32位MCU

Cartesiam,EdgeImpulse和Motion Gestures三家公司将各自机器学习(ML)产品集成至Microchip的MPLAB®X集成开发环境中

Microchip Technology Inc.(美国微芯科技公司)今日宣布,已与Cartesiam、Edge Impulse和Motion Gestures三家公司达成合作,在MPLAB® X集成开发环境(IDE)中采用基于Arm® Cortex®的32位单片机和微处理器,简化在边缘部署机器学习。将上述合作伙伴的软件和解决方案接口接入其设计环境后,Microchip将成为业内唯一一家支持客户完成包括数据收集、模型训练和接口实施在内的人工智能与机器学习(AI/ML)项目各个阶段的公司。

Microchip人机界面和触摸产品部副总裁Fanie Duvenhage表示:“我们32位单片机在边缘人工智能应用中的采用率正在迅速增长,对嵌入式系统开发人员来说,设计从此不再困难。使用包括EV18H79A或EV45Y33A等在内的ML评估工具包,测试解决方案也将变得非常容易。”

关于合作伙伴的产品

Cartesiam成立于2016年,是一家专注于单片机人工智能开发工具的软件发行商。Cartesiam的开发环境NanoEdge AI™ Studio已取得专利,能帮助嵌入式开发人员在预先没有任何人工智能知识的情况下,快速开发单片机专用机器学习库。全球各地数百家厂商都在生产采用了Cartesiam公司技术的各类器件。

Edge Impulse是一个面向嵌入式机器学习的端到端开发人员平台,支持工业、商用和可穿戴市场的企业开发智能设备。平台免费为开发人员提供数据集收集,数字信号处理(DSP)和机器学习算法,软件测试,以及跨多种传感器、音频和视觉应用的高效接口代码生成功能。受益于Microchip的MPLAB X集成开发环境和评估工具包支持,开发人员只需几分钟就能开始工作。

Motion Gestures成立于2017年,是一家基于人工智能的嵌入式手势识别软件供应商,为包括触控、运动(如惯性测量单元)和视觉在内的不同传感器提供功能强大的手势识别功能。与常规解决方案不同的是,该公司的平台无需收集手势模型的训练数据或编写代码,而是采用了先进的机器学习算法。因此,手势识别软件的开发时间和成本降低90%,而识别准确率提高到接近100%。

欢迎在嵌入式视觉峰会期间观看演示

美国时间9月15-17日(北京时间9月16-18日)举行的2020嵌入式视觉峰会在线会议上将有讨论MPLAB X IDE 机器学习部署的环节。美国太平洋夏季时间每天上午10:30到下午1:00(北京时间每天凌晨1:30到凌晨4:00),与会者都可以在Microchip的线上展会上观看视频演示。

如果您想与我们的专家就用于机器学习部署的Microchip增强型MPLAB X IDE 或32位单片机在边缘人工智能的应用等话题进行交流,请与我们联系。您还可以访问Microchip.com/ML了解更多信息。客户还可以与Microchip销售代表联系安排产品演示。

Microchip的机器学习开发工具包含有:

-EV18H79A:采用TDK 6轴MEMS的SAMD21 机器学习评估工具包

-EV45Y33A:采用BOSCH惯性测量单元的SAMD21 机器学习评估工具包

-SAMC21 XPlained Pro评估工具包(ATSAMC21-XPRO),以及QT8 XPlained Pro扩展工具包(AC164161):可用于评估Motion Gestures解决方案

-VectorBlox加速器软件开发工具包(SDK):帮助开发人员在Microchip的PolarFire® FPGA上创建低功耗、小尺寸AI/ML应用

新闻图片:www.flickr.com/photos/microchiptechnology/50324451713/sizes/l/

Microchip Technology Inc. 简介

Microchip Technology Inc.是致力于智能、互联和安全的嵌入式控制解决方案的领先供应商。 其易于使用的开发工具和丰富的产品组合让客户能够创建最佳设计,从而在降低风险的同时减少系统总成本,缩短上市时间。Microchip的解决方案为工业、汽车、消费、航天和国防、通信以及计算市场中12万多家客户提供服务。Microchip总部位于美国亚利桑那州Chandler市,提供出色的技术支持、可靠的产品交付和卓越的质量。详情请访问公司网站www.microchip.com

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模块化参考设计帮助用户为各种应用选择不同的功能块,缩短上市时间、节省BOM成本及资源

瑞萨电子集团宣布推出一款48V电动车应用成功产品组合解决方案,可帮助用户加快电动滑板车、电动自行车、混合动力汽车、UPS和储能系统的开发。该参考设计在硬件和软件中均采用模块化方法以展示核心及可选功能块,可用于多种24V-48V应用,如割草机、手推车、机器人清洁器、电动工具、移动电源等。该成功产品组合使用了15个瑞萨IC产品,包括三个关键器件:ISL94216 16芯电池前端(BFE)、强健的HIP2211 100V MOSFET驱动器以及用于电机控制的RX23T 32位微控制器(MCU)。这一解决方案由25AHr锂离子电池供电,驱动1600W逆变器达到5000rpm的速度。

