随着智慧物联网嵌入式智能日益走热，业界对MCU的需求水涨船高，以目前热门的Arm架构MCU为例，Arm® Cortex®-M系列架构的MCU在2023年市场规模达到60亿美元，预计到2032年将增长至105亿美元。
众所周知，Arm® Cortex®-M系列内核专为MCU嵌入式市场设计，广泛应用于物联网、工业控制、汽车电子等领域，随着这些领域的快速发展，这类MCU的需求预计将持续增长。
迄今，Cortex-M 已经推出了十款内核，分别是：
1、Cortex-M0/M0+--入门级，超低功耗，面积小，适合简单控制任务。
2、Cortex-M1--专为 FPGA 设计，适用于可编程逻辑场景。
3、Cortex-M3--中端性能，支持复杂实时任务，适合工业控制场景。
4、Cortex-M4--增强 DSP 和浮点运算（可选 FPU），适用于音频、传感器处理。
5、Cortex-M7--高性能，高主频（可达 1GHz+），支持双精度浮点，用于复杂计算。
6、Cortex-M23--M0+ 的升级版，集成 TrustZone 安全扩展。
7、Cortex-M33--M4 的升级版，支持 TrustZone、DSP 指令和可选 FPU。
8、Cortex-M35P--M33 的物理安全增强版，抗硬件攻击。
9、Cortex-M55--首款支持 Arm HeliumTM（MVE）矢量扩展的 M 核，加速DSP/ML。
10、Cortex-M52--2023年发布的最新成员，基于Arm v8.1-M架构的最新内核，专为 AIoT 优化，并保持向下兼容 M33/M55。
Cortex-M52是目前Cortex-M系列中在低功耗、小面积和高性能之间取得最佳平衡的内核，尤其适合需要AI和DSP功能的设备。相较于其它Cortex-M内核，Cortex-M52在性能、功耗、面积、安全性以及开发友好性方面均展现出卓越优势，与Cortex-M33相比，Cortex-M52的机器学习（ML）性能提升5.6倍，数字信号处理（DSP）性能提升2.7倍，能效提升2.1倍；与Cortex-M55/M85相比，Cortex-M52在保持高性能的同时，芯片面积更小，更适合对成本和功耗有严格要求的应用场景。
在Arm 发布新一代MCU内核之后，通常是国外MCU厂商率先推出相应产品，但这一次，是本土MCU厂商领先了！
在2024德国慕尼黑国际电子元器件博览会（electronica 2024）上，极海半导体率先展示了其基于 Arm® Cortex®-M52内核的高性能实时控制MCU G32R5系列，随后，在2025年1月的极海半导体渠道合作伙伴大会现场，基于Arm® Cortex®-M52双核架构的实时控制MCU——G32R501正式发布。
G32R501基于40nm eFlash先进工艺制程，支持双内核高效协同，集成高性能感知、丰富控制外设和灵活外设互联系统，是面向新能源光伏、工业自动化、商业电源、新能源汽车等中高端应用场景研发的高性能实时控制MCU产品，旨在从芯片端解决实时控制系统对更高效率、更高功率密度、更高精度和更高可靠性的设计挑战，其应用范围覆盖光伏/储能逆变器、充电桩电源模块、服务器电源、车载OBC、UPS、伺服控制器、机器人等。
这一发布在业界引发巨大反响，电子创新网第一时间采访了极海半导体实时控制产品线高级产品经理Louis LU，详细了解极海半导体为何可以率先推出基于Cortex-M52双核的实时控制MCU，以及这款产品的详细信息。
“为何可以快速推出产品，首先得益于我们极海半导体拥有一支设计经验丰富的研发团队，他们特别熟悉Arm内核。其次，与Arm中国的紧密合作也是不可获缺的因素。”Louis LU指出，“另外，在实现MCU双核间的高效协同、适配Cortex-M52的总线的存储系统以及专为实时控制应用量身打造的低时延系统方面，我们也进行了大量优化设计。”
他表示这款高端实时控制MCU依托超高实时算力、高性能实时控制外设以及业界领先的Cortex-M实时控制特性，主要瞄准新能源光伏、商业电源、新能源汽车、工业自动化及机器人等热门应用。
Louis LU进一步阐述，实际上很多领域需要实时控制MCU。例如从发电侧的光伏和风力等新能源设备，到输配电系统中的无功补偿系统等核心设备，再到新能源汽车、自动化工厂和智能家电等的终端设备以及机器人领域，实时控制MCU作为上述应用终端的核心器件，发挥着至关重要的作用。这类MCU能够精准快速地感知各类信号，执行复杂运算并实现高效闭环控制，确保系统的稳定性和可靠性，同时提升能源的利用效率和系统的响应速度。无论是在风电场实时调节发电输出，还是在自动化工厂中实现精确的生产控制，实时控制MCU都成为了推动现代智能化发展不可或缺的关键技术。
