MCU


开漏输出:输出端相当于三极管的集电极,要得到高电平状态需要上拉电阻才行,适合于做电流型的驱动,其吸收电流的能力相对强(一般20ma以内)。

推挽结构一般是指两个三极管分别受两互补信号的控制,总是在一个三极管导通的时候另一个截止。

我们先来说说集电极开路输出的结构。集电极开路输出的结构如图1所示,右边的那个三极管集电极什么都不接,所以叫做集电极开路(左边的三极管为反相之用,使输入为“0”时,输出也为“0”)。对于图1,当左端的输入为“0”时,前面的三极管截止(即集电极C跟发射极E之间相当于断开),所以5V电源通过1K电阻加到右边的三极管上,右边的三极管导通(即相当于一个开关闭合);当左端的输入为“1”时,前面的三极管导通,而后面的三极管截止(相当于开关断开)。


我们将图1简化成图2的样子。图2中的开关受软件控制,“1”时断开,“0”时闭合。很明显可以看出,当开关闭合时,输出直接接地,所以输出电平为0。而当开关断开时,则输出端悬空了,即高阻态。这时电平状态未知,如果后面一个电阻负载(即使很轻的负载)到地,那么输出端的电平就被这个负载拉到低电平了,所以这个电路是不能输出高电平的。

再看图三。图三中那个1K的电阻即是上拉电阻。如果开关闭合,则有电流从1K电阻及开关上流过,但由于开关闭其它三个口带内部上拉),当我们要使用输入功能时,只要将输出口设置为1即可,这样就相当于那个开关断开,而对于P0口来说,就是高阻态了。

对于漏极开路(OD)输出,跟集电极开路输出是十分类似的。将上面的三极管换成场效应管即可。这样集电极就变成了漏极,OC就变成了OD,原理分析是一样的。

另一种输出结构是推挽输出。推挽输出的结构就是把上面的上拉电阻也换成一个开关,当要输出高电平时,上面的开关通,下面的开关断;而要输出低电平时,则刚好相反。比起OC或者OD来说,这样的推挽结构高、低电平驱动能力都很强。如果两个输出不同电平的输出口接在一起的话,就会产生很大的电流,有可能将输出口烧坏。而上面说的OC或OD输出则不会有这样的情况,因为上拉电阻提供的电流比较小。如果是推挽输出的要设置为高阻态时,则两个开关必须同时断开(或者在输出口上使用一个传输门),这样可作为输入状态,AVR单片机的一些IO口就是这种结构。

开漏电路特点及应用

在电路设计时我们常常遇到开漏(open drain)和开集(open collector)的概念。

所谓开漏电路概念中提到的“漏”就是指MOSFET的漏极。同理,开集电路中的“集”就是指三极管的集电极。开漏电路就是指以MOSFET的漏极为输出的电路。一般的用法是会在漏极外部的电路添加上拉电阻。完整的开漏电路应该由开漏器件和开漏上拉电阻组成。如图1所示:


图2


组成开漏形式的电路有以下几个特点:

利用外部电路的驱动能力,减少IC内部的驱动(或驱动比芯片电源电压高的负载)。当IC内部MOSFET导通时,驱动电流是从外部的VCC流经R pull-up ,MOSFET到GND。IC内部仅需很下的栅极驱动电流。如图2。

2. 可以将多个开漏输出的Pin,连接到一条线上。形成 “与逻辑” 关系。如图2,当PIN_A、PIN_B、PIN_C任意一个变低后,开漏线上的逻辑就为0了。这也是I2C,SMBus等总线判断总线占用状态的原理。如果作为输出必须接上拉电阻。接容性负载时,下降延是芯片内的晶体管,是有源驱动,速度较快;上升延是无源的外接电阻,速度慢。如果要求速度高电阻选择要小,功耗会大。所以负载电阻的选择要兼顾功耗和速度。

3. 可以利用改变上拉电源的电压,改变传输电平。如图3, IC的逻辑电平由电源Vcc1决定,而输出高电平则由Vcc2(上拉电阻的电源电压)决定。这样我们就可以用低电平逻辑控制输出高电平逻辑了(这样你就可以进行任意电平的转换)。(例如加上上拉电阻就可以提供TTL/CMOS电平输出等。)


图3


4. 开漏Pin不连接外部的上拉电阻,则只能输出低电平(因此对于经典的51单片机的P0口而言,要想做输入输出功能必须加外部上拉电阻,否则无法输出高电平逻辑)。一般来说,开漏是用来连接不同电平的器件,匹配电平用的。

5. 标准的开漏脚一般只有输出的能力。添加其它的判断电路,才能具备双向输入、输出的能力。

6.正常的CMOS输出级是上、下两个管子,把上面的管子去掉就是OPEN-DRAIN了。这种输出的主要目的有两个:电平转换、线与。

7.线与功能主要用于有多个电路对同一信号进行拉低操作的场合,如果本电路不想拉低,就输出高电平,因为OPEN-DRAIN上面的管子被拿掉,高电平是靠外接的上拉电阻实现的。(而正常的CMOS输出级,如果出现一个输出为高另外一个为低时,等于电源短路。)

8.OPEN-DRAIN提供了灵活的输出方式,但是也有其弱点,就是带来上升沿的延时。因为上升沿是通过外接上拉无源电阻对负载充电,所以当电阻选择小时延时就小,但功耗大;反之延时大功耗小。所以如果对延时有要求,则建议用下降沿输出。

应用中需注意:

1. 开漏和开集的原理类似,在许多应用中我们利用开集电路代替开漏电路。例如,某输入Pin要求由开漏电路驱动。则我们常见的驱动方式是利用一个三极管组成开集电路来驱动它,即方便又节省成本。如图4。

2. 上拉电阻R pull-up的阻值决定了逻辑电平转换的沿的速度。阻值越大,速度越低功耗越小。反之亦然。

Push-Pull输出就是一般所说的推挽输出,在CMOS电路里面应该较CMOS输出更合适,因为在CMOS里面的push-pull输出能力不可能做得双极那么大。输出能力看IC内部输出极N管P管的面积。和开漏输出相比,push-pull的高低电平由IC的电源低定,不能简单的做逻辑操作等。push-pull是现在CMOS电路里面用得最多的输出级设计方式。

当然open drain也不是没有代价,这就是输出的驱动能力很差。输出的驱动能力很差的说法不准确,驱动能力取决于IC中的末级晶体管功率。OD只是带来上升沿的延时,因为上升沿是通过外接上拉无源电阻对负载充电的,当电阻选择小时延时就小、但功耗大,反之延时大功耗小。OPEN DRAIN提供了灵活的输出方式,但也是有代价的,如果对延时有要求,建议用下降沿输出。

电阻小延时小的前提条件是电阻选择的原则应在末级晶体管功耗允许范围内,有经验的设计者在使用逻辑芯片时,不会选择1欧姆的电阻作为上拉电阻。在脉冲的上升沿电源通过上拉无源电阻对负载充电,显然电阻越小上升时间越短,在脉冲的下降沿,除了负载通过有源晶体管放电外,电源也通过上拉电阻和导通的晶体管对地 形成通路,带来的问题是芯片的功耗和耗电问题。电阻影响上升沿,不影响下降沿。如果使用中不关心上升沿,上拉电阻就可选择尽可能的大点,以减少对地通路的 电流。如果对上升沿时间要求较高,电阻大小的选择应以芯片功耗为参考。

