新唐科技推出全新一代高性能M463微控制器系列，此系列搭载了200 MHz Arm® Cortex®-M4处理器，同时一举推升工作温度范围从 -40 ℃至125 ℃，以应对严苛的高温环境要求，并确保在极端条件下稳定运行。除了极宽温工作温度范围外，此系列还具备了丰富的外设接口，包括双路CAN FD和HS USB通讯功能，并搭载256 KB可编程记忆体和128 KB SRAM，确保足够的储存和运行空间，将为未来汽车电子供应链和工业应用带来更为可靠和高效的解决方案。

此外，NuMicro® M463微控制器系列最低功耗可低于200 nA，同时为满足多样的功耗需求，M463系列支持多种功耗操作模式及提供多样唤醒介面，使得不同功耗及多元需求的客户，都能找到最适用的功耗模式。同时内建DSP指令集和单精度浮点运算单元(FPU)，为工业控制、汽车电子周边等应用提供了强大的后盾。

NuMicro® M463微控制器系列支持丰富的周边功能，包含硬体加解密引擎、硬体key store、乱数产生器TRNG、Secure Boot (可提供root of trust功能)、2组CAN FD、1组USB高速OTG、高达24通道的16位PWM输出、8组UART、4组SPI/I2S、2组Quad-SPI、5组I²C和一个实时时钟RTC (real-time clock)。同时整合了许多类比元件，包含2组类比比较器、1组12位16路SAR ADC。

新唐提供了NuMaker-M463KG 开发板和Nu-Link debugger 工具，同时支持多种开发环境，包括Keil MDK、IAR EWARM、Eclipse IDE with GNU GCC 等。这使得开发人员可以更轻松地开发、调试和部署应用，加速产品上市的进程。

新唐科技NuMicro® M463微控制器系列再次巩固了在微控制器领域的领先地位。新唐科技将继续致力于提供高性能、高安全性的产品，以满足客户在快速变化的市场中的需求，并引领微控制器技术的不断创新。

电力电子产品设计人员致力于提升工业和汽车系统的功率效率和功率密度，这些设计涵盖多轴驱动器、太阳能、储能、电动汽车充电站和电动汽车车载充电器等。

这些系统的主要设计挑战之一是在降低系统成本的同时，实现更出色的实时控制性能。要应对这一挑战，常用的方法是使用拥有超低延迟控制环路处理功能的模拟和控制外设的高度集成的微控制器 (MCU) 。

实时控制性能：延迟是关键

在深入应用实例之前，先让我们简要看下“延迟”。在多轴驱动器、机器人、具有储能系统的光伏逆变器、电动汽车充电站和电动汽车中，控制性能与 MCU 对信号进行采样、处理和控制的速度直接相关。图 1 展示了实时信号链和信号延迟之间的关系，信号延迟指从模数转换器 (ADC) 测量信号，到 CPU 处理信息，以及脉宽调制器 (PWM) 控制功率的时间。这个时间需要尽可能小，才能实现超低延迟控制环路处理。

图 1：实时性能和延迟的概念

对于数字电源来说，实现较高的功率密度意味着要将 DC/DC 的开关频率从 50kHz 提高到 100kHz、500kHz 或更高。如果您使用的 MCU 以 100MHz 运行并且稳压环路同步到 PWM 频率，在 10kHz 时，PWM 中断之间的可用 CPU 周期数为 10,000，而在 100kHz 时会降为 1,000。随着频率上升，可用于检测流程控制的时间缩短，因此您需要优化 MCU 架构，以便在实时信号链中尽量节省每个周期的时间。

在光伏逆变器和储能系统中实现下一代电源

如图 2 所示，光伏逆变器市场不断发展，出现了集成储能系统的混合逆变器，带来了控制双向能量转换的挑战。单芯片架构需要使用具有许多高分辨率 PWM 通道和额外高带宽 ADC 输入的 MCU，例如 TMS320F28P650DK C2000™ 32 位 MCU。

