在单片机开发中，由于资源受限而没有平台的支持，每次开发都要重写很多代码，应用的千奇百怪的需求更是加剧了这种困难。解决问题的办法是，总结常见的需求，分析它，得出即高效有通用的解决方案。

今天我就来为大家提供一种按键的解决方案，它易用，高效，节省资源！

先给出这个按键模块解决方案的全部代码，稍后再来分析。

keyif.h内容：

1: #ifndef __KEY_IF_H__
2: #define __KEY_IF_H__
3: ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
4: typedef unsigned char u8_t;
5:
6: #define KEY_NUM_MAX (8)
7:
8: #define KEY_STA_BEGIN (0)
9: #define KEY_STA_KEEP (1)
10: #define KEY_STA_END (2)
11:
12: #define KEY_PERIOD_MS (25)
13:
14: void kif_Init(void);
15: void kif_TickHook(void);
16:
17: /*
18: kindex 按键索引，从0开始，而小于KEY_NUM_MAX。
19: 返回值：按键被按下返回非零，按键被抬起返回零。
20: */
21: extern u8_t KeyRead(u8_t kindex);
22: /*
23: kindex 按键索引，从0开始，而小于KEY_NUM_MAX。
24: ksta 按键状态，取值为KEY_STA_系列宏。
25: ktick 按键计时，以KEY_PERIOD_MS时间为计数单位。
26: 返回值：如果本次按键操作已经处理妥当，就返回非零。
27: */
28: extern u8_t KeyProc(u8_t kindex, u8_t ksta, u8_t ktick);
29:
30: ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
31: #endif /* __KEY_IF_H__ */
32:

keyif.c内容：

1: #include "keyif.h"
2: #include
3:
4: #if defined(KEY_NUM_MAX) && (KEY_NUM_MAX > 0)
5:
6: #if KEY_NUM_MAX > 255
7: #error 该模块为8位单片机优化，不支持255个以上按键。
8: #endif
9:
10: static u8_t kticks[KEY_NUM_MAX]; // 每个按键需要1字节计时器。
11: static u8_t kstats[(KEY_NUM_MAX+7)/8]; // 每个按键需要1BIT的状态标志。
12: static u8_t kvalid[(KEY_NUM_MAX+7)/8]; // 每个按键需要1BIT的有效标志。
13: ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
14: //| |
15: //| 函数名称 |: kif_Init
16: //| 功能描述 |:
17: //| |:
18: //| 参数列表 |:
19: //| |:
20: //| 返 回 |:
21: //| |:
22: //| 备注信息 |:
23: //| |:
24: ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
25: void kif_Init(void)
26: {
27: memset(kticks, 0, sizeof(kticks));
28: memset(kstats, 0, sizeof(kstats));
29: memset(kvalid, 0, sizeof(kvalid));
30: }
31:
32: ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
33: //| |
34: //| 函数名称 |: kif_TickHook
35: //| 功能描述 |:
36: //| |:
37: //| 参数列表 |:
38: //| |:
39: //| 返 回 |:
40: //| |:
41: //| 备注信息 |:
42: //| |:
43: ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
44: void kif_TickHook(void)
45: {
46: u8_t grp, msk;
47: u8_t now;
48: u8_t i;
49:
50: grp = 0;
51: msk = 1;
52: for(i = 0; i < KEY_NUM_MAX; ++i){
53: now = (KeyRead(i) ? msk : 0);
54: if((kstats[grp] ^ now) & msk){
55: // 按键状态发生变化。
56: if(now){
57: // 按键刚被按下。
58: kticks[i] = 0;
59: kstats[grp] |= msk;
60: kvalid[grp] |= msk;
61: if(KeyProc(i, KEY_STA_BEGIN, 0)){
62: kvalid[grp] &= ~msk;
63: }
64: }
65: else{
66: // 按键刚被抬起。
67: kticks[i] += 1;
68: kstats[grp] &= ~msk;
69: KeyProc(i, KEY_STA_END, kticks[i]);
70: }
71: }
72: else if(now){
73: // 按键保持按下状态。
74: kticks[i] += 1;
75: if(kvalid[grp] & msk){
76: // 按键处于有效状态。
77: if(KeyProc(i, KEY_STA_KEEP, kticks[i])){
78: kvalid[grp] &= ~msk;
79: }
80: }
81: }
82: // 处理用于加速执行的中间变量。
83: msk <<= 1;
84: if(msk == 0){
85: msk = 1;
86: grp++;
87: }
88: }
89: }
90:
91: #else /* KEY_NUM_MAX */
92:
93: void kif_Init(void){ ; }
94: void kif_TickHook(void){ ; }
95:
96: #endif /* KEY_NUM_MAX */
97:
example.c内容：

