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32位MCU值得关注的技术

作者:本刊记者 迎九时间:2008-04-08来源:电子产品世界

  “32 位 的发展趋势是要求产品所需的更高的计算性能、大容量存储、低功耗、集成的复杂性和更多的软件支持,使DSP和走向功能融合(记者注:成为DSC),并有大而全的趋势。” 苏州国芯科技有限公司总经理肖佐楠总结道,同时,随着新型的电子设备对网络多媒体和无线功能需求的增加,产品集成越来越多的模拟功能和新的外围电路。随着信息爆炸性地发展,对信息安全的需求越来越迫切,这将是MCU发展的又一新热点,因此具有集成信息安全功能的CPU和大规模数据计算处理模块设计平台将会得到MCU设计用户的欢迎。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/81315.htm

  意法(ST)半导体公司大中国区微控制器事业部市场经理曹锦东补充道:未来是节能和环保的世界,对MCU来说,在各种工作状态的功耗水平,以及电机控制技术领先否,是衡量MCU是否满足未来发展要求的重要指标之一。同时,未来也是网络的时代,丰富的通讯接口也是一个重要的发展趋势。另一方面,在消费电子领域,用户体验性和友好的操作界面将变得越来越重要。

  高性能

  ARM中国总裁谭军博士说,从市场需求来看,我们认为MCU的发展趋势将围绕性能、通讯功能和用户界面三个方面。

  “内核高性能及低功耗技术是各厂家关注的重点。”MIPS 科技公司战略营销经理Ian Anderton说,MCU 开发人员必须尽可能以最低的成本创建高性能设备。为了实现该目标,他们需要有效的电源管理解决方案和确定性操作。他们也需要一个能够减少应用程序代码长度的架构,反过来可以减少所需闪存,进而降低设备成本。为了充分实现复用并满足不同的应用需求,开发人员也需要一个具有高度可配置性和灵活性的标准架构。随着业界向 32 位 MCU 过渡,他们也需要各种外设,包括 USB、HDMI 和音频编解码器等高性能输入/输出。

  NEC电子中国应用技术部部长赵明宇说,的MCU在通用的基础上,将来会向更低功耗,应用专门化、可重用性等方面发展;在此基础上,与之匹配的All Flash化、安全性等方面的技术也日益显得重要起来。

  8位到32位的平稳过渡

  对于有强大8位单片机背景的公司来说,如何使用户实现从现有的8位平稳过渡到32位成为一个焦点。NXP半导体多重市场大中华区高级产品营销经理金宇杰说,基于低端32位MCU产品开发要和8位的单片机一样简单方便:片上内存,集成的片上外设接口,无须外扩总线,可以选择使用精简的操作系统或不使用操作系统,低成本的通用开发工具。例如,NXP从8位单片机到32位ARM系统的开发没有门槛,而同时得到的是32位的高性能:速度更快,内存更大,外设接口更丰富。为支持8位到32位的产业转移,NXP已推出一系列集成高达512K的片上闪存的微处理器,近期又完成了1M片上闪存的32位微处理器。

  Freescale微控制器部高级市场经理黄耀君说,32位MCU未来会有两个发展。一是低端32位会越来越便宜,例如Freescale的RS08在32位的翻版,Freescale将会在近期推出一系列低端32位产品,特点是做8位MCU的控制延续,在8位MCU功能不能满足的情况下,用低端32位直接替代;另一方面,是取代16位MCU市场,Coldfire在16位、32位的架构都有,32位的发展越来越好。例如,08年2月26日,Freescale推出了其Flexis JM系列微控制器(MCU),特点是具有USB连接功能,32位MCF51JM128 (JM128)ColdFire MCU以及8位MC9S08JM60 (JM60)器件,二者的软件和引脚是兼容的。

  Microchip公司去年11月推出基于MIPS核的32位单片机,公司执行副总裁Ganesh Moorthy说:“在推出32位MCU前,我们冷静地思考我们要开发什么。我们要保持三个原则:1,保持兼容性,即在保持PIC单片机的精华同时,便于移植;2,有更大的容量和性能,3便于初学者学习和购买。” Microchip PIC16位和32位单片机的内核架构非常类似,引脚兼容。

  瑞萨也计划在09年推出RX系列,开发继承了H8/M16C族“DNA”的下一代控制用CPU。在08年2月底召开的“瑞萨论坛2008”上,瑞萨宣布即将推出RX系列,RX是Renesas extreme的简称,基础是32位产品,低功耗方面采用了16位架构,工作频率可达200MHz,在CISC MCU中水平较高。同时RX将和瑞萨8位的R8C有很好的互通性(不能说是继承,因为内存不同,但体系结构类似)。RX与M16C的兼容性力求在三个层面保证:1,汇编语言的兼容性,现在的M16C汇编语言和H8S的汇编语言、程序可以自动编译到RX的机器上;2,C语言的兼容性;3,OS的兼容性。实际上从编译环境和使用方式来说,编译器的形状、个体、大小都是一致的。