瑞萨电子系统及解决方案市场部总监D.K Singh表示:“电动滑板车和电动自行车等微型交通工具为出行的第一公里和最后一公里提供了一种极具吸引力的低碳出行方式。随着电芯平衡技术在充电过程中扮演越来越重要的角色,对此类应用不断增长的需求正在推动全新的电池管理功能。我们推出的新型48V电动车应用成功产品组合融合了瑞萨先进的BFE、业界领先的MCU、模拟和功率器件以及创新的电机控制技术,帮助客户加快大功率和大扭矩电动滑板车及电动自行车的开发。”

48V电动车成功产品组合包括两块板卡,可满足电动车应用所需的更高电池电芯数和功率水平。BFE和充电器板专注于更大、更高电压的电池组。电机控制和逆变器板具有同步的电流/电压测量与驱动器,这些驱动器采用脉宽调制技术(PWM)驱动电机并监测电机状态。该算法与硬件非常适合驱动直流无刷(BLDC)电机。此外,该方案还提供两个可选板卡——无线充电接收器板和低功耗蓝牙®(BLE5.0)控制板。

对于系统控制,全新成功产品组合采用成本优化且高能效的RX23T MCU,内置浮点运算单元(FPU)和六个专用于复杂逆变器控制算法的高性能定时器。这些特定的功能与模块化设计帮助工程师显著缩短软/硬件开发和调试时间。此外,与其它大容量单芯片电池管理器不同,高度集成的ISL94216提供了多项功能,可以平衡和监测系统状况,从而独立于MCU来延长电池寿命并提升安全性。该成功产品组合方案还使用ISL81601 60V双向4开关同步升/降压控制器进行超快速充电;控制器的CC/CV充电器配置文件通过系统MCU运行。

48V电动车成功产品组合方案的关键特性

  • BFE和充电器板
    • ISL94216 16芯BFE支持高达200mA+的外部电芯平衡——实现大型电池组快速充电及高利用率的关键,热插拔容差高达62V
    • BFE为4芯至16芯电池组提供全高压侧电池保护与监控
    • 具有内置FPU的瑞萨RX23T 32位MCU支持对整个系统的完全控制
    • 瑞萨ISL28214运算放大器提供低功耗与输入偏置,ISL81601最大限度提升充电效率,并使用电流感测和I/O监测来调整输入电平
    • 瑞萨ISL84051多路复用器可处理多达8个输入,具有低RDSon连接性及纳秒级切换时间
  • 电机控制和逆变器板
    • 电机控制和逆变器板支持48V电池组,使用带有电机控制传感器的1600W逆变器动力总成,可达到5000rpm
    • 电机控制和逆变器板包括DC/DC转换器、ISL28191运算放大器电流传感器、ISL80410 LDO稳压器、HIP2211 100V半桥MOSFET驱动器和MOSFET组;可连接至BFE和充电器板
  • 可选板卡与手机端应用
    • 带有RX23W MCU的BLE控制板通过BLE实现安全的手机连接,可用于油门控制、电池状态、GPS连接和保存历史路线;连接至BFE和充电器板。该MCU特别选取自同一RX产品家族,以实现软件设计的一致性
    • 无线充电接收器板具有两个并联使用的瑞萨无线接收器,以根据需要提高输出;连接至BFE和充电器板
    • 通过手机端应用解锁滑板车,控制开/关电源和电机启动
    • 电动车解决方案可实现每隔1秒将诊断和参数数据发送至手机端的安全BLE信道

供货信息

有关瑞萨48V电动车成功产品组合解决方案的更多信息,如系统框图、BOM清单和数据表等,请访问www2.renesas.cn/solutions/industrial-automation/motion-and-drives/48v-mobility-solution

全新ISL94216 16芯BFE(64引脚QFN封装)现可从瑞萨电子全球分销商处购买,每1,000片批量时价格为2.99美元/片。了解更多信息并获取评估板,请访问www2.renesas.cn/products/ISL94216

关于瑞萨成功产品组合

旨在将瑞萨丰富的模拟+电源+嵌入式处理产品组合在一起,打造完整的解决方案,我们的产品专家推出了“成功产品组合”。通过这些引人注目的出色方案帮助我们的客户加速设计进程,加快产品上市速度。此类产品组合的重点为垂直领域,包括工业、基础设施、汽车和消费电子,以服务全球更多的客户及合作伙伴。了解我们超过200款的成功产品组合,请访问www2.renesas.cn/WIN

