導體等擁有獨特技術(shù)專長的日系MCU供應商的加入無疑將對Cortex-M的爆炸性增長起到推波助瀾的作用。
圖1：基于ARM內(nèi)核的芯片出貨量預測。(資料來源：ARM公司)
競爭法寶：面向差異化的外設
無論是歐美系、日系還是臺系供應商，Cortex MCU之爭最根本的還是外設之爭。在過去20多年的專用內(nèi)核MCU產(chǎn)品和ASIC/ASSP開發(fā)過程中，富士通半導體積累了大量外設設計經(jīng)驗，并廣為市場所接受，其中很多特性還是由中國本土團隊自主開發(fā)的，很貼合中國市場的需求。
此次發(fā)布的FM3 MCU分為兩個系列：高性能MB9BF500/400/300/100系列強調(diào)高性能、高速，可用于工業(yè)自動化應用伺服控制、變頻控制、電動汽車、太陽能逆變器、智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集器等等工業(yè)應用，能夠增強系統(tǒng)功效；標準MB9AF100系列強化了低功耗性能的設計，可以很好地滿足節(jié)能設計需求，適合用于白色家電(空調(diào)、冰箱、洗衣機等)、數(shù)字消費類設備和辦公自動化設備等。兩個系列的外設基本相似，如圖2所示，特別值得一提的是以下3個特性，體現(xiàn)了富士通半導體有別于其他Cortex-M3 MCU的獨到之處，也可以從中管窺富士通半導體的通用32位MCU產(chǎn)品策略。
圖2：FM3系列MCU的特性。
1.上至5.5V的寬操作電壓
FM3系列可在2.7V～5.5V的電源下工作，而大多數(shù)其他廠商的Cortex-M3 MCU不能用于5V系統(tǒng)，僅能在3.6V或更低的電源下工作。FM3滿足了市場上只能用于5V系統(tǒng)的微控制器的需求，是工業(yè)自動化設備和大型家電的最佳選擇。明年，富士通半導體還將推出支持1.8V-3.6V的超低功耗系列，進一步拓展32位MCU產(chǎn)品的適用范圍。
2. 業(yè)界最快、汽車級性能的高速閃存
對于這些MCU產(chǎn)品，富士通半導體采用的是和汽車用MCU產(chǎn)品同樣的高性能NOR閃存，具備至少10萬次擦/寫次數(shù)(這只是一個保守數(shù)字)，并能保持數(shù)據(jù)長達20年，而且提供數(shù)據(jù)加密保存支持，確保了IP的安全性。該閃存還是同類產(chǎn)品中讀取速度最快的，具備高達60MHz的無時滯頻率響應，因而大大提高了CPU的性能?；陂_源的基準測試程序Dhrystone2.1 benchmark的結(jié)果顯示，在60MHz工作頻率下，富士通Cortex-3M產(chǎn)品的性能(MIPS)比競爭對手的產(chǎn)品提高了30%。
3.用于高精度馬達控制的外設模塊
富士通的FR微控制器家族的外設性能在馬達控制應用方面一直廣受褒揚，為滿足高精度馬達控制的精準要求，富士通進一步改善外設模塊，使之適用范圍更廣。尤其是搭載了高精度和高速度的12位A/D 轉(zhuǎn)換器(+/-2LSB 1.0μs轉(zhuǎn)換)后，MCU的高精度采樣使馬達控制更加精準，應用到高精度高速伺服馬達及工業(yè)自動化應用下的其它設備時更能展示其真正潛能。FM3 MCU的3單元12位A/D的通道多達16路，更能提高位置精度和馬達控制的精準性。此外，以往業(yè)界慣常使用CPU通過軟件檢測馬達的轉(zhuǎn)子位置，而FM3系列擁有的新型馬達轉(zhuǎn)子位置傳感計數(shù)器，可以進行自動化檢測并能減輕CPU負荷。使用該產(chǎn)品可降低變頻系統(tǒng)的功耗。