文章来源:极客头条

围观 419


微控制器(MCU)正在变得越来越复杂,越来越强大,因而越来越有用,但是这些进步都是有代价的。

开发带高级电源管理功能的多核MCU硬件并不太难,由于存储器的限制,开发出适合多核MCU的软件则难得多。CPU系统可以用SRAM片上存储器,或者外部的DRAM,不过对MCU系统而言,所有的存储器都在片上。所以CPU系统可以跑大型的Linux或Windows操作系统,MCU则只能跑相对简单的实时操作系统。

其实他们之间的关系可以更直观地转换为ARM与Intel的关系

“以视频市场为例,你可以开发基于MCU的应用,也可以开发基于CPU的应用,甚至可以开发两种系统都能跑的应用,”Cadence IP事业部CTO Chris Rowen说,“使用MCU的视频分辨率更低,不论是CPU方案还是MCU方案,多样化的视频接口都会让设计变得更复杂。用CPU系统开发要求相对没那么严,例如你可以把整个缓冲区(buffer)写满,在MCU就不太可能这么干。用MCU开发,数据的交换更需要技巧,所以产生故障(bug)的可能性也增加了。”

更难的是利用MCU来分担CPU的负担,例如作为协处理器去加速某种计算,或者作为低功耗应用时的备用处理器。

“考验MCU的程序员的问题是如何满足处理速度的要求,” Rowen说,“自动车库门开启或者关闭花费几百毫秒都可以接受,但要满足高速数据流的处理需求,则需要采用并行处理。所以当把MCU设计成另一个次级计算引擎(sub-engine)时,你需要处理器有能力进行数据计算,这就要求编程风格非常严谨。在高速数据处理场景下使用MCU,非常非常难。”

虽然有诸多困扰,MCU的应用场景依然在不断拓展,使用方法也屡屡突破常规,如今在复杂的系统及芯片(SoC)中内建MCU已经很常见。在SoC这种复杂应用场景中,MCU的功能一般都只做特定的任务,例如唤醒CPU,但无论从设计、验证还是一致性的角度来看,在SoC中让多个MCU协同工作都非常难。

“在同一颗SoC中集成Cortex-A(CPU)与Cortex-M(MCU)的趋势呈现加速状态,”Mentor Graphics嵌入式产品高级产品线经理Andrew Caples说,“以高级驾驶辅助系统(ADAS)这个嵌入式应用最精华的代表为例,可以用多个处理单元--微控制器(MCU)、微处理器(MPU)、数字信号处理器(DSP)--来实现ADAS,SoC意味着更低的故障率、更低的成本以及更低的散热需求,但增加了软件设计的复杂性。开发人员要在SoC集成的MCU、MPU与DSP上开发多个实时操作系统,并在这一颗芯片上开发和调试。这就需要开发人员的方案能够适应不同的平台(MCU、MPU、DSP),这给半导体公司增加了很多压力,为了帮助客户真正利用起SoC中的所有器件,它们需要提供给开发者足够的库文件和解决方案参考。”

Caples表示,只要多核SoC的应用有操作系统,就一定会遇到一堆同步问题,因为不同核之间靠等待来协同工作。“我们正在为这个领域的应用开发工具,”他说,“对于硬件工程师来说,过去这些年摩尔定律一直很有效,硬件的性能在提升,成本在下降。但是软件开发却是另外一回事,随着系统复杂度越来越高,软件开发的成本不断攀升,而且现在看不到任何可以改善的迹象。”

欢迎来到MCU时代

虽然存在上述挑战,但随着物联网的发展,物与物之间的通信越来越多,开发人员希望MCU在复杂系统中发挥越来越重要的的作用。相比CPU,MCU的功耗更低,价格也更便宜。一方面,8位MCU在一些简单任务处理中仍然不可或缺;另一方面,32位甚至64位多核MCU已能应对很多复杂应用。所有这些MCU都可以与CPU或GPU集成在同一颗SoC里面,这样CPU或GPU可以在多数时间里面处于休眠状态。

“MCU越来越复杂,”ARM建模技术总监 Bill Neifert说,“引入32位微控制器以后,人们开始问可以用这些MCU做什么。”

MCU当然不只用在汽车的安全领域,从工业设备到智能拖鞋这种消费类产品都可以用到MCU。以监控人是否滑倒的智能拖鞋为例,低成本、低功耗的嵌入式处理器(MCU)就非常适合,因为其可以为某种应用定制。

“每个人都想要最有效的解决方案,定制化的MCU在成本和功耗上都优于通用产品,”Neifert说,“特别是物联网设备,很多都是电池供电,因此对与功耗非常敏感。用户希望能找到专用产品帮助他们快速开发,尤其是消费电子领域的客户。定制化MCU也需要建模,但复杂度比CPU或GPU低多了。”

复杂度是相对的。“我们打算用64位的MCU开发真正智能的设备,”Vista Ventures 经营合伙人 Jim Hogan说,“但这些MCU的代码堆栈相当有限。”

在这种趋势下,MCU也开始介入到计算当中--特别是物联网的应用。“不是传统的计算,” ARM 物联网市场副总裁Zach Shelby说,“在MEMS应用中,利用32位和64位MCU来计算已经很常见。关键在于我们如何将软件设计成大量重复任务的类型。FPGA不适合低功耗应用,如果在一颗混合芯片上实现视频检测算法,就必须用到微控制器,不过MCU还是用来完成不断重复的任务。”

MCU的片上存储容量较少,常常为MCU与CPU或者其他MCU协调工作带来麻烦。特别是在视频流媒体处理与图像识别应用方面,越来越多的数据处理是系统设计需要解决的大问题。从系统上层来看,有两种方法可以解决这一问题,第一种方法是采用更快的处理器、更多的存储容量,第二种方法是采用更多的处理器以提高处理效率。虽然每个处理单元的速度比较慢,但多个处理单元合作可以将数据处理任务在限定时间内完成, 当处理任务不繁忙时,这些MCU也可以进入空闲状态。

“人们需要这种灵活性,因为你会有很多的异质应用(heterogeneous application)要处理,你又不愿意采用同质模型(homogenous model,CPU或者GPU这种所擅长的计算方式)来实现,”NetSpeed Systems CEO与联合创始人Sundari Mitra说,“微控制器的优点是其有一套可编程的微代码引擎(microcode engine),用户可以根据应用环境选择合适的架构,因此比处理器硬核灵活性更高。微处理器可以给用户一些灵活性--虽然不太多,但毕竟多了些灵活性。这让用户在架构方面具备了更多的灵活性。CPU在浮点计算方面更具优势,GPU在视频处理方面更具优势,MCU则处于两者之间。MCU可用于可穿戴等物联网终端设备,也可用于汽车引擎的控制。MCU的架构要有足够的灵活性和自适性,以适应不同的应用。如果开发人员清楚应用的工作流程,并对此进行相应的优化,使用MCU能为你的计算引擎带来一些多样性。”

定义MCU

通常来说,MCU是CPU与GPU的瘦身版,计算能力相对弱,跑的时钟速度也比较低。在存储架构上MCU与CPU和GPU的区别更明显,特别是8位与16位MCU,通常只有片上存储。因为成本低、功耗更低,所以很受欢迎,但高级的32位MCU与低端CPU的区别已经不明显,64位多核MCU的出现更让人困惑。