关于瑞萨电子集团

瑞萨电子集团 (TSE: 6723) ,提供专业可信的创新嵌入式设计和完整的半导体解决方案,旨在通过使用其产品的数十亿联网智能设备改善人们的工作和生活方式。作为全球领先的微控制器供应商、模拟功率器件和SoC产品的领导者,瑞萨电子为汽车、工业、家居、基础设施及物联网等各种应用提供综合解决方案,期待与您携手共创无限未来。更多信息,敬请访问renesas.com。关注瑞萨电子微信公众号领英官方账号,发现更多精彩内容。

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支持5V工作,专用单电机逆变器控制功能和丰富的低引脚数封装

2020 年 3 月 31 日,日本东京讯 ― 全球领先的半导体解决方案供应商瑞萨电子株式会社(TSE:6723)今日宣布推出32位微控制器(MCU)RX13T产品组,可对消费电子和工业应用中风机或泵用紧凑型电机进行高效逆变器控制,取代传统电机常用的开关类型控制。其中包括注重能效的工厂设备,如排水、供水泵和数据服务器的冷却风扇;以及需要较长运行时间的电池供电类家用电器产品,如电动工具、真空吸尘器等。

全新RX13T产品组集成了为单电机逆变控制而优化的丰富功能,减少芯片外设元件数量,并提供低引脚数封装,为电机控制带来了更高效率和更低BOM成本。

RX13T MCU是首批以32MHz运行并带有浮点运算单元(FPU)的MCU(注1),并传承RX产品家族所具备的强大功能,如逆变器控制计时器(MTU3)、12位A/D转换器、可编程增益放大器(PGA)和数据闪存,从而在单芯片上实现无刷直流电机控制。

瑞萨电子物联网平台业务部副总裁伊藤荣表示:“32位RX产品家族拥有丰富的产品阵容,自10年前推出市场便一直专注于电机控制领域。RX13T展示了瑞萨电子持之以恒地帮助全球客户在每种类型的电机控制解决方案中实现能源和成本效益的承诺。在RX上市10周年之际,我们致力于提供持续的产品创新,以服务使用RX产品家族开发解决方案的客户及合作伙伴。”

RX13T产品组是RX产品家族里首款采用紧凑32引脚LQFP封装和48引脚LFQFP封装的产品。此外,还计划发布更小的32引脚5mm x 5mm及48引脚7mm x 7mm QFN封装版本。在逆变器计时器和引脚分配等方面与RX23T 和 RX24T等现有产品高度兼容,用户可以轻松复用现有硬件及软件设计资源。

瑞萨配备RX13T CPU卡作为开发环境的一部分,支持24V电机控制评估套件(带电机)。具备仿真器功能,用户无需额外的片上调试仿真器,只需通过USB线将CPU卡连接至PC就可以快速启动评估。此外,还提供了用于无传感器矢量控制的电机控制示例代码,并支持Renesas Motor Workbench 2.0 电机控制开发支持工具,以帮助开发人员实现电机控制应用的快速评估和开发。

RX13T产品组的关键特性:

  • RXv1 CPU内核,32 MHz工作频率,性能高达98.56 CoreMark(注2)。
  • 片上FPU可消除执行定点算术运算时对溢出处理的需求,并有助于提高软件代码可读性。
  • 支持2.7V至5.5V的宽电源电压;5V工作电压的支持可大幅提升抗噪性能。
  • 包含用于逆变器控制的MTU3计时器模块。定时器计数器时钟与CPU运行时的高速时钟同频率运行,易于生成逆变器控制所需的具有死区时间的互补PWM输出。
  • 专用通道的采样和保持功能(用于三个通道)允许同时采样三相电流值,从而无需进行纠错并减轻软件负担。v
  • 具备128KB或64KB片上代码闪存、12KB片上SRAM、4KB片上数据闪存,无需外部EEPROM。
  • 丰富的片上外围功能,如三通道PGA、三通道比较器和高速片上谐振器(HOCO,精度为±1.0%),以减少外围元件需求。
  • 支持工作温度范围,-40°C至85°C和-40°C至105°C。满足工业及消费电子领域日益增长的对高温环境运行的需求。

供货信息

RX13T现已上市,根据封装、存储容量和引脚数量不同,产品价格不等。具备64KB ROM的32引脚QFP封装型号产品每10,000片批量单价为每片0.99美元(价格或供货信息若有变更,恕不另行通知)。

更多信息

有关RX13T产品组的更多信息,请访问:https://www2.renesas.cn/products/microcontrollers-microprocessors/rx/rx1...