1: #include "keyif.h"
2:
3: // 读取按键物理状态的函数。
4: u8_t KeyRead(u8_t kindex)
5: {
6: switch(kindex){
7: case 0: // 按键#0
8: if(PIN_DOWN(0)){
9: return 1;
10: }
11: return 0;
12: case 1: // 按键#1
13: if(PIN_DOWN(1)){
14: return 1;
15: }
16: return 0;
17: case 2: // 按键#2
18: if(PIN_DOWN(2)){
19: return 1;
20: }
21: return 0;
22: case 3: // 按键#3
23: if(PIN_DOWN(3)){
24: return 1;
25: }
26: return 0;
27: }
28: return 0;
29: }
30:
31: // 按键事件处理函数。
32: u8_t KeyProc(u8_t kindex, u8_t ksta, u8_t ktick)
33: {
34: switch(kindex){
35: case 0: // 按键#0
36: if(ksta == KEY_STA_BEGIN){
37: // 按键被按下，TODO SOMETHING。
38:
39: return 0;
40: }
41: else if(ksta == KEY_STA_KEEP){
42: // 按键被保持，TODO SOMETHING。
43:
44: return 0;
45: }
46: else if(ksta == KEY_STA_END){
47: // 按键被松开，TODO SOMETHING。
48:
49: return 0;
50: }
51: break;
52: case 1: // 按键#1
53: if(ksta == KEY_STA_KEEP && ktick == 1000/KEY_PERIOD_MS){
54: // 按键按下保持了1000毫秒，TODO SOMETHING。
55:
56: return 1;
57: }
58: break;
59: case 2: // 按键#2
60: if(ksta == KEY_STA_KEEP && ktick == 1){
61: // 按键被按下，具备了间隔KEY_PERIOD_MS毫秒的去抖动时间，TODO SOMETHING。
62:
63: return 1;
64: }
65: break;
66: case 3: // 按键#3
67: if(ksta == KEY_STA_END){
68: // 响应按键松开事件，TODO SOMETHING。
69:
70: }
71: break;
72: }
73: return 0;
74: }
75:
76: ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
77: //| |
78: //| 函数名称 |: main
79: //| 功能描述 |:
80: //| |:
81: //| 参数列表 |:
82: //| |:
83: //| 返 回 |:
84: //| |:
85: //| 备注信息 |:
86: //| |:
87: ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
88: int main(void)
89: {
90: // 初始化KEYIF。
91: kif_Init();
92:
93: while(1){
94: delay(KEY_PERIOD_MS);
95: // 以KEY_PERIOD_MS毫秒为周期调用。
96: kif_TickHook();
97: }
98: }

上面的代码包括了3各文件，keyif.h、keyif.c、example.c。

其中example.c是使用举例，它提供了两个必须的函数，

u8_t KeyRead(u8_t kindex);
u8_t KeyProc(u8_t kindex, u8_t ksta, u8_t ktick);

先来分析KeyRead()函数：

它是读取物理按键的底层函数，该函数被KEYIF模块调用。当按键按下时，它必须返回非零；按键抬起时，返回零即可。例如我们通常把按键引脚设计为低电平为按下状态，那么当读取对应引脚电平状态时，如果读取的引脚为低电平则返回非零，高电平就返回零。

kindex参数是用于区别物理引脚的。例如：kindex为0时读取GPIO_B4，kindex为1时读取GPIO_A1，等等。

再来分析KeyProc()函数：

该函数是用户的按键响应函数，在该函数中用户可以加入一切按键响应代码。该函数被KEYIF模块调用。kindex参数是按键的索引，用于标识按键；ksta参数是按键的当前状态，取值为KEY_STA_BEGIN、KEY_STA_KEEP、KEY_STA_END其中之一。BEGIN代表按键刚被按下，KEEP代表按键保持在按下状态，END代表按键被松开了。ktick参数是KEEP状态的计时器，表示按键按下状态保持了多久，单位是KEY_PERIOD_MS毫秒。