“从大的方面来说,根据工作负荷的不同,CPU通常会为单线程或多线程性能优化,”Mitra说,“如果考虑实时性的要求--物联网中有很多实时性应用--系统需要做出实时响应,CPU通常不会对实时性任务进行优化。假设有这样一个应用场景,CPU需要监测周围环境状况,当环境发生变化时做出相应的决策,这时不大可能用CPU来反复的检测某一点,这就是MCU的用武之地。那么使用MCU到底有什么不同呢?CPU与GPU都很容易理解,但MCU不是这样。应用MCU要面临可用信息更少、设计参数常常变更的状况,所以开发人员要适应。”

同样,由于MCU应用的多样性,很难清楚的定义MCU的市场,也不容易用统一标准来预测MCU市场的走势。在2016年5月份的报告中,Brisk Insights预测,到2022年MCU市场将保持15.8%的年复合增长率,Brisk Insights认为在物联网应用的推动下,32位MCU将是增长最快的市场。Databeans的数据则比Brisk Insights保守很多,其预测年复合增长率为6%,MCU市场最大的推手是工业需求。

Gartner则给出了MCU 领域的排名前列的厂商,它们是瑞萨、恩智浦(NXP)、意法半导体、Microchip、德州仪器和英飞凌。

但MCU不断出现在新的应用场景中,这使得MCU的市场越来越碎片化,以致难以追踪。

“每种非常复杂的芯片,几乎都包含了MCU,” Arteris 市场副总裁Kurt Shuler说道,“在汽车里面,到处可以见到独立工作的MCU,大型芯片往往也有MCU在后台运行,MCU在无线数字基带应用中也很广泛。”

使用MCU的设备通常将程序优化以提高电源效率,现在开发人员仍在通过延长唤醒时间等方式来进一步降低功耗。开发人员所面临的挑战更多不是来自于MCU硬件能力方面,而在于如何在系统中更好地发挥这些硬件能力。

结论

MCU产业正在大步前进,虽然MCU的定义在改变,但方向是明确的。在未来几年,物联网的大发展将使很多终端设备将接到网络,甚至直接与其他的处理器进行通信,MCU将在这些设备中大放异彩。

文章来源:嵌入式资讯精选

围观 269


从Intel公司1976年的MCS48诞生算起,微控制器已有40年的发展史。微控制器是微处理器应智能化控制需求演化出来的一个分支,突出了它的控制功能,应称之为微控制器(MCU)。微控制器具有单芯片形态、嵌入式应用方式,历史上曾广泛称它为单片机,现在,许多人都称它为嵌入式系统。

1、Intel的历史功绩

Intel公司1971推出的第1个微处理器4004虽然没有实用化,却是现代计算机发展史的里程碑事件。如果说图灵机是现代计算机的第1个里程碑事件,那么,微处理器诞生便是第2个里程碑事件。图灵机奠定了现代计算机的思想理论基础,微处理器实现了图灵机人工智力内核的梦想,其后便是现代计算机40年飞速发展的时代。

现代计算机的第3个里程碑事件,是Intel公司对通用微处理器与嵌入式处理器的探索。Intel是同时从事通用微处理器与嵌入式处理器探索并取得成功的公司。其在通用微处理器领域的贡献众所周知,在嵌入式处理器领域,虽然许多公司推出众多微控制器产品,但只有Intel公司的MCS51成为微控制器的经典体系,影响至今。

Intel公司最后一个仍可称之为里程碑事件的行为,是MCS51的开放与割舍。有人为Intel公司对MCS51的割舍感到惋息,实际上这却是Intel公司的英明之举。事实证明,在放弃MCS51后,Intel公司在通用微处理器领域迅速取得成功,并垄断了全球的PC机市场。

从图灵机到微处理器,从微处理器到通用处理器与嵌入式处理器两大分支,现代计算机有其自身的发展规律。从图灵机到电子计算机,完成了图灵机的理论探索,微处理器诞生后才找到实用化的理想道路。微处理器诞生后,迅速形成两大分支的发展态势,使现代计算机开始了蓬勃的发展道路。如果Intel公司当年不放弃MCS51,专注于通用微处理器,也许无法击退竞争对手AMD,MCS51也不会迅速成长为80C51公共主流系列。Intel的贡献使人类社会受益。

2、嵌入式系统的发展史

嵌入式系统这一词语被频繁使用还是20世纪90年代的事。嵌入式系统发展史应从微控制器诞生讲起,因为嵌入式系统主要是微控制器系统。

除了智慧、内核、集群等基本特点外,微控制器还有单机形态、嵌入方式、对物理对象的感知与控制等应用上的特点。了解这些特点有助于理解嵌入式系统的发展史。

从应用的视角,可以用粗略的线条将40年微控制器的发展史划分为3个大的时代,即单片机时代、嵌入式系统时代、物联网时代。

2.1 单片机时代

在微控制器诞生后最初的20年,是微控制器的单片机时代。微控制器诞生后,迅速进入电子技术领域,成为传统电子系统智能化改造的利器。电子工程师是微控制器应用的主流群体,他们习惯性地将微控制器看成是单个芯片的智能器件,称之为单片机(单片微控制器或单片微型计算机)。事实上,在传统电子系统智能化改造中,所有单片机都体现为嵌入式应用。这一时期,由于电子工程师单打独斗,缺乏计算机的理论基础与计算机工程方法,微控制器也较原始,工程师应用开发水平不高,主要是汇编级的软件编程,很少使用操作系统。

2.2 嵌入式系统时代

从20世纪90年代中期开始,微控制器应用进入到嵌入式系统时代。随着传统电子系统智能化改造日渐火爆,众多计算机界人士开始介入单片机领域。由于计算机人士的不断增多,高级语言、操作系统、集成开发环境、计算机工程方法逐渐普及。计算机界人士不习惯“单片机”称谓,更愿意使用嵌入式系统一词,致使“嵌入式系统”称谓流行至今,可以看出,嵌入式系统时代是电子技术与计算机技术交叉融合的发展时代。此后,人们习惯性地将微控制器系统称作嵌入式系统,有些业内专家认为“单片机”片面突出单片形态,“嵌入式系统”片面突出嵌入式应用,建议改名为智能电子系统,但智能系统又易于与产品系统混淆。

2.3 物联网时代

在经历了20年的单片机时代、近15年的嵌入式系统时代后,微控制器及其应用技术日趋成熟。嵌入式系统经历了单机物联、分布式物联、总线物联、局域物联网,将互联网推进到物联网后,嵌入式系统便从以往的独立产业进入到物联网的应用服务时代。嵌入式系统成为物联网、大数据、云计算等大科技中的一个成员。

3、Intel对微控制器的贡献

微控制器与通用计算机都源于微处理器,但它们的体系结构和演化道路却截然不同。通用计算机完全在通用微处理器的演化道路上前行;微控制器则经历了探索、完善、百花齐放、产业转型4个发展阶段。与此同时出现了微控制器(Microcontroller Unit)、嵌入式系统(Embedded System)的演化历程。

3.1 微控制器的探索

最早的微控制器探索,应该是1974年仙童半导体公司的F8系列。F8并非单片形态,它是由8位CPU与3851(1 KB ROM、定时/计数器和两个并行I/O口)两个芯片构成,确立了微控制器数据存储器与程序存储器分开的哈佛结构。由于此时的仙童公司处于低谷时期,F8系列没有得到进一步完善。

其后,众多的半导体厂家开始了微控制器的探索,其主导思想是单芯片的内核化探索,即在微处理基础上,设计出用于智能化控制的单芯片计算机。这一时期出现了两种不同的探索道路,即与通用微处理器兼容的嵌入式微处理器和独创的单片微控制器。