针对实时控制MCU在新能源汽车的应用，如车载充电机，车载DC/DC及车载压缩机等，极海也将推出符合车规标准的型号，目前正在进行AEC-Q100 Grade1车规可靠性认证。
据他介绍，相比友商产品，极海的G32R501实时控制MCU拥有其独特优势：
1、高性能双核，Arm HeliumTM和自研紫电数学指令扩展单元： 超高实时算力的来源；
2、高分辨率PWM模块(典型150ps分辨率)，比较器子系统等：实时系统低时延设计的基础；
3、高可靠性：符合AEC-Q100 Grade1车规可靠性标准（认证进行中），优异的EMC/ESD性能；
4、高安全性： 符合IEC 61508 SIL2功能安全标准(认证进行中)、支持代码安全保护模块、丢失时钟检测电路性能。
至于为何采用双核架构，他表示G32R501实时控制MCU采用Cortex-M52同构双核并行工作模式，可同时执行高性能计算/管理任务和实时控制任务。针对目标应用，这种架构在保证控制任务实时性的同时，用户还可并行高效执行通讯、边缘AI计算、信息安全等多种任务。
一款优秀的MCU离不开丰富强大的外设资源，据介绍，G32R501 集成了丰富的高性能模拟和信号处理外设，为复杂实时控制应用提供了强大支持，具体是：
3个12 位ADC，具备3.45MSPS 的采样率，能够准确且高效地采集和处理多个模拟信号，从而显著提升系统数据吞吐量和响应速度。
7个内置12位参考DAC的比较器，支持跳闸功能，可对输入电压电平进行实时监控，确保系统的安全性与稳定性。
7个增强型捕捉模块（CAP），其中 2 个支持高分辨率捕捉（HRCAP）功能，可实现高精度的信号捕获，适用于高速动态控制场景。
2个增强型正交编码器脉冲（QEP）模块，支持CW（顺时针）/CCW（逆时针）运行模式，满足精密电机控制需求，提供高精度的位移和速度测量能力。
4个Σ-Δ滤波器模块（SDF）用于提升 ADC 的精度和信噪比，优化信号质量，特别适合高噪声环境下的模拟信号处理。
4个灵活逻辑块（FLB）通过配置增强型外设互联，为片上控制外设提供高效、灵活的连接性能，从而简化系统设计并提升实时控制效率。它还集成了UART、CAN、I2C、QSPI和PMBus等多种通信接口，结合多个多路复用选项，能够灵活适配多样化的应用场景，满足工业自动化、新能源、汽车电子等领域的通信需求。
Louis LU强调G32R501工作温度范围覆盖-40℃ ~ 125℃，拥有卓越的抗干扰性能，ESD实测结果HBM＞8KV，CDM＞2KV，Latchup＞200mA。
Louis LU表示为了方便工程师的开发，极海半导体提供了完善的生态开发体系，助力工程师高效开发，实现更短的项目落地周期，如全方位生态支持提供多种库资源：驱动库、数学库、中间件、安全库、应用库，满足用户在不同开发阶段的需求。支持多任务操作系统和软硬件开发工具，确保开发流程流畅。兼容主流 IDE 工具链：KEIL、IAR、Eclipse，方便用户使用熟悉的开发环境。
此外，G32R501 EVAL 评估板可用于完整功能演示和初步方案验证，帮助用户快速上手。而双电机调试板则为复杂的电机控制应用提供高效调试支持。EtherCAT 总线调试板能够满足工业通信领域的高性能总线协议调试需求。
同时，极海还推出了G32R501 400W EtherCAT总线型高压伺服控制器、一拖二微型逆变器、48V/50A双向电源以及低压无感双电机等单芯片量产级解决方案，能够满足各类工业系统对可靠性、续航、成本、运行速率等多方面要求，展现了其在工业领域的深厚应用潜力。
目前，边缘智能应用方兴未艾，极海半导体在G32R501实时控制MCU上，也针对AI和ML做了强化，Louis LU表示Cortex-M52集成Arm HeliumTM，显著的增强了高级数字信号处理（DSP）能力和机器学习（ML）应用性能，可帮助客户实现诸如AFCI光伏逆变器智能拉弧检测，工业设备预测性故障维护等应用。
展望未来，极海半导体还将针对服务器、通信电源、充电桩直流模块等商用电源领域，以及机器人、变频器等运动控制领域，推出成本更具竞争力的G32R502系列实时控制MCU；针对高性能应用需求，还将加强总线通讯外设和实时控制性能，推出G32R507系列实时控制MCU。相信本土MCU在与国际大厂竞争中，通过聚焦细分市场，提供专业解决方案和高效服务响应，降低终端用户的学习成本才是取胜之道。
虽然目前在实时控制MCU领域，国际巨头依然占据大部分份额，但是随着本土芯片产品的迭代加速以及本地化优质用户服务的提升等，未来，本土实时控制MCU必然进一步蚕食国际巨头份额，并在中高端领域获得一席之地！加油！本土实时控制MCU！（完）
来源：电子创新网张国斌
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