如何能让一款MCU拥有自己的个性

21ic电子网 发表于 2018-04-20 08:43:15 收藏 已收藏
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如何能让一款MCU拥有自己的个性

21ic电子网 发表于 2018-04-20 08:43:15

要想让工程师们第一眼就相中一款MCU,光靠纯粹的性能提升已经很难见效了。厂商们只有一招可以用了,那就是差异化。

全能型选手

有这样一款MCU,将性价比推向了极致,价格只有25美分,却能实现25种功能。这就是TI公司的MSP430 MCU,可以让开发人员通过各种集成混合信号功能实现简单的传感解决方案,总计有25种。

大家可能比较关心具体能实现哪25种不同功能。据德州仪器(TI )中国区MSP微控制器业务拓展经理刁勇介绍,25种不同的功能分成四大类型:包括跟定时器相关的功能,跟电路系统相关的功能,脉冲宽度调制功能,以及通信的功能。

具体来说,MSP430有六种不同的定时器功能,包括:实现带备用存储功能的外部RTC、7段码LED秒表、外部可编程看门狗定时器、可编程系统唤醒控制器、基于实时时钟的系统唤醒控制器和电压控制器配备时间戳。

脉冲宽度调制功能包括:模拟输入、PWM输出,双输出8位PWM DAC,伺服电机控制,步进电机控制,UART软件控制RGB LED混色。

系统功能包括:ADC唤醒和传输阈值,EEPROM仿真,低功耗六角按键,正交编码器位置计数器,配置UART的迟滞比较器,多功能重置控制器,单斜率模数转换技术,篡改检测,可编程时钟源,可编程频率锁定回路。

通信功能包括:单有线通信主机,SPI IO扩展器,UART至UART桥,UART系统至SPI桥。

实现这么多功能的秘密就是TI为25个常见系统级功能创建了一个代码实例库,包括定时器、输入/输出(I/O)扩展器、系统复位控制器、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)等。

为帮助用户了解和使用这些功能,TI编写了一本电子版说明书,其中包含25个简短的应用注释,并附有源代码链接。在几分钟内,便能够编译、下载源代码并在MSP430超值传感系列MCU上运行。可以根据具体的应用需求对功能进行调整,从而大幅缩短上市时间。

图1介绍了MSP430的外设,一些离散功能集成电路,如外部监视器或实时时钟集成电路,可以用这些外设的对应功能进行替代。如果使用所示的多个集成电路或功能(如定时器或PWM),甚至可以将多种功能组合起来,满足设计应用需求,从而减少工作量和电路板空间。

图1 MSP430的丰富外设

低功耗专家

与全能型选手相对的就是专家级选手,比如,将功耗做到最低,代表就是意法半导体的STM32 L4+。据意法半导体微控制器产品部STM32产品线经理 Bertrand Denis介绍,两年前推出的STM32L4的主频是80MHz,而最新STM32L4+的主频达到了120MHz,提升了50%。

图2 STM32L4+的超低功耗模式

这里要划重点了,在性能大幅提升的同时,STM32L4+的功耗仍然处于超低的水平。在不同的工作模式下,STM32L4+都实现了超低功耗。在最大运行模式120MHz主频时,每兆赫兹的功耗仅43微安。如果拿STM32L4+跟通用的产品F4比的话,F4每兆赫兹大概是100~120μA。从F4到L4,功耗降到三分之一。除了运行模式,STM32L4+也提供更多的多样化的工作模式。例如,在最低的功耗模式下,如果用电池供电,只有3个引脚,还有RTC在工作,RTC可以唤醒,如果RTC工作的话,功耗大概在300nA,如果RTC关掉,则只有3nA,所以这个系统是非常省电的。

图3  STM32L4+的图像处理功能

Bertrand Denis表示,虽然STM32 L4+是一款低功耗产品,但它却具有强大的图形处理性能。他展示了一个动画视频,基于STM32 L4+实现,动画非常流畅。一般情况下,在低功耗MCU上无法支持这样的动画,但STM32 L4+却可以做到,这是因为,L4+里面有图形加速器Chrom-ART Accelerator,另外,L4+的主频达到120MHz,性能足够好,所以,在用户需要实现一些很炫的动画,或者很漂亮的人机界面时,L4+可以提供这个能力。而且,这样一个动画,只占了11%的CPU资源,接近90%的CPU的能力还可以处理其他的一些实时应用。同时,STM32 L4+可以支持多种接口,例如,MIPI-DSI,目前比较主流的手机、智能手表和一些可穿戴设备里都会用到这一接口。还有传统的LCD-TFT,以及并行显示接口。STM32 L4+还针对圆形显示器特点优化Chrom-GRC存储器,让用户可以更经济的形式使用SRAM存储器,以适应智能手表市场方形屏幕向圆形屏幕的转变。