与通用微处理兼容的嵌入式微处理器的典型代表是1978年Motorola公司推出的6801系列。6801与通用微处理器MC6800兼容,它将MC6800系列的6800(CPU)+6875时钟+6810(128 B RAM)+2×6830(1 KB ROM)+1/2并行I/O口6821+1/3(定时/计数器)+6805(串行I/O口)整合成一个可以用于控制的单芯片微型计算机。
1976年,富有创造精神的Intel公司独辟蹊径,开始了全新体系结构的单芯片微控制器的探索,推出了MCS48系列。在获得成功后,迅速完善到MCS51,使其成为微控制器的经典体系结构。

3.2 微控制器完善至经典体系

在探索阶段,仙童公司的F8后继无力,Motorola公司的6801系列并不理想,具有全新微控制器体系结构的MCS48获得成功后迅速完善到MCS51,确立了用于智能化控制的单芯片专用体系结构。在这个专用体系结构中,采用了数据空间与程序空间独立的哈佛结构。哈佛结构保证了被固化的软件不受病毒侵袭;完善了总线结构,包括内部16位寻址的两个独立空间的8位并行总线,以及用于外部通信的串行通信总线、用于外部扩展的并行总线、用于外部交互的I/O端口;完善了用于控制的指令系统,突出了控制功能,增加了位操作指令;所有功能单元,包括后续可能扩展的功能单元,采取了特殊功能寄存器SFR的集中管理模式,方便了微控制器外部系统配置与系统扩展的应用要求。

图1描述了MCS51微控制器系统的经典体系结构。

图1 MCS51微控制器系统的体系结构


微控制器是在嵌入式微处理器基础上,在内部总线支持下,通过外围功能单元扩展而成,SoC化是其主要发展趋势。微控制器有4个与外部交互的接口通道:前向通道、后向通道与物理对象相连,是物理对象感知与控制的交互接口;交互通道,是实现人机交互的接口;信息通道,是与其他应用系统交互的通信接口,用于实现微控制器的多机通信。

3.3 完善了微控制器的应用环境

MCS51问世后,不仅为用户提供了完善的体系结构,而且还提供了完善的应用环境。Intel为用户提供的应用环境有:满足不同应用的3种供应状态,即程序指令的掩膜状态、ROM烧写状态与EPROM烧写状态;用于产品开发的ICE在线仿真器(ICE51);用于汇编语言程序设计的宏汇编ASM51;用于用户程序管理的实时任务操作系统iRMX51。另外,为适应分布式多机系统通信需要,还衍生出具有位总线(BIT BUS)的RUPI44系列(8051+串行通信接口单元,支持HDLC/SDLC协议)微控制器。

这些优异的应用环境使电子工程师们能迅速从传统电子系统时代迈进智能电子时代。

4、微控制器的进化历程

Intel公司在完善了MCS51后,错误地认为应该向16位微控制器进军,便和著名的电器商Philips公司合作,探索16位微控制器。由于理念上的差异,导致两者分道扬镳。Intel公司推出了16位微控制器MCS96;Philips公司为满足智能化电器产品的应用需求,着力于提高MCS51应用水平。分手后,Intel公司同意向Philips公司免费开放MCS51,受免费开放政策影响,众多半导体公司参与到MCS51体系结构深度开发中,将MCS51推进到众多半导体公司参与开发的80C51时代。

80C51时代中有几件值得提及的大事件,即Philips等公司大力提升微控制器功能,Atmel公司将微控制器推进至Flash ROM时代,以及20世纪末Cygnal公司对80C51脱胎换骨的改造。

4.1半导体厂家大力提升微控制器功能

半导体厂家在推动80C51不断进化中,主要完成的重大工作有:满足嵌入式应用要求的众多外围功能集成,如WDT、PWM、ADC、高速I/O口、计数器捕捉/比较等;满足系统中芯片扩展的串行扩展总线,如目前大量使用的Philips公司的I2C总线、Motorola公司的SPI以及Dallas公司的单总线1Wire总线;满足微控制器应用系统集群的德国BOSCH公司的CAN总线以及其他现场总线等。

4.2 Atmel公司微控制器的Flash ROM时代

Atmel公司用Flash ROM作为程序存储器推出的89C51系列,为众多嵌入式应用系统开发提供了一种灵活、高效、价廉的方案,将80C51推进到Flash ROM时代。89C51起源于我国原电子工业部的北京集成电路设计中心,他们在设计国产化80C51单片机后,寻找产业化合作伙伴时,Atmel公司主动提出将Flash ROM植入国产的80C51中,并更名为89C51,产权为双方共有。在中国大陆89C51最初的品牌不是AT89C51,而是由北京集成电路设计中心冠名。后来由于经营不善,北京集成电路设计中心放弃了89C51之后,才改名为AT89C51,被Atmel公司独有。

4.3 Cygnal对80C51的全面革新

20世纪末,Cygnal公司对80C51体系结构进行了彻底改造,使之成为顶尖的8位微控制器C8051F系列,使80C51进入到又一个新的辉煌时代。Cygnal公司对80C51体系结构的改造有:

① 对80C51 CPU内核实施改造,实行指令运行的流水作业,使指令运行速度提高到原来的12倍,成为8位高速微控制器;

② 设置用户可配置的交叉开关,使I/O接口从功能固定方式提升至可随意选择的功能设置;

③ 从单一固定系统时钟到可编程选择的时钟系统,使微控制器在运行过程中可随意选择时钟状态;

④ 从传统的仿真调试到基于JTAG接口的在系统调试,并为在系统测试提供边界扫描功能;

⑤ 把80C51单一的外部复位发展成多源复位系统,如上电复位、掉电复位、外部引脚复位、软件复位、时钟检测复位、比较器0复位、WDT复位和引脚配置复位等;

⑥ 有最小功耗系统设计的最佳技术支持,如降低供电电压(从5 V到3 V)、时钟系统可任意选择、复位系统可随意唤醒来灵活设置低功耗模式。

4.4 从80C51到ARM的产业变革

21世纪初,微控制器领域的一个重大事件是从80C51主流系列到ARM主流系列的变迁。究其原因,除了嵌入式高端需求拉动的技术因素外,产业变革是一个重要的内在因素。此前,所有从事微控制器的半导体厂家都是实体产业公司,都有自己的微控制器设计团队,设计与生产自己公司的微控制器,从而形成了百花齐放的微控制器产业发展趋势。

而ARM公司一反传统的微控制器产业模式,从公司成立之初,便摒弃实体产业,专注发展微处理器知识产权,即只专注于发展微处理器技术,不从事微处理器生产,从而成为雄据众多半导体之上的上游产业。先进技术水平的ARM系列与上游产业的优势吸引了众多的半导体厂家,他们纷纷在ARM公司授权的ARM系列架构基础上生产本公司的微控制器。ARM系列大量使用后,由于成本下降,不断侵蚀80C51的原有领域,80C51逐渐失去微控制器应用系统的主流地位。

在ARM系列不断侵蚀80C51原有领域时,并不代表80C51末日到来。在无限大的嵌入式系统应用领域中,80C51另辟蹊径,转战智能器件领域。今天,智能传感器、无线收发器件领域,已成为80C51的主流阵地。

文章来源:单片机与嵌入式系统应用

围观 405


可穿戴技术现在是消费类电子行业的热门用语。每家消费类电子产品公司都声称要推出可穿戴设备。它们是我们能够穿戴的微型电子设备,通常与现有配饰(如:手表)集成或者取而代之。