注释

(注1)来源于瑞萨电子研究数据,截至2020年3月31日。
(注2)CoreMark:美国嵌入式微处理器基准联盟(EEMBC®)专为评估CPU核心性能而开发的基准测试;该值表示运行能力。

关于瑞萨电子株式会社

瑞萨电子株式会社 (TSE: 6723) ,提供专业可信的创新嵌入式设计和完整的半导体解决方案,旨在通过使用其产品的数十亿联网智能设备改善人们的工作和生活方式。作为全球领先的微控制器供应商、模拟功率器件和SoC产品的领导者,瑞萨电子为汽车、工业、家居、办公自动化、信息通信技术等各种应用提供综合解决方案,期待与您携手共创无限未来。更多信息,敬请访问renesas.com。

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我们正在见证,我们人生中最惊心动魄的一段历史。美国也成为全球除中国以外第5个确诊病例数过万的国家,其他4国分别为意大利、伊朗、西班牙、德国。 全球疫情升级,测温方案也在升级。

为何做一把合规的额温枪困难重重?

红外额温枪利用“普朗克黑体辐射定律”,吸收人体的红外辐射来测温。国标要求,16°C到35°C范围内,测温精度达到±0.2℃即可。但额温枪测量的并非理想信号,还需要考虑客观误差、环境影响等因素。所以硬件设计时,要求达到±0.1℃甚至更高的精度。

图为CS32A039红外额温枪单芯片方案示意图

信号链MCU——CS32A039

考虑到硬件的固定误差可以在生产中校准,实际测量误差主要来源于放大器失调电压温漂、增益误差温漂、ADC测量误差、及基准的温漂。所以零漂移放大器、高性能ADC和低漂移基准是红外测温枪设计的关键。为解决痛点,芯海科技推出了新一代信号链MCU——CS32A039,实现了单芯片红外额温枪方案。

图为CS32A039的框图

高精度&高集成度

CS32A039集成了24位全差分ΣΔADC、零漂移放大器、低温漂参考电压/LDO,无需额外的外围器件,足以满足高精度红外测温的需求。

芯片还集成12位高速SAR-ADC、温度传感器、电池电压测量通道,可同步测量环境温度、电池电压等参数。

除此之外,CS32A039的信号链IO还支持红外热释电、压力、惠斯通电桥等多种传感器,实现人体感应、压力触控、气压检测等多种功能。

图为高精度红外测温示意图

可靠性高,易过认证

芯片符合IEC60730的可靠性标准,抗干扰能力强,支持Memory硬件校验、安全时钟等多种可靠性措施,可以满足工业控制、医疗等应用场合的可靠性要求。

生态成熟,开发方便

芯片选用ARM Cortex-M0内核,频率48MHz。还包括5通道DMA,内置8KB SRAM和64KB Flash,CRC-32计算模块和96位UNID,处理能力强。开发者可以使用芯海科技32位通用MCU的开发资源,以及网上海量的开发资源,实现快速、灵活的开发和调试。

图为信号链MCU开发套件

外设丰富,扩展性好

芯片集成多个高性能高级定时器、实时时钟(RTC)、PWM、USART、高速SPI、主从I2C等丰富的数字外设,以满足多样的控制、通讯需求。

强大的双ADC信号链MCU,不止测温

疫情终将过去,发展才是根本。相比友商,CS32A039最大的特点就是双ADC架构(高速ADC和高精度24位ADC),以及32位的M0带来的处理能力。除了存储空间大,成熟的开发环境能让更多人轻松上手信号链MCU。强大的芯片加上芯海的算法优势和高级别的产业链安全等级,势必会为全球抗疫物资的补给提供有力的保障。

精准测温绝不是在疫情时期的昙花一现,CS32A039的优势战场不仅在红外额温枪,“志在产业升级”不是一句空话。芯海全系列信号链MCU将在AIoT中发挥“精准感知+精准控制+精准一站式服务”的作用。

有意请联系(微信同号)
陈先生:17190417123
李先生:18666193687

来源:芯海科技

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根据市调机构的分析数据指出,近年来尽管32位MCU异军突起,然而8位MCU每年依然占有全球MCU市场的35%以上市占率。在知名电子产品分销商Mouser的网站上,可供选择的8位MCU数量几乎可与32位MCU相比拟。可见在32位MCU当道之下,8位MCU不仅没有销声匿迹,反而占有另一片天。目前包括了NXP、Microchip、ST、Silicon Labs、ADI、瑞萨、TI等半导体公司,都提供市场大量的8位MCU选择。

8位MCU比起32位MCU,具有超过30年的领先优势,并且在现今的嵌入式系统中依然占据主导地位,对于8位MCU来说,其控制能力比起处理能力更受到市场的关注。尽管过去仍有16位MCU,然而在8位和32位MCU的竞争下,16位MCU不论在规格、功能和优势等方面都受到挤压。

1、8位和32位的抉择

在许多嵌入式设计上,8位MCU比32位拥有更容易设计的优势,依循8位架构的软件和硬件比起32位将更为简易。

回顾多年前,由于价格下降加上性能提升,使得32位MCU开始受到市场关注。这些优异的性能,加上更低的功耗,两相结合使得32位MCU产生一种不可抗拒的吸引力,在许多传统看不到32位的产品上,现在都纷纷可见到32位MCU的身影,例如手表或者家电(如冰箱)等。

一个存在设计人员心中很久的疑问,8位MCU与32位MCU到底差异在哪里?设计时又该如何做出正确选择?