  各派坚持自己的内核路线

  尽管ARM在手机中独领风骚,并有大力进军32位MCU领域的态势,但是在MCU领域没有实现一统天下的局面。究其原因,控制领域的应用是多种多样的。在2月底的“瑞萨论坛2008”活动中,瑞萨科技(北京)有限公司北京技术中心总经理常清璞的话可以代表一些厂商坚持自己独有内核的原因。他说,瑞萨的优势是产品已被大量应用在各种应用领域,因此瑞萨能够采集到更全面的数据,各种更典型的应用程序,然后对它们进行分析,因而解决方案更加全面和理性,例如像外围功能的模块,从定时器、马达控制、各种应用计时器,到通讯,瑞萨的IP非常丰富。这样从内核和功能来看,瑞萨认为是有独特优势的。从实际市场的数据表明,瑞萨也是比某某的ARM要占有更多的市场。瑞萨电子(上海)有限公司国内客户事业部执行总监邱荣丰补充道:“尽管ARM的控制快、速度快,但存储不够快。瑞萨按照市场的要求,RX有快速的CPU,包括快速度的存储器,这是瑞萨的优势。”

  SoC化

  Microchip的Ganesh Moorthy认为,通用型的32位 MCU正在演化成为一种成本经济性极好的SoC解决方案,集成了复杂的模拟功能(例如ADC)、大规模的内存、非常复杂的功能。例如:USB移动通(USB On The Go)]和高性能的内核(例如MIPS核)。在一个标准的32位 MCU上实现水平如此之高的集成化,可以为客户提供一种可以替换传统ASIC的经济性好的解决方案。

  低成本化

  ARM Cortex-M3是ARM公司近年推出的一个低成本内核,主打存储器和处理器的尺寸对产品成本影响极大的各种应用市场,是针对这些市场的低成本需求专门开发设计的微处理器内核。记者推测是ARM公司为其流行的ARM7(1993年开始问世)的补充或替代,成本更低,效率更高。

  Luminary Micro公司是第一个采用ARM Cortex-M3(06年夏天)的勇于吃螃蟹者,首席市场官Jean Anne Booth号称Luminary已经夷平了8位、16位和32位 MCU之间的障碍:“我们可以提供具有32位性能、而价格堪与8位和16位解决方案相竞争的解决方案。”产品从Cortex-M3的20MHz@ 1美元(与8位市场竞争)一直到Cortex A8 的1GHz,在保证指令集兼容性的情况下,其价格和性能的变化范围很宽。其优势是,各家公司中第一次能够利用同一个指令集和代码基来满足其在整个性能和成本变化范围上的需要。Luminary Micro专注于工业市场上的电源、安全和连接部分。

  ST公司2007年6月也推出了基于ARM Cortex-M3的产品,并且新闻发布会的首站选择了偏爱低成本的我国。与Luminary不同的是,ST希望用Cortex-M3核心的MCU主打16位市场。ST赞誉Cortex-M3测试达到1.25DIMPS/MHz,而流行的ARM7TDMI只有0.95 DIMPS/MHz。在性能方面,STM32系列的处理速度比同级别的基于ARM7TDMI的产品快30%,换句话说,如果处理性能相同,STM32产品功耗比同级别产品低75%。同样地,使用新内核的Thumb 2指令集,设计人员可以把代码容量降低45%,几乎把应用软件所需内存容量降低了一半。STM32系列产品按性能又分成两个不同的系列:STM32F103“增强型”和STM32F101“基本型”,基本型的32位闪存、48引脚产品每万片1.8美元左右。除了工业、家电、消费电子应用外,该系列还定位于低功耗的设备,如血糖和血脂监测设备。

  FPGA应用

  由于FPGA已经进入65nm时代,成本与SoC/ASIC越来越接近,一些习惯使用FPGA进行批量的生产厂商,需要增加MCU/处理器等功能。另外一种情况是,尽管MCU是比较标准化、通用化的产品,但还是不能满足所有要求。对于一些特殊的需求,MCU供应商往往希望先从FPGA开始,进行小规模的生产,在获得成功后再进行更大的量产。

  IP的选择和RTOS匹配

  对于FPGA中嵌入MCU,需要考虑多方面。Xilinx亚太区DSP产品及解决方案营销业务的高级经理林鸿瑞说,对于FPGA选用MCU内核,除了MCU内核以外,我们还必须考虑到对外设模拟/数字IP的需求,以及MCU是否能够支持实时操作系统(RTOS)。

  选择MCU内核仅仅解决了复杂问题的一部分。开发人员需要选择配有适当外设的MCU来满足自己的最终产品要求。如果选择的MCU带有许多用不到的外设可能会增加总体系统成本。另外,对能够运行RTOS的MCU的需求也在增长。使用RTOS有几大显著原因:除了提供实时多任务能力以外,RTOS施加的任务型设计流程比没有RTOS的系统更清晰,更容易组织;RTOS支持代码重利用,通过提供中间件链接和缩短开发时间为应用提供有用的服务。在时序关键的应用中,RTOS可预测的响应时间也进一步保证了应用的质量。

  为进一步适应这一趋势,除已经为Microblaze软内核提供的免费IP以外,Xilinx公司还新提供了4款免费IP(IIC、UART、FPU 和 10/100 lite EMAC)。为满足RTOS需求,Xilinx还发布了其支持Linux 2.6 RTOS的Microblaze软内核版本。

  Cortex-M1

  ARM曾试图和一些FPGA厂商合作,把ARM7打进FPGA领域,但是没有流行起来。为此,ARM推出了针对FPGA应用优化的Cortex-M1处理器。07年3月,Actel在京宣布采用ARM公司专为FPGA优化的新核Cortex-M1,Actel亚太区总经理赖炫州说,FPGA优化Cortex-M1在资源占用和速度方面取得了平衡,不仅如此,凭借着Actel超低功耗专利技术优势,在睡眠模式下,Cortex-M1耗电最低可少于8mA。

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关键词: 32位 MCU 200804

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