KeyProc()函数的返回值决定了本次按键操作是否还会有后续的KEEP事件，如果用户不需要后续的KEEP事件，返回非零即可。当用户告诉KEYIF不需要后续KEEP事件后，按键保持在按下状态也不会产生KEEP事件，直到下一次按键操作。无论有无KEEP事件，BEGIN和END事件始终会有的，无法关闭！

example.c文件中给出了几个应用示例，其实这个按键框架能实现的操作远不止这些！用户自己根据需求可以轻易写出各种代码。

要使用KEYIF，必须在用户代码开始处调用kif_Init()函数来初始化KEYIF。然后在主循环或者时钟中断里，以KEY_PERIOD_MS毫秒为周期调用kif_TickHook()函数。

8048的面世标志着控制专用CPU MCU(Microcontroller Unit)的延生，而作为互联网基石的PC，其CPU8088却是在3年以后的1979年才出现。自1979年以后，PC的CPU从16位、4.77MHz时钟、单核发展到了今天的64位、常见的3GHz时钟和多核。而比PC的CPU历史悠久的MCU，其字节停止在32位已有10多年了。相对于芯片，MCU软件技术进展更慢，在PC机软件开发已由工厂化发展到全社会协同的今天，MCU软件技术仍停留在单打独斗的个人英雄时代。

尽管MCU的应用领域和市场规模都要比PC大得多，其MCU软件技术进展仍然十分缓慢，其中原因包括应用领域的碎片化导致公有技术抽象困难，开发力量难以聚焦。软件技术进展缓慢直接影响MCU芯片技术的发展，芯片的性能又反过来阻碍软件技术的发展。随着物联网(IOT)在人们生活中的渗透，高性能MPU的价格已下降接近MCU的价格区间，互联网软件技术不断向MCU领域浸入，加速MCU软件技术发展的时机已到来。

由无规则向OOA及OOD转化

MCU软件的前期分析设计将由无规则向OOA及OOD转化。传统的MCU软件开发，其分析设计和实施通常是由封闭的团队，甚至一个人独立完成。尽管团队内部成员理念一致、配合默契，项目实施敏捷。但整个开发过程都在同一团队进行，几乎不涉及团队外的协同开发，因此分析设计简陋，甚至只停留在口头上。随着IOT时代的到来，其封闭单一的团队难以适应今天的发展，团队外的协同是MCU软件开发的必然趋势，但前期分析设计的不足，会使问题变得更复杂。

将PC软件开发成熟的方法论引入MCU软件领域，则是促进MCU软件技术发展的捷径。OOA(Object Oriented Analyzing)和OOD(Object Oriented Design)是系统工程理论在PC软件技术中的体现，它们是支撑软件技术工厂化和社会化的重要理论基础。OOA及其OOD通过对应用进行分层、分类抽象处理，将部分层与类从应用中剥离出来，从而使协同者不需要了解应用就能进行软件开发。从1997年开始，作者以系统工程理论为基础开始探索OOA及OOD在MCU软件开发中的应用，并于2005年将初步成果应用于继电保护装置开发。其方法是将继电保护装置分层分类封装在4个不同的MCU之中，在不具备独立开发继电保护装置的团队中实施，其开发时间和开发投入远低于当时同行业经验丰富的开发团队。该系列继电保护装置已经应用10多年了，不仅维护升级方便，而且至今竞争力不减。

编程方法由FP向OOP融合

编程方法由FP向OOP融合是另一个发展趋势。在编程方法上，FP(Functional programming)与OOP(Object Oriented Programming)之间的战争从来没有停止过。作者认为脱离应用背景，讨论FP与OOP是毫无意义的，因为FP强调的是精英技术，它是开发人员的综合个人能力的体现，是一门精致而美的艺术，艺术的特点就是难以复制;OOP则是实施软件开发工厂化与社会化的一门技术，其不足在于CPU及其资源利用率低，但高速发展的芯片产业弥补了它的不足。MCU软件技术是FP的代表者之一，但它实在是无奈之举。因为直到2000年，主流MCU还停止8位、256Byte内部RAM和12MHz的时钟，在这样低的资源下进行软件开发，不仅仅是FP编程方法，更有C与汇编的交融，它已超越技术，升华为一门艺术。

