关于MCU的异构集成的介绍和分析

MCU目前出现两大阵营，一种是传统的通用型MCU，另一种是SoC型MCU，它们分别在新兴市场发挥各自优势。各大半导体巨头也迅速地进入MCU的异构集成领域，这会对嵌入式产业及产品以及技术发展带来哪些巨大影响？

1针对MCU新出现的趋势，工程师们这样选型

现在的MCU主要分为两类：专用的SoC型MCU和通用型MCU。SoC型MCU在市场上的产品很多，这类芯片的出现，从厂家的研发到推广的力度，都比通用型MCU要大和强。像TI公司目前ARM类的MCU就是以SoC的MCU为主，并且针对IoT 领域。

恩智浦与Freescale 合并后，在SoC 型MCU的研发力度比以前要大。恩智浦现在两条腿在走路，一方面拥有通用型的MCU（比如54xx系列），另一方面拥有SoC型的MCU。目前的市场现状是：坚持通用型线路的MCU生产厂商为数不多，ST公司的Cortex-M0/M3/M4/ M7系列还在此行列，目前拥有900多种产品；Silicon Labs的Gecko （小壁虎）系列也一直在走通用型路线，最近几年，Silicon Labs专注在无线领域SoC型MCU上，内核还是沿用小壁虎的内核，外围电路集成蓝牙和ZigBee功能，Silicon Labs比较擅长关于IoT的Thread网络协议栈。

从开发者的角度来讲，该选择通用型MCU还是SoC型MCU呢？可以从以下4方面来考虑：

①从技术的角度选择MCU：审视所要做的产品所涉及的无线协议的标准是否成熟。如果技术很成熟，又有许多成熟的产品在应用，无论是RF的硬件技术还是IP软件技术，我们选SoC型MCU的风险比较小，因为其把所有功能集成在一起，一旦出现问题，依靠厂家才能帮助解决。反之，如果工程师在做一款新的通信标准的产品，那么还是选择通用型MCU+外围无线通信模块的组合方式为好，这样当通信的硬件或软件不成熟时，我们可以更改外围电路部分，主控模块的软件部分则不用做修改。

②根据产品来选择MCU：当工程师要设计尺寸特别小的可穿戴设备时，比如智能手环或手表，肯定会首选SoC型的MCU，比如选择集成了蓝牙芯片的里边携带一颗ARM Cortex M3或M4的MCU，这样的好处是不仅节省了很多元器件，减小了整个PCB尺寸，而且功耗更低，给产品带来更大的竞争性。如果是工业类产品，对尺寸无特殊要求，那么可以任意选择MCU的类型。

③考虑已有的产品平台：工程师要考虑到，企业是否已有通用的MCU平台，企业往往不止开发一款或一个系列的IoT产品，而是有多条产品线，数十人或几百人的团队在做项目。如果公司已有通用型平台，那么就要选择一款通用型的MCU，像恩智浦的LPC系列。在企业已有大量已经开发好的软件的状态下，就不会特别赞成工程师们选择SoC型MCU。

④根据价格和供货角度选择MCU：通用型的MCU市场竞争激烈，MCU本身的价格会更便宜；做整体方案时，要考虑供应链的问题，在选择某个公司的某一款SoC型 MCU时，替代性比选择通用型MCU加外围通信模块的方案余地要小，若厂家的依赖度更大，当厂家的价格或供货周期出现问题，那么对产品正常的发货和影响会很大。通用MCU可替代性要好些，供货问题也是工程师朋友选择MCU的时候要注意的地方。

2支持多种无线协议的SoC正在开启全新物联网时代

Silicon Labs微控制器产品高级营销经理 

将各种功能集成到MCU中有许多益处，包括更低的解决方案成本、更小的占板面积和更高的功能集成度，进而可产生更高的性能和更低的功耗。为了满足物联网（IoT）市场的需求，市场上已经出现了一类全新的、高度集成的、支持多协议连接的无线MCU。我们认为，这类多协议无线MCU（也称多协议SoC）正是异构MCU的一种形式。

作为将硬件和软件工程工作结合在一起的结果，我们看到能够支持多种无线协议的无线MCU和SoC实现了快速增长。这些多协议器件开启了全新的物联网功能，例如在其他无线网络协议中实现简化的设备配对和蓝牙信标功能。多协议SoC也支持在所部署设备的生命周期中对它们进行无线更新，并且提供了一种简单的方法可以与传统的专有协议协同工作。开发人员力图在简化终端节点设计的同时添加无线连接功能，目前，来自多家供应商的、先进的多协议、多波段SoC正在为他们提供更大的灵活性和更多的开发选择。