众所周知,8位MCU在物理尺寸、功耗和成本方面优于32位MCU。设计项目本身或系统要求,将决定必须采用哪一种MCU。事实上,8位与32位MCU现阶段在成本方面并没有太大的不同,效能上则是一个比另一个更强大。但是,在设计时要做出正确的选择,了解两个微控制器之间的根本差异就非常重要。

一般来说,8位MCU在任何特定时间都只能进行8位的数据资料处理。而理论上,32位MCU则可以处理四倍的数据量,就技术面来看,32位MCU的确可以提高数据处理效率。但是,在8位和32位MCU之间进行选择,比较大的差异将会是在其资料处理的宽度。

通常面对8位和32位MCU之间抉择的时候,考虑以下几种差异性,将有助于为设计做出最佳决策。

2、成本与尺寸

首先,必须先从几个层面检查系统要求。在某些情况下,很明显8位MCU就足够了,特别是如果最终的程序只需容纳不到8KB的内存,并且预算要求很低,加上系统以及代码和数据量都很小,而且还必须兼顾到成本、物理尺寸和功耗等因素的话,那么8位MCU可能就足够了。

一般来说,8位MCU的成本较低,且尺寸也小于32位MCU,但近年来,32位MCU的成本越来越有竞争力,换句话说,相同价格之下,采用32位MCU可以提供更多的应用可能性。至于在整体功耗方面,处理效能较慢的8位MCU总是会胜过更快的32位MCU。

如果还是做不了决定的话,或许可以从这个角度来观察。基本上,在32位MCU价格竞争力越来越强的情况下,其价格与8位MCU越来越接近,或者可以说,8位MCU的价格就可以买到效能更优异的32位MCU了。

尽管32位MCU可以透过4倍的处理速度来执行更复杂的运算,然而在获取更高运算效能的同时,却也必须付出其他代价,也就是功耗同时将会提高。要知道在嵌入式系统(特别是类似物联网这种采用电池供电的装置)中,每多一份意料之外的耗电量都会成为整体系统的庞大负担。因此,如果所设计的系统对于MCU的需求,是介于8位与32位之间的灰色地带,但同时又对于功耗问题特别在意的话,那么8位MCU的吸引力真的会令设计人员无法抗拒。

3、运算速度和存储

与8位MCU相比,32位MCU的主要优势之一是其更出色的处理速度。典型的8位MCU通常以8 MHz运行,而32位MCU的时脉频率则可达数百MHz。如果只是使用MCU来开启机械继电器,就很可能会忽略到这些数据处理时的速度差异。但是,当运行的是需要大量数据处理的应用程序时,这些速度上的差异就会变得明显。例如,每天要处理上千次工作的门禁控制器,就需要采用32位的MCU。

8位MCU的优势在于价格便宜且易于使用。事实上,在许多应用中,它们已经被使用了40年之久,却仍然非常受欢迎。但是,如果所欲处理的是需要大量内部随机存取存储(RAM)的工作,那么可能就必须采用32位MCU来替换8位。32位MCU的RAM通常比8位产品多8倍。因此,例如工程师需要一个巨大的缓冲区来储存音讯数据的话,那么32位MCU便是最好的应用选择。

4、增加周边设备

通常来说,采用MCU的系统又称为嵌入式系统。嵌入式系统设计的基础,包括根据项目要求来增加所需要的周边设备。如果所需要的周边包括了以太网络、USB、UART和控CAN总线等介面,那么8位MCU肯定就不太足够。在使用上8位MCU还必须要增加这些通讯介面的芯片,这可能比采用单独的32位MCU还要花费更多。

与8位MCU相比,通常32位MCU的功能更丰富。凭借出色的处理速度,32位MCU可以有效地处理多个外部设备。但是必须注意的是,使用32位MCU将会消耗更多功率,尤其是在所有外部设备都开启运作时。

5、简单就是最大优势

8位MCU特色在于架构简单。相较之下,处理效能更加优异的32位MCU,却同时也背负着架构复杂的原罪。在设计上,有一个很重要的因素,就是简单。8位MCU的简单性创造了以下几项优势:在许多嵌入式设计上,8位比32位拥有更容易设计的优势,依循8位架构的软件和硬件比起32位将更为简易。