2000年以后，OOP己成为PC软件开发的主流技术，现在主流MCU内核ARM cortexM3/M4与2000年时PC的资源配置接近，在MCU软件开发中实施OOP的条件已具备。PC软件开发成功的经验证明：实施OOP，是降低软件研发的门槛，是将软件开发从精英模式走向工厂化和社会化的有效措施。同时也是解决软件开发人员短缺的唯一手段。作者于两年前通过对OOP编程语言JAVA的归零学习，已感悟OOP之真谛。然后亲自编程将OOP技术应用于MCU软件开发中，并向同行、同事介绍OOP在MCU软件开发中的体会，让目前的MCU软件开发人员拓展思路，使他们从封闭的思维方式中解脱出来，走向社会化，其效果也是非常明显的。

软件开发的分离与成熟

中间件成熟，推动驱动软件与应用软件开发分离。过去因MCU性能和资源的限制，MCU软件开发与硬件开发是密不可分的，驱动软件是联接MCU硬件与软件之间的桥梁，它是MCU开发最重要的环节。因为驱动软件涉及软件和硬件技术，要求开发人员同时具备硬件和软件知识，所以驱动软件开发是MCU开发中最难的一个环节，它是MCU开发的主要成本。

2010年与ARM cortex M系列MCU先后出现的还有CMSIS(Cortex Microcontroller Software Interface Standard)。CMSIS是ARM公司制定的ARM Cortex-M系列MCU软件接口标准，它将MCU外设与软件无关抽象化。自此，MCU驱动软件由MCU制造商或MCU开发软件商提供，从而降低了MCU开发的难度，提高了MCU软件的重用性。

Ethernet、WiFi和Bluetooth是主要通信标准。作为IOT前端的MCU也必需具备信息交互功能。Ethernet、WiFi和Bluetooth等协议软件经过多年发展，已成熟、规范和专业，作为MCU的公有技术把它们植入到MCU软件之中是十分必要的。将它们封装成中间件，MCU软件开发时，在硬件的支持下只需要将这些中间件集成到MCU软件之中就能使MCU与互联网实现灵活的信息交互。例如ucTCPIP、CMX-TCP/IP、IwIP等是MCU软件开发常用的Ethernet中间件。在MCU开发时，不需要了解TCP/IP的细节，仅需将这些中间件集成到MCU软件中就能实现Ethernet功能。目前除了上述互联网信息功能外，还有大量的其他中间件，如MCU图形中间件emWin、USB中间件ecc-USB等。同时，MCU软件开发主流平台KEIL将自己的和第三方提供的中间件集成在同一开发平台上。MCU软件开发时，只需要将这些中间件集成到自己的软件中，就可实现相应的功能。

总之，MCU中间件的广泛应用，标志作MCU软件开发由封闭走向开放。在原生市场本来就广阔的MCU应用领域，借助IOT的推动，MCU软件技术必将迎来新的发展浪潮。作为经历了电子管时代，并且电路设计和代码编写己成为人生一大爱好的作者，将激情满怀地迎接MCU软件技术的又一次变革。