图 2：集成了储能系统的光伏逆变器架构

为满足许多应用中对可再生能源不断增长的需求，光伏逆变器需要更高的功率效率和更好的总谐波失真性能。一种方法是使用更新的多相多级逆变器电源架构。这类架构通常通过一组复杂的电源算法和额外的外部逻辑（例如复杂的可编程逻辑器件或现场可编程门阵列）来实现，以便使用正确的序列安全地打开和关闭电源开关。这种方法会增加布板空间和系统成本。

能在不同 PWM 模块中支持板载定制、最小死区和非法组合逻辑（用于防止破坏性上电/断电序列的 MCU 特性）的 MCU 可让设计人员在降低成本的同时，减少或甚至移除外部逻辑，从而进一步简化设计。

此外，务必将 PWM 单元和集成的模拟窗口比较器进行紧密耦合，以便为电源转换器提供过流和过压保护。基于电源拓扑，您要选择的 MCU 可能需要搭载能够实现对谐振模式转换器峰值电流和谷值电流模式控制的 PWM 单元。

在电动汽车车载充电器中实现更轻松、更快速的集成

随着全球电动汽车数量的增长，设计人员需要找到新的解决方案，以便使车载充电器进一步集成并降低其成本。典型的实现方案为两个彼此隔离的 MCU，一个用于车载充电器功率因数校正，另一个用于车载充电器 DC/DC。

尽管采用单个 MCU 会增加将信号发送回 MCU 所需的隔离器件，但其增加的成本可与减少元件数量节省的成本相抵，包括减少 CAN 收发器、稳压器、电源管理集成电路、运算放大器以及实现返回主机 MCU 通信所需的隔离。

图 3 展示了单个 MCU 控制高达 22kW 的三相车载充电器功率级拓扑。PFC 级是两相交错式图腾柱，而 DC/DC 级是双电容-电感-电感-电感-电容 (CLLLC)，可减小变压器尺寸和场效应晶体管的电流等级。

图 3：由单个 MCU 控制的三相电动汽车车载充电器（PFC 与 DC/DC）

确定所需的最少 MCU 硬件资源（PWM、ADC、比较器）后，您可能还希望在降低 CPU 开销的同时，实现更多的软件集成。由于集成可以实现对单个器件上更多信号的采样，选择的 MCU 如包含内置基于硬件的过采样和偏移量校准功能的 ADC，可简化软件设计，从而使 MCU 具有更高的周期效率，并能够更快运行控制环路。

另一个挑战是对具有不同实时限制的多个任务进行软件集成：PFC、DC/DC 以及辅助控制和安全性需要共存，这让软件开发变得更加复杂。

从单核 MCU 转向多核 MCU 架构并在 MCU 内核之间分配存储器、PWM 和模拟资源，可帮助实现向多个内核分配不同的控制环路频率，例如，一个内核用于控制 PFC，另一个用于运行两个 CLLLC。每个内核以不同的独立频率运行控制环路：图腾柱通常为固定频率，但车载充电器的直流/直流电源转换级（图 3）不断变化。使用多核架构还有助于实现更可靠、更精密的过流和过压保护（因为可以针对每个内核优化每个控制环路），无需外部监控元件，还可以降低成本。

电动汽车将在数分钟内充满电，每个家庭都将使用光伏和储能系统，工厂将使用更多高效的机器人并实现能源足迹更少的自动化……实时控制 MCU 的创新将为实现更清洁、更安全、更高效的世界铺平道路。

关于德州仪器 (TI)

上一期的芝识课堂，我们带大家一起认识了东芝应用广泛的TX03系列微控制器，并且重点介绍了TX03系列中部分产品组的主要特点和应用领域。在MCU中，内核是关键单元，要应用好TX03系列MCU必须要先了解该系列所基于的Arm® Cortex®-M3内核。本期内容开始，芝子将向大家介绍Arm® Cortex®-M3内核的特点和各基本单元。

东芝的TX03系列是基于Arm® Cortex®-M3内核设计的MCU，让我们先来一起认识Arm® Cortex®-M3处理器的基本功能，方框图如图1所示。它由一个主核模块、一个控制中断的NVIC（内嵌向量中断控制器）模块、一个支持调试的功能模块和一个与外围电路进行外部连接的接口模块组成。