为了帮助客户更容易去评估STM32 L4+,开发基于STM32 L4+的项目,ST提供了多元化的开发板。从最便宜的STM32 Nucleo开发板到最复杂的STM32 CubeMX,集成了L4+的软件,让用户可以很快的基于这个软件,生成他要的项目文件。Cube软件包含了所有L4+底层的需求,用户只需写自己的应用程序即可。在Cube里面,包含了最基本的底层驱动和一些中间件,用户只需要关注自己的用户代码、逻辑流程,在逻辑流程里,什么时候需要用这些外设再去调用即可,大大简化了用户的开发流程。

拥有最好的IoT基因

MCU是自带IoT属性的,这点在SimpleLink MCU中体现最明显。

TI为原本就擅长无线连接的SimpleLink引入了以太网连接,打造了一个用于有线和无线MCU的单一开发环境的软硬件和工具平台,可以帮助开发人员轻松地将传感器从网关连接至云端。新型SimpleLink MSP432™以太网MCU以集成MAC和PHY的高性能120MHz Arm® Cortex®-M4F内核为基础,有助于缩短电网基础设施和工业自动化网关应用的上市时间。

“我们非常看重物联网的应用,根据Gartner和IHS提供的数据,在今年物联网的设备接入的数量大概是84亿,到2020年这个数据基本上会到超过200亿,到2025年大概会到750亿,所以物联网设备增长速度非常快的,怎么样管理物联网传感器的节点,实际上是摆在很多物联网公司面前很大的挑战”,刁勇解释了强化SimpleLink系列的原因。

这个系列包括了432的MCU,主要用作主机的控制;也有不同的无线SOC,包括蓝牙的SOC,如CC2640,双频段的CC135以及我们Sub 1GHz的CC1310,还有Wi-Fi的SOC的CC3220,以及Wi-Fi网络处理器3120。

基于通用的驱动程序、框架和数据库等共享基础,SimpleLink MCU平台的全新软件开发套件以100%的代码重用率实现了可扩展性产品,组合中的每款器件都集成了大量特性,例如,获取和处理高精度模拟信号、凭借更高的安全性来增强系统、提升远程通信,或者在由单个纽扣电池供电的传感器节点中将电池使用寿命延长几年等。

使用SimpleLink无线MCU,设计人员可将多达50个安全传感器节点连接到网关,创建无线传感器网络。基于SimpleLink以太网MSP432E4 MCU的网关可充当中央管理控制台,处理和汇总数据,并通过以太网将数据传送到云端,以便进行额外的数据分析、可视化和存储。开发此类网关的公司在添加最新无线连接技术时可与现有有线设备配合。

MCU也拥有了GPU

MCU是电子产品的控制核心,GPU是图像世界的掌控者,这两者以前很少有交集。但是,随着应用的升级,这两种产品也开始了亲密接触。这就是业界首款具有集成2D图形处理单元(GPU)和高达32 MB集成DDR2存储器的MCU,32位PIC32MZ DA提供了类似MPU的图形功能,填补了MCU和微处理器单元(MPU)之间的图形性能差距。

“这个系列创造了多个业界第一,如第一次集成了2D GPU,第一次集成了32 MB DDR2存储器”,Microchip 32位单片机产品部资深产品营销经理Bill Hutchings骄傲地表示,“在湿度计、扫码器等对图形处理器要求比较高的应用中,这个产品非常适合。”

在IoT时代,电子产品对图形处理的要求日益增多,很多终端产品都配有LCD控制器,这不单是我们日常所及的各种家电,其他领域亦是如此。

PIC32MZ DA系列提供了一个3层图形控制器,能够驱动24位彩色SXGA显示屏。这里所指的3个图层都是独立的,以一个咖啡机为例子,在其控制界面上,第一图层用来构建按钮,是透明的,第二层用来展示背景,三层用来增加特效,三层叠加,就会显示非常立体的效果。

这个图形控制器内核支持最高24位颜色深度,多种输入和输出格式,全局调色板查找表(CLUT),支持256色;具有集成的DMA控制器,能减免CPU负荷。

图形控制器简化了开发人员的设计难度,GPU则能开发原先MCU无法实现的GUI。 PIC32MZ DA内置的2D GPU,可以提供实时图像渲染和控制功能。“我们有业界独有的用于动画的精灵引擎,还有可编程光栅运算和固定函数加速”,Bill Hutchings说,这样能给用户非常好的图像感官体验。

他特别指出:因为具有32M的存储器,PIC32MZ DA能轻易地实现图像拉伸,这大概需要15M内存,对于以前的MCU,基本是不可想象的。

当然,集成DDR2 DRAM还是为了节省用户成本,并降低风险。Bill Hutchings解释:首先,这样能减少电路板的层数:第二,因为与系统内其他部分都是集成的,就使得代码和数据更加安全。

Microchip开发该系列的目标是针对需要高级人机交互的系统,这可不只是咖啡机,像是在电力系统中,对HMI的要求就非常高,还有其他的工业领域,图形界面越来越普及。

结语

MCU的竞争已经不单是内核的竞争,外围和配套开发环境都是厂商必争之地。如何能让一款MCU拥有自己的个性,就是在市场中脱颖而出的终极密码。

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