(作者唐晓泉博士，供职于中国科学院电工研究所）

来源：中国电子报、电子信息产业网

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灵动MM32 MCU

作者：黄文凤

随着我国集成电路产业的快速发展，云计算、物联网、大数据、VR等新兴业态将不断催生微控制器(MCU)芯片需求，分析机构预计2018年全球市场规模将超过200 亿美元。而中国MCU市场规模尤其巨大，增长速度国际领先，到2018年中国MCU市场规模将达390亿元，但是面对在MCU市场领域已耕耘很多年的外国厂商的争抢，夹缝中求生存的本土MCU厂商是否迎来大爆发？
　　
MCU市场庞大 角逐激烈
　　
随着物联网应用的火爆，新兴的4C产品更偏向智能应用的新设计趋势，让MCU技术的成长空间更大，包括行业记录器、可穿戴设备、智能监控、工厂自动化、无人机及VR装置等产品，都看到MCU的技术应用，无论国外还是国内的供应商都扎堆投资，希望分食MCU市场这块大蛋糕。
　　
据2014年统计，中国国内市场的前2大MCR厂商分别是瑞萨电子、飞思卡尔半导体(现已被恩智浦收购)，目前已有超过50家以上厂商推出各式MCU产品，以应用不同的领域，除了瑞萨、NXP、Microchip、TI、ST等国际大厂商外，还有韩国三星，中国本土也有20家以上如华大半导体、上海灵动微电子、爱普特微电子、杭州中天微等。因此，MCU市场竞争激烈程度可见一斑。
　　
国产MCU的出路与挑战
　　
MCU微控制器是各种系统的核心，广泛应用于消费电子、工业控制、汽车电子及通信等领域，MCR应用是中国制造转向中国智能制造的引擎，也是保障国家信息安全的有力支持，因此，在国家政策的支持下，MCU市场对于本土厂商来讲，确实是一个重大机遇，中国MCU厂商将在中国MCU舞台上扮演重要的角色。
　　
随着技术的不断改进，8位MCU价格方面始终具有优势，市场前景巨大，从趋势上看，国外厂商逐渐放弃了8位市场，这对于中国MCR厂商来讲说蕴藏着重大机会，另外，本土厂商可借助ARM成熟的MCU IP平台，避开繁杂的软件开发和韧体整合工作，快速投入终端产品技术与创新应用上去，并大大减少投资成本，这是本土厂商进入主流32位MCU市场非常好的机遇。
　　
随着国内MCU厂商的不断增加，同类产品不断增加，国内MCU产品同质化竞争将会越来越激烈，面对此现象，国内采用ARM内核本土厂商深圳市爱普特微电子有限公司技术总监鲁翔和杭州中天微系统有限公司高级副总裁徐滔均表示，在保证服务质量的前提下，价格相对较低将更能获得客户的认可。对此，ARM物联网应用市场经理耿立锋则不赞同此看法，其认为产品定位、性能与服务更为重要，不担心成本价格对市场接受度的影响，并以华为与海思联合，打造高端智能手机为例来说明。
　　
毋庸质疑，芯片本身的差异化越来越小，但是价格战绝不是抢占市场份额的唯一出路，毕竟MCU市场相对较分散，没有绝对的垄断寡头，本土厂家要根据自身的优势找准产品开发的方向和细分领域，并针对细分领域在软件、解决方案和应用方面上体现产品价值。
　　
另外，较于在国内MCU市场主导20多年的海外芯片厂商来说，本土MCU厂商有其自身的优势，在第八届MCU技术创新与嵌入式应用大会的国产MCU沙龙上，华大半导体、上海灵动微电子、上海微技术工研院等本土MCU厂商一致认为，电子产品的主战场在中国，本土MCU厂商在成本、服务响应速度等方面具有较大的优势，更容易与本土企业配合。
　　
毋庸质疑，本土MCU厂商面临重大的发展机遇，在全球半导体产业发展趋缓和政府大力支持芯片产业之际，本土MCU厂商应抓着机遇，面对行业利润不断走低，要较早谋划资本投入计划，以避免渗淡出局，未来能有效掌握移动设备与物联网MCU商机的国内、外芯片商，肯定将有机会笑到最后。

作者：刘丹

8月23日，上海灵动微电子股份有限公司2016年秋季新品发布会取得圆满成功，众多MCU领域的知名厂商代表、专业人士以及国内30多家知名门户与科技媒体现场云集，一起见证本土企业灵动历年来的快速发展以及强大产业链，此外针对不同领域灵动发布了三款不同的新品。

深耕本土 为中国MCU作第一推动

活动一开始，主持人电子创新网CEO张国斌就国内MCU市场做了相应介绍，他表示随着物联网和智能硬件的快速发展，32位MCU的需求呈现快速上升趋势。据相关数据统计，2015年全球MCU出货量255亿颗，比2014年提升了12.4%。

张国斌告诉记者，虽然今年全球的经济相对低迷，但是MCU的需求仍然有望增长20%左右，预计2016年全球MCU市场出货量将突破300亿颗大关。并且，32位的MCU市场未来几年会保持30%左右的高速增长!