另外,开发工具也可以是设计成败的关键,因为特定的MCU可能无法使用免费设计工具,付费工具的成本可能会高到每个几百甚至到几千美元(视设计规模而定)。因此,免费的开放工具将有很大的吸引力。而所选择的MCU社群论坛也可能影响设计的成败,因为这取决于制造商的这款MCU产品有多少使用者支持,越多使用者的社群论坛,就有更多参考价值高的资料库文档。这对于设计的好坏与成败也具有重大的影响性。

本文引用地址: http://www.21ic.com/news/mcu/201901/865661.htm

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该如何对8位以及32位的MCU进行选择?8位和32位MCU在功能上仍是互为辅助、各有千秋,这其中的诀窍就在于,需先了解什么样的应用适合什么样的MCU架构。

本文对比了8位MCU和32位MCU的使用案例,也可作为如何选择这两种MCU架构的指南使用。本文中大部分32位MCU的范例将关注ARM Cortex-M,Cortex-M在不同MCU供应商产品组合中表现得非常相似。鉴于8位MCU有很多种架构,所以很难对8位供应商产品进行类似的比较。为了便于进行比较,我们将使用广泛应用、易于理解的8051 架构,该架构深受嵌入式开发人员的青睐。

8位和32位MCU该如何选择?

有时,当我对比人们所熟知的事物(例如ARM和8051)时,感觉就像在物联网论坛上发出「《星际争霸战》比《星际大战》好看」的帖子一样,很快就能火起来。

事实上,ARM Cortex和8051哪个更好并不是个逻辑问题,就像是在问:吉他和钢琴哪个更好?真正要解决的问题应是哪种MCU能帮我更好地解决当下面临的问题。不同的任务需要使用不同的工具,我们的目的是要了解「如何才能更好地运用我们所拥有的工具」,包括8位和32位MCU。几乎可以肯定地说,那些简单回答「ARM更好」或「8051更好」的人各有其目的,他们也许正在试图销售某种产品。

对不同的设备进行比较,需要对其进行测量。有很多构建工具可供选择,我们尽量选择一些场景,我认为其能够进行最公平的比较,且最能代表开发人员的真实体验。

并非所有的MCU都是一样的

在开始对架构进行比较之前,要注意到并非所有生产的MCU都是一样的,这一点非常重要。如果将基于ARM Cortex-M0+处理器的现代MCU与30年前的8051 MCU进行对比,8051 MCU在性能对比上不会胜出。幸运的是,依然有许多供应商一直在对8位处理器持续投资。在许多应用中,8位内核能依然能够弥补M0+或M3内核不利的地方,甚至在一些方面性能更佳。

开发工具也很重要。现代嵌入式固件开发需要全功能IDE、现成的固件库、丰富的范例、完整的评估和入门套件以及助手应用以简化硬体设定、库管理和量产程式设计之类的工作。当MCU有了现代化的8位内核和开发环境后,在很多情况下,这样的MCU将超越基于ARM Cortex的类似MCU。

系统规模

一般性原则是,ARM Cortex-M内核更适用于较大的系统规模,而8051设备适用于较小的系统规模。中等规模的系统可以选择两种方式,这取决于系统要执行的任务。有必要注意一点,在大多数情况下,外设组合将会发挥重要的作用。如果需要3个UART、1个LCD控制器、4个时钟和2个ADC,你可能并不会在8位MCU上找到所有这些外设。

易用性vs成本和尺寸

对于中等规模的系统来说,使用任何一种架构都可以完成工作,需要权衡的是选择ARM内核带来的易用性,还是8051设备带来的成本和物理尺寸优势。ARM Cortex-M架构具有统一的存储映射模式,并且在所有常见编译器中支持完整的C99,这使得这种架构非常易于写固件。此外,还可得到一系列库和协力厂商代码。当然,这种易用性的代价就是成本。对于高复杂性、上市时间较短的应用或缺乏经验的固件开发人员来说,易用性是个重要因素。

尽管8位与32位组件相比有些成本上的优势,但真正的区别就在于成本级别。大家经常会发现具有2 KB/512 B(Flash/RAM)的小容量8位器件,而却很少见低于8 KB/2 KB的32位器件。在不需要很多资源的系统中,该范围的存储容量能够让系统开发人员获得显著降低成本的解决方案。因此,对成本极为敏感或仅需较小存储容量的应用会更倾向于选择8051解决方案。

通常,8位器件也具有物理尺寸上的优势。例如,某些MCU的32位QFN封装为4 mm×4 mm,而基于8051的8位器件的QFN封装可小至2 mm×2 mm。芯片级封装(CSP)的8位和32位架构之间的差异较小,但却使成本增加,且组装较难。对于空间严格受限的应用来说,通常需要选择8051 MCU来满足限制要求。