随着可穿戴设备行业的当前变革,对于更小、更直观的设备的需求正在迅猛增加。这个新兴行业的当前设备趋势包括智能手表、智能眼镜以及体育与健身活动跟踪器。除了消费类电子产品,它同时也在医疗行业催生令人关注的需求。

显然,这些设备所包含的电子产品需要“瘦身”。最重要的电子组件应该是微控制器。由于这些MCU不但需要尺寸小,而且还需要执行更多功能,因此集成成为了另一大要素。我们将会在本文中探讨以下主题:

1、可穿戴电子系统的不同需求;

2、如何根据这些需求细分市场;

3、典型可穿戴设备中的不同组件;

4、最后我们将探讨MCU如何有助于满足相关需求。

本文结束部分以赛普拉斯的旗舰器件——可编程片上系统(PSoC)举例说明一种智能手表。

可穿戴设备的需求

我们首先看一下可穿戴设备的典型需求。

美观:

可穿戴设备的最重要需求是美观。最终产品需要时尚漂亮,而且需要能够搭配当前的时尚配饰,如:装饰品、手表、眼镜等。仅凭英特尔等半导体巨头与时装行业携手打造时尚设备这一点就能够说明此项需求至关重要。

电容式触摸感应技术是提高美感的关键技术。对此,电容式用户界面的关键需求是支持各种外形(包括曲面),能够防液体(避免误判的触摸),以及支持厚的覆盖层感应等。赛普拉斯的CapSense与TrueTouch技术能够使此类需求变得切实可行。

尺寸:

如前所述,这些器件的明显需求是尺寸小,以便轻松集成到可穿戴设备。但同时不可以减少或降低其展现的功能。因此,此类器件中采用的组件在保持小尺寸的同时还应当在相同空间集成更多功能。片上系统(SoC)和芯片级封装(CSP)等技术有助于缩小尺寸。例如,赛普拉斯可以提供采用WLCSP等多种封装选项的可编程片上系统(PSoC)器件。

防水:

可穿戴设备会被用户带到任何地方。因此,关键是这些设备的设计能够抵抗环境条件,如:水滴、湿气、汗液等。

功耗:

毋庸置疑,可穿戴设备是由电池供电,因此,以下因素在其功耗降低方面带来了特殊挑战:

由于可穿戴设备大部分是监控设备,与其它移动设备不同的是,它需要始终打开并且保持连接。例如,智能手表需要始终显示时间并通过蓝牙等无线方式连接到手机,以便接收提醒;计步器需要一直计算步数并向手机应用报告;同样,心率监控器需要一直提供监控和报告。

由于需要降低整体尺寸,因此会从内在限制电池容量。

这些设备需要以超低功率运行,以延长电池使用寿命。此项需求对MCU与固件算法提出了特殊要求。32位ARM架构是可穿戴设备常用的CPU技术,因为它能提供最佳性能与高能效。另外可设计采用ANT+、低功耗蓝牙(BLE)等无线技术实现低功耗。

无线通信:

由于具有更高的灵活性与自由度,无线连接已成为现代电子设备的一大自然特性。无线连接对于可穿戴设备而言更加重要,因为后者需要与一个或多个设备进行交互。根据类型和所提供的功能,此类设备需要支持不同的无线协议,如:Wi-Fi、ANT+、BLE、基于IEEE802.15.4的专有协议等。一些设备需要支持多种协议。例如,某种腕表采用专有无线协议与心率监控胸带通信,同时采用BLE与手机中的跑步应用进行通信。

应用处理器/嵌入式控制器:

主处理器的选择仅仅取决于设备的类型与功能。例如,ARMcortex-M控制器可以驱动简单的腕带,但是智能手表需要采用应用处理器,以便运行Android等复杂的操作系统。

如前所述,32位ARM处理器常用于驱动可穿戴设备,因为其能够提供最佳性能与高能效。赛普拉斯的PSoC等现代控制器完全利用ARM架构的功能优势在单个芯片中集成了高级模拟功能、可编程数字功能以及ARMcortex-M内核等。

一些高级设备采用独立的协处理器把传感器数据处理工作从主处理器上转移出来。之所以需要这么做是因为设备可能具有需要实时分析以及CPU支持的传感器数据负载。此功能称为传感器集线器或传感器融合。下图说明了传感器集线器在可穿戴系统中的作用。


图1–传感器集线器在可穿戴系统中的作用
  


操作系统:

根据类型和所提供的功能,可穿戴设备可能需要、也可能不需要特定的操作系统。例如,一个用于监测温度、采用3轴加速计测量运动以及用单色段式LCD显示时间的简单腕表可以运行轻量型RTOS,而用于扩展手机功能的智能手表需要运行Android等高级操作系统。

同时,传感器集线器需要具有上下文感知算法的特殊固件。  

市场细分

至此我们已经了解了典型可穿戴设备的需求,相应地进行市场细分也十分重要。正确的市场细分使设计人员能够开发合适的产品,同时帮助用户选择最佳设备。下表根据设备功能进行市场细分。表格中细分市场的复杂性自上而下增加。


表1–可穿戴设备的市场细分


可穿戴电子设备中的组件
  
现在我们来看一下典型可穿戴系统的组件。下图给出了一个可穿戴系统的方框图,该系统包含了我们前文所述的所有功能。

请注意,根据所采用的主处理器的类型,可以在单个处理器芯片中集成更多的外设功能。例如,赛普拉斯大部分的PSoC器件都可以轻松集成电容式感应功能,并且无需单独的触摸控制器。同样地,赛普拉斯PSoC4(旗舰cortexM0器件)可以集成段式LCD驱动器。
  
可穿戴设备的重要子系统是数据采集或传感器子系统。根据器件的类型,其可能是只有几个MEMS传感器的简单系统,也可能是采用专用传感器集线器连接相关传感器的复杂系统。MEMS传感器在用于监控人体各方位运动的健身和健康设备中发挥着关键作用。这些传感器又称为运动传感器。所有这些传感器都是通过I2C或SPI通信接口提供数字式运动信息。此类传感器的示例包括3轴加速计、陀螺仪、磁力计和气压高度表。


图2–可穿戴电子系统


另一种传感器类别是广泛应用于医疗保健设备的模拟传感器。此类传感器示例包括心率监控器、EEG等生物计量传感器。模拟传感器需要称为模拟前端(AFE)的特殊组件。AFE包含运算放大器、滤波器和ADC,其用于将模拟信号调节并转换成数字信号,以便于CPU处理。此功能有时可与CPU集成,例如赛普拉斯的PSoC,其通信功能可以直接用作传感器集线器。

还有一个重要的子系统是用户界面(UI)系统。用户如何与可穿戴设备交互是极其重要的考虑因素。为了最大限度地降低复杂性,交互应当尽可能地直观。流行的UI技术是电容式触摸感应技术,其经验证为目前最直观的UI。根据相关应用的不同,可以采用多种方式实现电容式UI,如:触摸屏、按键与滑条等。

另外,LED、蜂鸣器和振动电机等UI元件可以帮助实现设备向用户提供的提醒与反馈。例如,与手机连接的智能手表需要在有消息时提醒用户。脉宽调制(PWM)是驱动这些元件的关键。PWM可用于实现调光等各种LED效果,而且还能提供实现触觉反馈的各种振动效果。如果在固件中实现,这些技术需要精确的定时和频繁的CPU处理。因此,关键是选择支持硬件PWM的处理器/控制器。例如,赛普拉斯的PSoC4可以支持被称为TCPWM的硬件PWM块。

MCU能够解决上述挑战!