在此市场红利下，国内厂商抓住此次机遇，纷纷加入32位MCU阵营，灵动微电子就是其中一家。灵动董事长兼CEO吴忠洁博士在详细介绍了灵动微电子多年来的发展历程后提出，灵动作为一家本土的MCU公司，希望能紧密结合国内的发展环境，能够一起推动本土MCU发展。

他强调，灵动微电子的特色也正在于立足本土，洞悉市场，贴近客户，以及为客户提供“保姆式”的全方位支持几个方面。

三大MCU产品 实现市场高中低端全覆盖

针对国内MCU不同层次的应用需求，灵动微电子发布了三款MCU产品，以实现高中低端全覆盖。三款MCU产品分别为：基于Cortex-M3内核的MM32F103系列MCU，基于Cortex-M0内核的MM32F031系列MCU和MM32P011系列的MCU，其中MM32F031系列MCU有突出的性价比特性，主打IoT及消费类市场。对于三款产品的详细信息，灵动微电子MCU事业部总经理娄方超先生做了如下详细的介绍。

首先是MM32F103，其实体模型如图，蓝色表示部分数字外设，红色表示主要的模拟模块，存储器包括128K字节的Flash闪存和20K字节的SRAM。该芯片的闪存为定义式闪存，所以其数据吞吐率非常高，可以有效保证客户在高效的应用场景下数据吞吐的连续性。

据娄方超介绍，MM32F103MCU的特点就是拥有ARM cortex-M3的内核，同时灵动为该款MCU设计了大量的数字外设、模拟外设以及搭配本土的嵌入式的工艺。

另外，MM32F103目前有四个不同封装形式的pattern number，相应的其Flash较前者减少一半。

其次，推出的另一款MCU是MM32F031系列，该MCU是一款基于ARM Cortex-M0的产品，其定义也为标准型，与F103系列MCU相比，在外设上所减少，可以从图上看到其外设数量以及SRAM以及Flash大小都要略小于F103产品。

相应的F031提供三种pattern number，分别对应不同的封装形式。据介绍，该产品的交货周期为4到8周。

最后一款为P011系列MCU。对于市场，娄方超表示，如果将MCU 的Price以及Performance作为坐标轴，可以看到如图常见的发展形式，同时灵动微电子的M031系列主打M0内核的中低端MCU市场，M103系列主打M3内核的中高端MCU市场,P011看准的则是超低端市场，其主要竞争对象是8位芯片市场。

娄方超强调，P011实际上是一个32位的内核，但其价格以及应用性能都可以与市场上的8位MCU相媲美，目前已经在测试过程中，预计今年第四季度就可以面世。

对比主流MCU，娄方超表示，主流MCU功能灵动的MCU也都具有，另外灵动微电子的MM32在供电电压做了一个宽压设计，主流为2.0-3.6V，而灵动微电子的MM32F103为2.4-5.5V，其他方面也做了加强，主频做到96MHz，娄方超透露，未来灵动还会推出一些加强型的产品，在主频性能、电源性能方面也会更强。

最后，娄方超在向大家介绍历年来灵动微电子做MCU的心得时表示，灵动MM32 MCU平台可归纳为10大要素，其中模拟IP，数字IP排列较前，且需根据特定环境进行不断优化。

而内存控制器是做嵌入式闪存必不可少的要素，该控制器尤其在高阶MCU下，整个CPU都是被内存控制器监管的，所以内存控制器的性能不仅仅影响到不仅仅影响系统运行，对调试结果也有非常直观的影响，且直接影响整个系统的稳定性，因此，灵动微电子将超过30%的成本投入在该项的研发中，也正因为此，灵动在内存控制器方面丝毫不逊于全球同类型的顶尖产品。

在架构上，娄方超提出，目前的MCU与传统的8位MCU不太一样，它更像一个SOC，所以一个好的架构也是非常重要的。

而库函数函数可以有效解决用户习惯，在32位MCU大家越来越倾向于C语言开发以及图形化的MCU开发语言，这些都是建立在强大的硬件基础之上，灵动做了差不多有上千种的函数，所有这些函数都可以在网上进行下载。

最后，特别强调的一点是加密与安全，从最初做MCU开始灵动从来没有放弃过加密Flash技术的专研，因此在此部分也十分出色。