通用代码和RAM效率

8051 MCU成本较低的主要原因之一是,它通常比ARM Cortex-M内核更高效地使用Flash和RAM,这允许系统采用更少资源实现。系统越大,这种影响就越小。

但这种8位存储资源的优势并不总是如此,在某些情况下,ARM内核会像8051内核一样高效或比其更高效。例如:32位运算仅需要一条ARM设备指令,而在8051 MCU上则需要多条8位指令。显然,这种代码在ARM架构上有更高的执行效率。

ARM架构在Flash/RAM尺寸较小时的两个主要缺点是:代码空间效率和RAM使用的可预测性。首要也是最明显的问题是通用代码空间效率。8051内核使用1位组、2位组或3位组指令,而ARM内核使用2位组或4位组指令。通常情况下,8051指令更小,但这一优势因实际上花费许多时间而受到削弱,ARM内核比8051在一条指令下能做更多工作,32位运算就是这样一个范例。实践起来,指令宽度是能在8051上产生适度的更密集代码。

代码空间效率

在含有分散式访问变数的系统中,ARM架构的载入/存储架构通常比指令宽度更为重要。试想讯号量的实现,一个变数需要在代码周围的多个不同位置进行减量(分配)或者增量(释放)。ARM内核必须将变数载入到寄存器,对其进行操作并重新存储,这需要3条指令。另一方面,8051内核可以直接在记忆体位置上进行操作,且仅需1条指令。随着每次对变数完成工作量的增大,由于载入/存储而产生的消耗就变得微不足道。但对于每次仅完成一点工作的情况来说,载入/存储能产生重要影响,让8051获得明显的效率优势。

尽管讯号量在嵌入式软件中并非常见,但简单的计数器和标志讯号量却广泛应用于控制导向的应用中并起着相同的作用。许多常见的MCU代码都属于这一类型。

另一个原因是,ARM处理器比8051内核拥有更多的自由使用栈空间。通常情况下,8051设备针对每次函式呼叫仅在栈上存储返回位址(2位组),通常通过分配给栈的静态变数处理大量的任务。

在某些情况下,这会产生问题,因为这会造成函数预设不可重入。然而,这也意味着必须保留的栈空间很小,且完全可预测,这在RAM容量有限的MCU中至关重要。

架构细节

现在,我们来说基本情景。假设有基于ARM和基于8051的MCU各一个,配有所需的外设,那么对于较大的系统或需要重点考虑易用性的应用来说,ARM设备是更好的选择。如果首要考虑的是低成本/小尺寸,那么8051设备将是更好的选择。下面我们对于每种架构更擅长的应用进行更详细的分析,同时也划分出一般原则。

(1) 延时

两种架构的中断和函式呼叫延时存在很大差异,8051比ARM Cortex-M内核更快。此外,高级外设汇流排(APB)配备的外设也会影响延时,这是因为资料必须通过APB和AMBA高性能汇流排(AHB)传输。最后,当使用高频内核时钟时,许多基于Cortex-M的MCU需要分配APB时钟,这也增加了外设延时。

我做了1个简单的实验,实验中的中断是通过I/O引脚触发的。该中断对引脚发出一些信号,并根据引发中断的引脚更新标志。然后我测量了一些参数显示了32位的实现。

简单说明这个实验结果,8051内核在中断服务程式(ISR)进入和退出时显示出优势。但是,随着中断服务程式(ISR)越来越大和执行时间的增加,这些延迟将变得微不足道。和已有原则一致,系统越大,8051的优势越小。此外,如果中断服务程式(ISR)涉及到大量资料移转或大于8位的整数资料运算,中断服务程式(ISR)执行时间的优势将转向ARM内核。例如,一个采用新样本更新16位或32位移动平均的ADC ISR可能在ARM设备上执行得更快。

(2) 控制vs处理

8051内核的基本功能是控制代码,其中对于变数的访问是分散的,并且使用了许多控制逻辑(if、case等)。8051内核在处理8位资料时也是非常有效的,而ARM Cortex-M内核擅长资料处理和32位运算。此外,32位资料通道使得ARM MCU复制大包的资料更加有效,因为它每次可以移动4个位组,而8051每次仅能够移动1个位组。因此,那些主要把资料从一个地方移动到另一个地方(例如UART到CRC或者到USB)的流资料处理的应用更适合选择基于ARM处理器的系统。

这并不意味着有大量资料移动或32位运算的应用不应该选择8051内核完成。在许多情况下,其他方面的考虑将超过ARM内核的效率优势,或者说这种优势是不相关的。考虑使用UART到SPI桥接器,该应用花费大部分时间在外设之间复制资料,而ARM内核会更高效地完成该任务。