根据图1可知，Cortex®-M3主核采用三段式流水线配置。[Fe]是读数阶段，读取PC（程序计数器）指示的存储器地址的指令；[De]作为解码阶段，对指令进行解码，并确定执行阶段的执行控制；[Ex]是执行阶段，通过Shift和ALU（算术逻辑单元）执行四则运算、逻辑运算、乘法和除法等运算，并执行加载和存储，寄存器在此阶段更新；最后[MUL/DIV]代表乘法／除法。

针对Arm处理器中断响应的问题，Cortex®-M3在内核上集成了NVIC（嵌套向量中断控制器）。NVIC模块可挂起正在主核上运行的计算处理，并控制切换到优先处理。它支持系统异常和中断的发生，如果在异常处理过程中需要有一个高优先级的异常中断，NVIC块将：

1、暂停正在处理的异常

它可以控制嵌套，即异常中断处理。此外，它还包括调试控制功能和SysTickTimer，即操作系统（OS）进行任务管理的硬件定时器。

Cortex®-M3处理器具有R0至R15寄存器。R0至R12是通用寄存器。R13是可配置区域的寄存器，可以在两种堆栈指针之间切换。R14是链接寄存器，R15是程序计数器。此外，还有控制Cortex®-M3处理器特殊功能的特殊寄存器。寄存器分配如图2所示。

图片上蓝色部分寄存器均为通用寄存器，用于输入算术单元（ALU）的数据，输出计算结果，传输存储器中储存数据的操作等。寄存器R15（PC）和R14（LR）用于控制程序执行顺序，而寄存器R13则用于堆栈指针。

特别要注意的是，Arm® Cortex®-M3内核在异常／中断处理程序的开始和结束时会自动执行入栈和出栈功能。可自动执行入栈和出栈的寄存器有8个，分别是R0、R1、R2、R3、R12、R14、R15和xPSR。

我们来看看如图3所示的在发生异常／中断事件时，程序流程示例中的入栈和出栈操作。

此外，Arm® Cortex®-M3还在内核水平上搭载了若干特殊功能寄存器，主要可分为三组：状态字寄存器（三合一）、中断屏蔽寄存器、控制寄存器。具体功能及描述可看图4。

英飞凌科技股份公司（FSE代码：IFX / OTCQX代码：IFNNY）近日宣布推出PSoC™ 4000T系列微控制器（MCU）。这一全新的MCU系列以出色的信噪比、防水特性和多重传感功能，以及最高的可靠性和鲁棒性，实现了同类最佳的低功耗电容式传感解决方案。

PSoC™ 4000T系列微控制器

PSoC 4000T MCU扩大了基于Arm^® Cortex^®-M0+的PSoC 4 MCU产品阵容，其特点是采用了英飞凌第五代高性能CAPSENSE™电容式传感技术。与前几代产品和同类解决方案相比，新一代技术的信噪比（SNR）性能提高10倍，功耗则降至1/10。

PSoC 4000T触摸感应功能可实现低功耗和待机功耗下的人机界面（HMI）操作，从而优化Always-on触摸感应设计并延长电池供电产品的电池续航能力。设计人员现在可以充分利用PSoC 4000T 提供的各种传感支持，如接近、湿度、温度和环境光传感等。第五代CAPSENSE技术为交互式用户界面提供了更好的设计，如接近感应及手势、电容式滑块、电容式触控板、小尺寸触摸屏、穿戴检测和液位检测等。

英飞凌科技物联网、计算和无线业务部高级副总裁 Steven Tateosian 表示：“英飞凌致力于提供创新的尖端技术，以满足客户不断发展变化的需求。采用我们第五代CAPSENSE技术的PSoC 4000T是人机界面发展过程中的一次重大飞跃，为该行业树立了新标杆。”

关于PSoC 4000T系列

对于基于PSoC 4000和PSoC 4000S的设计，PSoC 4000T系列可提供一条简便的升级路径，通过软件与算法软件包的兼容性，使其也能够使用先进的第五代 CAPSENSE技术。PSoC 4000T系列适用于各种低功耗应用，包括可穿戴设备、可听戴设备、智能互联IoT设备等。