除了需要应用处理器的高级信息娱乐设备之外,MCU可以充分满足大多数可穿戴设备的需求。另外,最新MCU可在单个芯片中集成大部分功能。这对降低可穿戴设备的整体尺寸和BOM成本都具有重要作用。例如,赛普拉斯的PSoC能够集成以下功能(请注意:功能的可用性取决于相关部件)。

低功率32位ARM架构(支持ARMcortexM0与M3);

256KB闪存,64KBRAM;

电容式触摸感应;

段式LCD驱动器;

硬件PWM;

SPI/I2C/UART通信;

模拟前端(比较器、12位SARADC);

全速USB2.0

智能手表的应用示例
  
我们在本文结尾来看一下采用PSoC和外部组件能够实现的一种典型智能手表的方框图。这样能够让您了解系统级实现方案,以及PSoC能够如何帮助快速开发解决方案。中间的蓝色方框表示能够集成到单个PSoC的功能。


图3–典型的智能手表系统


文章来源:
ofweek

围观 331


消费类电子产品经过几十年的发展已经有无数种各类用途的设备,从专业设备到个人消费品。虽然存在性能和功能的差异,但是消费类电子产品往往遵循相同 的设计趋势:设备功能变得越来越强大、体积小巧和省电。可穿戴设备集中体现了这一趋势,它是一种便携、电池供电、高集成度的设备,负责从高精度模拟测量到 直观用户界面的所有一切。可穿戴式设备开发人员必须仔细的在多种集成电路(IC)中匹配产品的需求,有时还需要同时应对相互矛盾的优先选项。

例如,让我们仔细思考,在灵巧的可穿戴式设计中如何兼顾尺寸、电池寿命和功能,同时又不忽视可穿戴设备的特殊性:包括它们的个性化功能和吸引力。我们以“功 能单一”类型的可穿戴设备为例——一个没有屏幕、纽扣电池供电的计步器,可以在当用户需要运动时提醒用户,同时也能够保持跟踪一整天的步数。一个简单的电 容感应触控接口实现用户输入,一个三色LED提供刚好够用的富有表现力的输出,这使产品可以提供方便且具吸引力的个性功能。这个产品设计展示了功能强大的 IC如何塞入小型封装中,有助于促进创新和产品差异化。

我们的产品需求

让我们先来勾画出产品的基本需求。在定义了功能集之后,我们能够选择负责各项功能的组件。这是一款精简到只剩基本功能的计步器。没有提供屏幕、蜂鸣器或者iPhone应用程序,该设备有意突出它的简朴和小尺寸。它的用户接口同样简洁明了。

基本设计需求包括:

• 最小化可实现的外形尺寸:带有外壳的产品应当在各项尺寸上尽可能接近CR2032电池的大小,因此用户能够在口袋中携带该设备,或者挂到他们的钥匙链上。

• 用户输入:在纽扣电池形状壳体的一侧,提供能够识别如下输入的电容触摸接口:

o 滑动:解除提示用户需要起立的报警

o 轻敲并保持:开启新的一天(复位计步器)

o 轻敲:检查一天中的步数

• 简单的输出:在壳体某处裸露的LED提供所有输出:

o 红色:定时的短闪烁表示用户已经保持不动太长时间了

o 绿色双闪:当用户开始新一天时通过轻敲并保持动作触发

o 1秒钟红/黄/绿输出:指示一天内达到33%、66%和100%步数的百分比,在轻敲触摸接口后持续几秒钟

如何实现小型化?

CR2032 电池的直径是20mm,高度是3mm。很显然,我们的系统必须比它稍微大些,但是我们如何在现实中实现可穿戴设备的小型化呢?让我们假设产品的塑料外壳能 够做的非常薄,因此在直径上它增加的长度不会超过5mm,同时易于支持电池更换。对于高度,我们如何最小化该设计的高度并保持大致纽扣电池那样的尺寸呢? 在产品的垂直堆叠中,它的高度由四种器件尺寸构成:电池、印制电路板(PCB)、PCB上的器件和产品的塑料外壳。对于四层PCB来说,PCB厚度大约为 0.5mm。而如何最小化焊接到该PCB上的器件高度需要仔细进行型号选择。这时寻找高性能的芯片级尺寸封装的器件对于我们的设计来说至关重要。

芯片级尺寸封装的好处

晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP)代表了制造和芯片组装技术中多年持续进步的成果。在WLCSP封装中,硅被直接连接到封装一侧的焊球上,与之相反,旧有技术通过绑定线连接硅端口焊盘到封装引脚。这种设计的影响是封装能够设计成宽度和高度都接近内部硅片自身尺寸的大小。

IC 供应商们争相发布WLCSP的封装支持现有的多种设备,从而获得极小封装类型的好处。此时会出现的挑战是:一些厂商的硅片相当大,以至于它在获得更小尺寸 的封装上没有竞争力。来自Silicon Labs的EFM8SB1 MCU非常适合CSP封装类型,这是因为虽然该MCU有极高的功能密度,但是它已经适应小封装尺寸(例如3mm×3mm QFN封装)。EFM8SB1 WLCSP封装尺寸仅为1.78mm×1.66mm。

EFM8SB1 MCU成为这个设计和其他可穿戴设计的理想选择,它的关键特性包括:

• 8位MCU提供超低功耗、高灵敏度电容感应输入。

• 片上实时时钟能够周期的从超低功耗(~300nA)状态唤醒系统。在这个设计中,这个时钟的一个用途就是测量从最近一次走动以来的时间,并发送活动通知去鼓励用户站起来并走动。

• 2-8kB闪存和512字节的RAM维持在整个低功耗周期内,结合25MHz的8051内核使这个小设备具有执行逻辑和进行多种系统响应的能力。

接 下来是计步器的选择。为了充分利用CSP封装的MCU所带来的超薄特性,所有板上的集成电路理论上也要选择CSP封装的器件。出于这个原因,我们的板上加 速计理论上也应当支持CSP封装。最新发布的Bosch BMA355提供高集成度的传感器,在片上实现多种三轴事件监测,可以通过SPI接口与EFM8 MCU进行通信交互的事件。

因为两个IC器件以及必要的几个分立被动器件都能够采用超薄封装,因此产品的塑料外壳可制成超薄的并且靠近电容感应面,从而优化触摸灵敏度。其产品外壳甚至能够在靠近电容感应焊盘区域有轻微的锥度,以压缩板上PCB和板上器件之间形成微小的空间间隙。

图1:带有CSP MCU的可穿戴设备板垂直层叠图


电路板布局

使用CSP封装器件最大化的电路板空间,使得我们能够在PCB上实现电容感应接口。MCU和加速计应集群分布在大体成圆形的PCB一侧的边缘,连同可以裸露的LED一起。当然LED可能需要在设备的封装壳上开孔来展现。

为 了检测手指滑动,电路板必须有两个电容传感器,理论上是相同尺寸的两个传感器,沿着他们相同的边沿轻微的交错开。这两个传感器应当占去板上MCU侧的大部 分面积,然而它们应当被第三个细小的传感器围绕,同时这第三个传感器也围绕着其他两个传感器。这第三个传感器在用户交互过程中提供我们MCU在进行触摸和 滑动检测过程中所需要使用的关键信息。