然而,这也是一个非常小的应用,可能小到足以放入一个仅有2 KB存储容量的器件就足够合适。尽管8051内核效率较低,但它仍然有足够的处理能力去处理该应用中的高资料速率。对于ARM设备来说,可用的额外周期可能处于空闲回圈或「WFI」(等待中断),等待下一个可用的资料片到来。在这种情况下,8051内核仍然最有意义,因为额外的CPU周期是微不足道的,而较小的Flash封装会节约成本。如果我们要利用额外的周期去做些有意义的工作,那么额外的效率将是至关重要的,且效率越高可能越有利于ARM内核。这个例子说明,清楚被开发系统所关注的环境中的各种架构优势是何等重要。做出这个最佳的决定是简单但却重要的一步。

(3) 指针

8051设备没有像ARM设备那样的统一的存储映射,而是对存取码(Flash)、IDATA(内部RAM)和XDATA(外部RAM)有不同的指令。为了生成高效的代码,8051代码的指标会说明它指向什么空间。然而,在某些情况下,使用通用指标可以指向任何空间,但是这种类型的指标是低效的访问。例如,将指标指向缓冲区并将该缓冲区资料输出到UART的函数。如果指标是XDATA指标,那么XDATA阵列能被发送到UART,但在代码空间中的阵列首先需要被复制到XDATA。通用指标能同时指向代码和XDATA空间,但速度较慢,并且需要更多的代码来访问。

专用区域指标在大多情况下能发挥作用,但是通用指标在编写使用情况未知的可重用代码时非常灵活。如果这种情况在应用中很常见,那么8051就失去了其效率优势。

(4) 通过选择完成工作

我已经注意到多次,运算倾向于选择ARM,而控制倾向于选择8051,但没有应用仅仅着眼于计算或控制。我们怎样才能表征广义上的应用,并计算出它的合适范围呢?让我们考虑一个由10%的32位计算、25%的控制代码和65%的一般代码构成的假定的应用,它不能明确地归于8位或32位类别。

这个应用也更注重代码空间而不是执行速度,因为它并不需要所有可用MIPS,并且必须为成本进行优化。成本比应用速度更为重要的事实在一般代码情形下将给8051内核带来微弱优势。此外,8051内核在控制代码中有中间等级的优势。ARM内核在32位计算上占上风,但是这并非是很多应用所考虑的。考虑到所有这些因素,这个特殊的应用选择8051内核更加合适。

如果进行细微的改变,假设该应用更关心执行速度而非成本,那么通用代码不会倾向于哪种架构,并且ARM内核在计算代码中全面占优势。在这种情况下,虽然有比计算更多的控制代码,但是总的结果将相当均衡。显然,在这个过程中有很多的评估,但是分解应用,然后评估每一元件的技术将?明并确保我们了解在哪种情况下哪种架构有更显著的优势。

功耗

当查阅资料手册时,很容易根据功耗资料得出哪个MCU更优的结论。虽然睡眠模式和工作模式电流性能在某些类型MCU上更优,但是这一评估可能会非常具有误导性。占空比(在每个电源模式上分别占用多少时间)将始终占据功耗的主导地位。除非两个器件的占空比相同,否则资料手册中的电流规格几乎是没有意义的。最适合应用需求的核心架构通常具有更低的功耗。

假设有一个系统,在设备被唤醒后添加一个16位ADC样本到移动平均,然后返回到休眠状态,直到获取下一个样本时才又被唤醒。该任务涉及到大量16位和32位计算。ARM设备将能够进行计算,并比8051设备更快返回到休眠状态,这会让系统功耗更低,即使8051具有更好的睡眠和工作模式电流。当然,如果进行的任务更适合8051设备,那么MCU功耗由于相同的原因而对系统有利。

8位或32位?我仍然不能决定!

如果考虑到所有这些变数后,仍然不清楚哪些MCU架构是最好的选择,会怎样?那好吧!这说明,它们都是很好的选择,你使用哪种体系结构并不是紧要的事情。如果没有明确的技术优势,那么过去的经验和个人喜好在你的MCU架构决定中也起到了很大的作用。

此外,你也可以利用这个机会去评估可能的未来项目,如果大多数未来专案更适合ARM设备,那么选择ARM,如果未来项目更侧重于降低成本和尺寸,那么就选择8051。

这到底意味着什么呢?

8位MCU仍然可以为嵌入式开发人员提供许多功能,并且越来越关注物联网。当开发人员开始设计时,重要的是确保从工具箱中获得合适的工具。虽然我还是很乐意把8051出售给可能更适合选择32位设备的客户,但是我不禁想象,如果开发人员仅仅花费1个小时思考就作出决定,那么他们的工作将会更加容易、最终的产品将会更好。

实际上的难题是,不能仅仅依赖于一些演示文件中的一两个要点,就得出选择MCU架构的结论。然而,一旦你有正确的资讯,并愿意花一点时间应用它,就不难作出最佳选择。(文章来源:新电子)

转自:嵌入式资讯精选

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