ModusToolBox™

英飞凌ModusToolbox™ 软件平台提供的一系列开发工具、程序库和嵌入式运行算法资源，实现了灵活而全面的开发体验，并在最新软件版本中集成了PSoC 4000T系列。ModusToolbox 支持各种不同的应用案例，包括消费物联网、工业、智能家居、可穿戴设备以及众多其他应用。

供货情况

领先的软件定义汽车（SDV）解决方案提供商ETAS GmbH与英飞凌科技股份公司（FSE：IFX / OTCQX：IFNNY）成功通过了加密算法套件认证。该证书根据美国国家标准与技术研究院（NIST）的密码算法验证计划（CAVP）进行验证，并授予 ESCRYPT CycurHSM。该汽车嵌入式安全软件栈是在英飞凌第二代 AURIX™ TC3xx 硬件安全模块 (HSM) 上实施的。 

国际公认的 CAVP 测试协议被视为事实上的标准。它验证加密算法实施的质量，并确保其正确运行，正如负责制定加密标准和指南的美国联邦机构 NIST 所规定的那样。通过 CAVP 认证，对已实施的加密套件进行独立验证，可确保满足美国联邦信息处理标准 (FIPS) 认证的关键要求，FIPS 是美国联邦政府对加密软件的标准。 

“通过获得CAVP认证，ETAS和英飞凌进一步证明了我们为客户提供一流安全解决方案的承诺。”ETAS车载安全运营部门概念和交付负责人Mark Elkins说， “CAVP认证减轻了全球汽车OEMs额外算法验证的负担，确保只有最先进的安全产品才能安装在他们的汽车上。”

(图片: Mark Elkins, ETAS) © ETAS

“CAVP认证将进一步增强客户对英飞凌MCU产品以及合作伙伴生态系统内开发的软件解决方案的信心。”英飞凌科技公司的软件、合作与生态系统管理部高级总监Thomas Schneid表示，“AURIX提供了丰富的产品组合，还有ETAS这样的合作伙伴作为解决方案提供商，我们可以证明这完全能满足不断发展的市场中汽车应用的苛刻要求。”

（图片: Thomas Schneid, Infineon) © Infineon

ESCRYPT CycurHSM 是一种汽车嵌入式安全软件栈，可利用汽车微控制器 (MCU) 上的硬件安全模块实施安全信任锚。它有助于满足复杂的 OEM 安全要求，可部署在包括域控制器在内的任何汽车电子控制单元 (ECU) 中。ESCRYPT CycurHSM 可与任何 AUTOSAR 堆栈或引导加载程序顺利集成，也适用于非 AUTOSAR 系统。

英飞凌的第二代 AURIX TC3xx HSM 适用于 AURIX TC3xx MCU 系列的所有变体。因此，ESCRYPT CycurHSM 的 CAVP 验证适用于整个 AURIX TC3xx 系列。这表明 AURIX TC3xx HSM 完全能够支持 CAVP 验证的加密算法实施。

关于 ETAS

ETAS GmbH成立于1994年，是罗伯特-博世有限公司（Robert Bosch GmbH）的全资子公司，在欧洲、北美、南美和亚洲的12个国家设有代表处。ETAS的产品组合包括车辆基础软件、中间件、开发工具、云计算运营服务、网络安全解决方案以及实现软件定义车辆的端到端工程和咨询服务。我们的产品解决方案和服务使汽车制造商和供应商能够以更高的效率开发、运营和保护与众不同的汽车软件。

关于英飞凌

英飞凌科技公司（Infineon Technologies AG）是电力系统和物联网领域的全球半导体领导者。英飞凌以其产品和解决方案推动去碳化和数字化进程。公司在全球拥有约 56200 名员工，2022 财年（截至 9 月 30 日）的收入约为 142 亿欧元。英飞凌在法兰克福证券交易所上市（股票代码：IFX），并在美国 OTCQX 国际场外交易市场上市（股票代码：IFNNY）。