图2:拥有电容传感器的可穿戴设备电路板布局


触摸检测

可穿戴设备的极度便携性意味着这些设备通常放在身上或者手中。对于测量传导物质(例如手或者皮肤)接近的设备来说,被设备检测到的接近恒定的人体接触可能导致触摸检测问题。幸运的是,该设计中所选择的MCU和加速计的特点帮助开发人员克服了这些挑战。

虽然该系统有三个电容传感器,但是实际上它有四个触摸输入。加速计提供了中断驱动的轻敲探测器,能够通过固件检测触摸事件并且以多种方式提供接口给我们。凭借加速器轻敲检测器的优势,由EFM8SB1 MCU检测的触摸经过以下阶段:

• 在设备边沿处的边界传感器处检测到正向增量,执行一个输入使用案例,这是用户沿着设备的边沿拿着设备,或者用手掌完全围绕设备边沿握持,马上接下来是:

• 轻敲检测事件由加速计发出,同时与下列事件保持一致

• 在中心的电容传感器其一或全部检测到显著幅度的正向增量

MCU的固件可以通过Silicon Labs Simplicity Studio开发环境提供的电容感应固件库实现所有电容感应触摸检测和过滤。

低功耗功能

加 速计和MCU都能够被配置在低功耗模式下操作。电容感应固件库使得EFM8SB1 MCU能够进入~300nA的睡眠模式,并且周期性的唤醒去检查电容传感器上的活动事件。如果加速计发信号通知事件已经检测到并且数据已经准备就绪,那么 MCU也能够使用端口匹配唤醒事件去异步唤醒。

EFM8SB1 MCU将保持在低功耗状态,并且仅仅消耗不到1µA电流,除非有下列情况之一发生:

• 触摸检测事件需要对电容感应输入监视进行更多响应

• 加速计活动事件(例如轻敲检测或者脚步检测中断)需要MCU唤醒去服务这些中断

• 运动通知事件,设备开关LED去鼓励用户站起并走动

与此同时,加速计被配置来实行最低的功耗操作状态,同时仅仅在轻敲事件或者在三轴之一检测到变化时才发送信号。但是片上缓存数据能够最小化MCU和加速计之间的交互次数,进一步优化电池使用寿命。

MCU从加速计读出缓冲数据之后,一些附加的检查和分析必须被执行以确定是否有后续步骤。一旦三轴数据与存储在EFM8SB1设备上的历史数据相比较后,MCU可以更新其计步器,并且快速返回到低功率状态。

下一步?

本示例中展示了可穿戴设备领域内“单一功能”类型的终端产品。在示例中CSP尺寸的集成电路操作所带来的功能密度、精确度和能效也说明了如何使用和控制这类 IC。例如,在可穿戴设计中描述的产品可以被视为更大产品中的一个子系统,其中芯片尺寸的MCU可作为低功耗传感器集线器运行,去管理触摸接口和加速计。 随着硅芯片供应商设法集成更多特性到更小封装中,需要系统开发人员充分利用这些创新去获得产品设计的灵感。

来源:网络

围观 413


2016年6月30日,上海灵动微电子股份有限公司(公司简称“灵动微电”,证券代码:833448)MCU事业部总经理娄方超,应邀参加了“2016中国(上海)物联网大会暨中国(上海)国际物联网博览会”,并做了主题为“MM32 MCU,基于ARM内核的物联网灵动之风”的演讲。

灵动微电MCU事业部总经理娄方超演讲中


娄方超表示,MM32 包含MM32x031和MM32x103两大系列,该系列具备“低功耗”、“高性能通用”和“高可靠性”等性能。此外,该系列产品涵盖四大领域:IOT/低功耗应用;工业控制及高可靠性应用;传感器/MEMS应用;加密安全应用。公司在这四个领域都有标志性的合作方和客户。

娄方超透露:“MM32 MCU产品从规格和设计上面跟欧美的一线大厂的同类产品是很有可比性的,我们的诸多关键技术指标已经等同甚至优于同类标的。”MM32第一个标准产品MM32F103从去年下半年在市场推广以来,目前有合作意向的合作方超过300家。目前有意向订单的已经超过30家,已经下订单的有十余家,而且我们的客户、供应商及合作伙伴都对这个市场都非常乐观。

娄方超还表示,在产品的推广方面,公司提供的不仅仅是孤立的产品,公司提供的是完整的产品及设计方案。MM32 MCU有十大产品构成要素,分别是:模拟模块、数字模块、闪存控制器、架构、库函数、固件与例程、文档与手册、开发调试烧录、加密及安全、原型验证,这十大要素共同构成了灵动MM32 MCU生态链所倡导的优质产品和精致服务的基础。

公开资料显示,灵动微电是国内专注于MCU产品与MCU应用方案的领先供应商,是中国工业及信息化部及上海市信息化办公室认定的集成电路设计企业,同时也是上海市认定的高新技术企业。自2011年3月成立至今,灵动微电子已经成功完成十余款MCU产品设计及推广,包括基于8051、ARM Cortex-M0、Cortex-M3内核的Flash MCU、OTP MCU、EEPROM MCU等产品、产品及方案广泛应用于工业控制、智能家电、智慧家庭、可穿戴式设备、汽车电子、仪器仪表等领域。

围观 405


作者:电子创新网 张国斌

520不但是爱情表达日,也让半导体厂商用来表达对用户的满满爱意,5月20日,在2016深圳(国际)集成电路技术创新与应用展上,上海灵动微电子股份有限公司宣布正式推出“MM32x031”及 “MM32x103”系列32位MCU产品,在这个流行跨界和融合的时代,这意味着这家中国唯一一家在证券市场公开挂牌的MCU设计代工企业正式杀入MCU品牌领域,也意味着MCU市场面临新的玩法和变革了。

上海灵动微电子股份有限公司(股票代码:833448,股票简称:灵动微电)是国内专注于MCU产品与MCU应用方案的领先供应商,是中国工业及信息化部及上海市信息化办公室认定的集成电路设计企业,同时也是上海市认定的高新技术企业。自2011年3月成立至今,灵动微电子已经成功完成十余款MCU产品设计及推广,包括基于8051、ARM® Cortex®-M0、ARM® Cortex®-M3内核的Flash MCU、OTP MCU、EEPROM MCU等产品,产品及方案广泛应用于工业控制、智能家电、智慧家庭、可穿戴式设备、汽车电子、仪器仪表等领域。

据灵动微电子MCU产品事业部总经理娄方超介绍,本次发布的“MM32”系列32位MCU涵盖ARM Cortex-M3和Cortex-M0两个最为热门的内核,配以完善的周边开发支持以及丰富的应用解决方案,灵动微电子将以为客户提供“专业、可靠、便捷、高效”“有尊严的精致服务”为理念,打造本土MCU品牌。

一、全球通用MCU市场集中度不高,呼唤本土厂商

在有源IC中,MCU的出货一直保持健康成长,主要原因是物联网智能硬件愈来愈热,尤其是物联网对MCU的需求不断看涨,在物联网节点中,MCU是关键,有分析认为,未来物联网节点也需要深度学习和人工智能,因此这将进一步刺激MCU需求放大,IC Insights市场研究报告显示,2015年全球MCU市场规模达到168 亿美元,较去年增长5.6%,出货量255亿颗比去年提升12.4%,预计 2016年全球MCU市场出货量将突破300亿颗大关!