Silicon Labs的多协议Wireless Gecko SoC可以为物联网设备提供灵活的无线连接和价格/性能选择。Wireless Gecko产品系列集成了强大的ARM Cortex-M4内核、节能的Gecko技术、高达19.5dBm输出功率的2.4GHz无线收发器，以及先进的硬件加密技术。Wireless Gecko SoC提供用于网状网络的最佳Thread和ZigBee协议栈、用于专有协议的直观的无线软件接口、用于点对点连接的Bluetooth Smart，以及用于简化无线开发、配置、调试和低功耗设计的Simplicity Studio工具，从而加速无线产品的设计。

3提供全套软硬件系统解决方案，助力工程师研发项目

归根结底，客户要寻找的是一个能满足其所有需求的全套系统解决方案。我们并不必费尽心思地将各种各样的功能物理集成到单颗MCU中；我们要做的是构建满足客户需求并能简化和缩短开发过程的解决方案。这些系统解决方案并非专注于独立元件，而是专注于一个融合软硬件的完整解决方案，它能辅助嵌入式设计人员更快地从阶段A进行到阶段B。这是我们从客户那里了解到的他们的期望，以及我们所看到的市场风向。 

Silicon Labs提供的解决方案有集成多种功能的单颗芯片或可加快应用原型开发的交钥匙方案，从而使设计周期更短，更具成本效益。这种解决方案的重点是，通过降低客户对特定设计领域的专业知识的要求，使不同行业的客户均能受益。客户现在可以将连接或安防等元素看作一个个功能模块，在设计的整个生命周期随意添加而无需重新设计，进而轻松扩展应用的功能。 

全套系统解决方案通过利用集成硅晶片、开发硬件和软件工具的生态系统，使得某一应用能在多个不同项目中重用。此外，在基于MCU的解决方案中，更高级别的集成允许工程师通过减少BOM和设计的总尺寸来满足设计的成本目标。例如，可将一款单片机与一台射频收发器集成到一个片上系统中，减小电路板尺寸，降低总功耗及设计复杂度，从而加快智能家居应用的开发过程。

这些技术改变降低了设计风险，同时赋予设计人员更大的灵活性，不仅使设计更快投放市场，而且还降低了系统成本。几乎所有行业（如消费电子、医疗、工业自动化及汽车等）均能从集成中获益。

4异构集成推动嵌入式与IoT行业的整体进步

嵌入式应用的众口难调与IoT应用的高速发展，是推动异构集成的原动力。通用CPU的通用性决定了它不能面面俱到，因此，加入专用的协处理器或可编程硬件加速引擎，顺理成章就成为取长补短的首选。比如高端的音频DSP和专用的安全处理单元，对于需要安全连接的智能语音识别和音频设计非常有好处；而图形图像专用硬件的集成，则打开了MCU平台进入高级HMI和视觉应用的大门。

近年来，随着IoT与万物互联的爆发，需要无线和高频相关的硬件设计，以及多种传感器的使用。在MCU中集成无线模块、传感器融合算法加速引擎等，满足了IoT节点和穿戴设备的需要。说起异构集成自然要提到异构多核，这类集成留给用户发挥的空间最大。比如M4与M0+的集成，M0+可以做任务分担、负载均衡、硬件加速、组件隔离等多种应用场景，提高了能效和性能。A7+M4的异构，则更多发挥M核在能效和实时性的优势。

恩智浦在异构集成领域拥有全方位的产品和解决方案。比如双核的LPC4300与LPC54100系列通用MCU，集成了ZigBee、BLE和传感器算法加速的多款无线MCU(如QN/JN/KW产品系列)，在新发布的i.MX RT上集成了可用于显示和摄像的像素处理加速管道，以及i.MX 7系列的A7+M4等配置。在今后的产品路线图中，恩智浦会在多种异构集成上持续创新，助力行业的整体进步。

目前的市场现状是，通用型MCU和SoC型MCU共同存在。最近一段时间，SoC型MCU的种类会更多一些，厂家也更多一些，这是因为IoT在无线通信领域的发展会随着标准不断地快速更新，比如华为推出的NB-IoT芯片，市场竞争更为激烈，需要更多的专用型芯片。通用型MCU用途比较广泛，当然也会在市场中继续存在。

从嵌入式硬件从业者的角度来讲，MCU的SoC集成化会使硬件工程师的比例加速减少，这也是嵌入式行业发展的大趋势，不可逆转，底层软件的工程师也比5年前要减少。想在未来存活，硬件工程师就要做到更专业。不过也不用为此悲观，比如SoC型的MCU是针对专业产品设计的，它越简单、越好用，面对的市场也会越窄，这样就需要更多对射频器件与MCU的接口设计、天线调试、数据的采集、滤波处理等技术有特别好理解的专业工程师来调试、修改、投产，做好做精。厂家不可能让元件器自动具备这些功能，嵌入式硬件工程师们还会有更广阔的舞台。MCU的发展时时刻刻在变化，一切都以市场化为导向，相信万物互联的时代会带给MCU更多的可能性。