成就中國廠商180度變頻節(jié)能設計目標
盡管富士通算是最早推出Cortex-M3 MCU的日系廠商之一，但相對搶先一步的歐美同業(yè)，如何做到后來者居上，則不僅要在產(chǎn)品本身下功夫，還得找準市場切入點。電機控制、中國成為富士通市場戰(zhàn)略的兩大關鍵詞，該公司希望憑借其差異化的外設加上全方位的解決方案和本地深度支持，在一貫擁有口碑的電機控制應用市場搶占先機。
談到電機控制，不得不提幾個富士通MCU獨有的特性。首先是多脈沖發(fā)生器(MPG)，目前業(yè)界只有富士通能做到。通過用配置好的硬件模塊來檢測電機位置信號，轉(zhuǎn)換驅(qū)動信號，進行電機閉環(huán)控制。[!--empirenews.page--]
其次是多功能定時器(MFT)模塊，包括AD模塊和波形發(fā)生模塊：
·高速AD采集，僅需1us完成；
·2組獨立AD，變頻方案使用第一組4通道，第二組8通道由客戶自由使用不會受變頻影響；
·自由設定由驅(qū)動波形觸發(fā)，保證在最適當時候采樣信號；
·自由設定PWM波形的周期和寬度；
·三組6通道PWM驅(qū)動信號周期和反向由硬件同步；
·硬件死區(qū)時間，寬度自由設定；
·傳感器信號硬件捕捉和驅(qū)動信號觸發(fā)。
再者，MCU集成了變頻驅(qū)動的算法，并提供源代碼級別的參考和定制。這一特性較之“DSP+MCU”的模式大大降低了設計門檻和系統(tǒng)復雜度。由于變頻技術(shù)和算法是富士通中國本地團隊自主研發(fā)，因而可根據(jù)中國客戶的需求改動算法，并且固件系統(tǒng)是拆成若干軟件模塊形式，客戶可以靈活選擇，組成自己的系統(tǒng)。這種本地深度技術(shù)支持服務是其他競爭對手無法做到的。
圖3：基于FM3的電機驅(qū)動開發(fā)平臺和解決方案。
富士通半導體還提供全方位的基于FM3的電機驅(qū)動開發(fā)平臺和解決方案，包括：既支持單芯片也支持雙芯片的硬件系統(tǒng)；底層外設驅(qū)動+中間件核心算法+高端附加功能的固件系統(tǒng)；另外，富士通的電機調(diào)試軟件工具除了可以設置參數(shù)，還可以向示波器一樣繪制任意波形，方便觀測波形變量，提高了調(diào)試的便利性，這一點也是大多數(shù)同類產(chǎn)品沒有的。
180度直流變頻方案正受到很多中國白家電廠商的追捧，富士通半導體也與領先的制造商展開了合作，很快將有相關產(chǎn)品上市。據(jù)悉，富士通可提供完整的180度直流變頻方案，其優(yōu)點是采用32位高速高性能芯片，2相電流檢測，反饋更安全可靠、算法自主研發(fā)且國內(nèi)領先，支持三相永磁同步馬達和直流無刷馬達壓縮機驅(qū)動。由于提供死區(qū)補償和轉(zhuǎn)子位置估算更準確，富士通變頻方案的正弦波電流波形相比同類型方案更加平滑，因為電流調(diào)節(jié)更優(yōu)化，相同環(huán)境和系統(tǒng)，富士通方案功耗也更少，效率更高。
算法可為變頻方案競爭的重中之重。富士通180度變頻核心控制算法包括上圖所示的這些重要組成部分，可從以往的專用內(nèi)核MCU平臺快速移植到FM3通用32位MCU平臺上，從而將幫助加速180度直流變頻的普及，為家電和工業(yè)設備的節(jié)能降耗作貢獻。
下載文檔