“”

而对于32位MCU市场而言,2015年是具有重大标志性意义的一年,全球32位MCU出货量超过4/8位MCU与16位MCU出货量的总和,而且 未来几年应该会保持30%左右的高速增长。

“”

而从全球MCU市场份额来看,这个市场目前有超过40家的MCU厂商,但是市场集中度并不高,排名第一的瑞萨连20%的份额都没有达到,这意味着随着MCU规模扩大,可以给新进入者孕育很多市场机会,只要做好细分和服务,就有可能分到一杯羹。

“”

以其他领域IC的发展来看,MCU领域一定会有本土巨无霸产生,我们看到在手机芯片领域,出现了展讯这样的领军型企业,在安防领域海思占据很大份额,在电源管理领域,也有本土公司崭露头角,对于未来物联网的主力器件MCU一定也会催生出一家本土巨无霸公司来,其关键是如何适应新的市场需求模式,未来物联网市场需求更碎片化和差异化,而MCU的体量十分巨大,如何解决这个需求是成功的关键。

有业者指出未来MCU领域,本土公司能占据1/2席位,谁能进入这1/2?

二、灵动微电子的优势

去年以来很多本土公司杀入MCU领域,甚至有地产领域的土豪杀入,也说明很多有识之士已经意识到MCU的重要性。不过,对于MCU,它不像一般的标准器件只要保证交期和提供一定的技术支持就好,MCU很多是定制化的应用,需要很强大的技术支持能力,看看国际MCU巨头如ST\TI等,自身或者第三方都会能提供很强的技术和方案,对于一窝蜂杀入MCU领域的本土厂商来说,如果想把它当成一个标准品以低价格策略销售,估计难有销量,而且没有一定的利润不做保障,后续的研发、专利授权等都难以跟进,会制约进一步的发展。

娄方超表示灵动微已经设计过多款MCU并积累了大量周边模块IP,灵动微还和系统厂商方案公司建立了良好的合作关系,随着物联网市场的开启,大量定制化MCU需求巨大,这正是灵动微的优势所在,“过去几年,我们干的就是给厂商做定制的事情。”他表示。“与其他厂商不同,我们理解市场和客户需求,我们是以优质的设计切入MCU领域,”

在芯片定制化的周期上,娄方超表示灵动微电子平均完成一个芯片的周期是两到三个月,而这都要归功于灵动拥有自主知识产权的设计平台——Mindmotion-Platform,一个具备微控制应用所有数字、模拟知识产权的集成模块,且验证充分,运作起来相当稳定。

“”

他详细介绍了灵动MM32系列MCU十大构成要素

1、模拟模块

灵动微电子有大量针对MCU 的模拟模块,覆盖电源管理、时钟、信号处理等等,并且这些模拟模块都是为MCU深度定制的,在多个MCU产品中得到量产验证。

“”

2、数字模块

灵动微电子也有MCU需要的数字IP例如各种接口、总线和信号处理系统等等,针对MCU应用度身定制。

“”

3、闪存控制器 - Flash Controller

嵌入式Flash平台最基础也是最重要的MCU模块,它决定了整个平台的数据吞吐、执行效率,也决定了软件开发、调试、烧录、使用的方式。但又常常被设计者所忽略。

灵动投入的研发资源中,约三分之一与闪存控制器直接或间接相关 ,目前达到执行效率可与欧美主流原厂相媲美,支持所有主流开发 、调试、烧录软件及设备。

闪存控制器开发难度很大,与各个Vendor的各种不同的Flash Block直接相关,需度身定制,与主流的软件开发、调试工具相关,需上下联调
与CP测试公司、产品公司、代理公司的烧录工具有关,需现场调查等。

“”

4、架构

这是关系到MCU开发者体验的关键,灵动为MM32 MCU配备了超过700种函数,便于客户从原有平台上迅速完成设计迁移。

“”

5、库函数

这是提升开发MCU的关键

“”

6、固件与例程

固件和例程可以为客户提供新品导入和平台迁移的信心为设计开发人员提供贴近实际应用的场景和一手的测试环境。

“”

7、文档和手册

文档和手册对于MCU开发者非常重要,当年周立功单片机就是把大量NXP MCU的文档翻译成中文推动了NXP MCU的中国销售,灵动微也提供了大量文档和手册

“”

8、开发调试烧录

做过MCU开发的都知道它的重要性,不解释,灵动获得了来自ARM原厂的直接支持,目前已经进入ARM KEIL的厂商及产品目录,目前仅有两家本土企业做到这一点。

“”

9、加密和安全

这个对于传新型企业非常重要,你辛辛苦苦开发的东西总不希望别人轻松复制吧,去年火爆的扭扭车,其最初的开发商并没有挣到什么钱就是一个深刻教训啊,所以选择MCU的时候,这个一定要看重。

“”

10、原型验证

这对于MCU应用开发也非常重要,娄方超表示灵动微有多个的并行开发模式可以大幅度提升开发效率

“”

此外,娄方超表示灵动微电子已经在大量招募MCU FAE这对于MCU开发支持很重要,尤其大量深圳本地以产品加工型为主的公司更重要。另外,他还透露,灵动微还将启动一个特别的商业模式推动MCU的普及,这个会在适当时机公布。

从以上看,灵动微电子杀入MCU领域是经过深思熟虑并有具体策略的。

近日,灵动微还和本土某主流芯片制造企业合作开发基于物联网(IoT)智能硬件的IP平台两家公司还将在该企业多个技术节点上针对客户应用提供多种模拟IP及MCU的整体解决方案。

三、看颜值的时代,灵动微电子的MCU性能到底如何?

有人说这是一个看脸的时代,对于MCU产品来说 ,颜值就是性能、功耗、面积等多,那灵动微电子的MCU性能到底如何呢?从公布的数据看灵动微电子的MM32 MCU在主频、存储、宽电压、外设都有优势。

这是灵动微电子发布的两个系列MCU的详细参数:

“”

“”

“”

“”

而且灵动微电子已经开发了一系列热门应用方案。这在2016深圳(国际)集成电路技术创新与应用展上有演示。

娄方超表示灵动微电子提供基于MM32的评估板和外设,这两个系列MCU瞄准IOT、工业、传感器和加密安全应用。灵动微电子官网已经可以提供两款MCU的在线技术支持。有兴趣的同学可以自己登陆下载 http://www.mindmotion.com.cn/

“”

“”

娄方超表示灵动微电子已经有数款热门的MCU应用方案可以提供,覆盖无人机、平衡车扭扭车、马达控制、LED显示、打印机等,也有针对智能家居的方案。

“”

“”

“”

“”

“”

“”

“”

“”

娄方超表示灵动微电子成立5年来,设计团队超过五十人,年营收一直保持高速增长,并保持了一定程度的高净利润。灵动微电子的团队均是业内资深人士,对中国半导体产业有着较深的理解和广泛的人脉关系。在设计能力方面,拥有一批从业超过十年的专业工程师,涵盖了从数字构架、CPU/DSP核应用、低功耗模拟电路设计到精确版图后端设计以及生产、封装、测试等全部后端流程。

娄方超表示灵动微电子以成为“中国本土MCU第一推动力”为愿景,致力于发展成为中国本土MCU产品与MCU应用方案的开拓者和领导者,愿意与产业界各位朋友携手共进,共创美好未来。

声明:本文为原创文章,转载需注明作者、出处及原文链接,否则,本网站将保留追究其法律责任的权利

围观 531

页面

订阅 RSS - MCU