近年来随着AIOT及物联网大数据技术的发展，丰富了人们生活的同时也带来了极大的便利，在足不出户的情况下就能通过网络远程完成自己的工作，这时候的网络通讯就需要很多的网络节点通过不同的传感器采集相关的数据。在很多的应用场合包括移动产品应用、野外数据采集等就需要使用到低能耗、超低能耗的产品，而作为产品的核心部分的控制芯片-低能耗MCU就显得尤为重要了，既要能及时准确的采集相应数据，也需要有超常的待机时间。

航顺芯片通过多年的技术积累，使用公司独创的超低能耗7nA设计平台研发设计推出了基于ARM Cortex-M0的HK32L08X家族的超低能耗芯片，其性能及能耗均达到行业中国最低能耗。

HK32L08x家族支持丰富的功耗模式(Sleep、Low Power Run、Normal Stop、Low Power Stop、Standby)，特别是拥有航顺TM专利的Low Power Stop模式，为客户提供低至450nA @3.3v，10us快速唤醒的超低能耗性能。HK32L08x家族在shutdown的关机模式下电流低至10nA并可以通过外部引脚唤醒。

产品特点

● 工作电压范围

    单电源域：主电源VDD 1.8 ~ 4.2V、2.7~ 5.5V

● ARM Cortex-M0 Core

    最高时钟频率：48MHz

    24位System Tick计时器

    支持CPU Event信号输入至MCU引脚，实现与板级其它SOC CPU的联动

    SWD调试端口

    支持独立看门狗和窗口看门狗

● 存储器

    高达128KByte的Flash存储器。

        CPU主频不高于24MHz时，支持0等待总线周期。具有代码安全保护功能，可分别设置读保护和写保护；可以加密Flash上存储的指令和数据，防止Flash内容被物理攻击。

        支持ECC功能

    高达20KByte SRAM，没有HW Parity功能

    内置EEPROM可选

● 典型工作电流

    动态功耗:88uA/MHz in Run Mode

    支持LowPowerRun Mode、Normal Stop Mode、Low Power Stop Mode、Standby Mode

● 芯片时钟源

    外部HSE：支持4~16MHz晶振，典型8MHz晶振

    外部LSE：32.768KHz晶振

    内部HSI RC振荡器时钟

        8MHz/16MHz/32MHz/48MHz可配置

    内部MSI RC振荡器时钟

        65.5K/131K/262.1K/524.3K/1.049M/2.097M/4.194M可配置

    内部LSI时钟：40KHz

    PLL 时钟

    支持三个管脚输入时钟

● 芯片内部系统时钟源

    芯片所有时钟源都可选择为系统时钟，包括慢速时钟LSI和LSE。用户可根据应用的功耗和性能要求灵活选择系统时钟。

● 复位

    外部管脚复位

    电源上电复位

    软件复位

    看门狗（IWDT和WWDT）计时器复位

    低功耗模式复位

● 低电压检测（PVD）

    八个等级检测电压门限可调

    上升沿和下降沿可配置

● 一个12位SAR ADC转换器

    高达16个外部模拟信号输入通道

    最高转换器频率：1.14Mbps

    VDDA外部基准电压输入

    支持自动连续转换、扫描转换

● 一个12位DAC转换器

● 二个模拟比较器

● 二个模拟运算放大器

● 温度传感器

    模拟输出内部连接到A/D转换器独立通道

● 支持段式液晶驱动，8Com*28Seg或者4Com*32Seg

● 通用串行通讯接口

    二个USART，支持主同步 SPI 和调制解调器控制，具有 ISO7816 接口、LIN、IrDA 能力自动波特率检测和唤醒特性

    二个UART

    一个LPUART

    二个高速SPI，有 4 至 16 个可编程比特帧，有复用的 I2S 接口

    二个I2C，支持极速模式 （1 Mbit/s），SMBus/PMBus，可从停止模式唤醒

    一个USB2.0 High-Speed Device，支持免晶体应用方案

● 定时器

    TIM1高级控制定时器，有 6 通道PWM输出，以及死区生成和紧急停止功能

    TIM2/TIM3通用定时器

    LPTIM1/2/3低功耗定时器

● 一个蜂鸣器频率发生器

● 通用输入输出IO

    高达51个GPIO引脚，部分IO支持5V Tolerant

    所有GPIO引脚可配置为外部中断输入

    提供最高20mA驱动电流

● 五通道的DMA控制器，支持Timers、ADC、SPIs、I2Cs、USARTs等多种外设触发

● 支持多种安全加密模块

    CRC计算模块

    支持AES128

    支持TRNG

● 定点数除法/开方运算单元

    支持32位定点数除法，可同时得到商和余数

    支持32位定点数高精度开方

● 支持 RTC日历，具有闹钟，可从停止 / 待机状态周期唤醒。集成20字节备份寄存器。

● 支持四个可编程逻辑单元，处理简单的逻辑运算。

● 支持96Bit唯一识别码

● 工作温度范围：-40ºC ~ 85ºC

● 可靠性

    通过HBM2000V/CDM500V/MM200V/LU等级测试

HK32L08x家族应用领域非常广泛，包括物联网低能耗传感器终端、水表、电表、气表、ETC、智能手表、运动手环、无人机飞控、云台控制、玩具产品、家用电器、智能机器人等。

据21ic报道，IoT Analytics数据显示，2022年活跃连接的物联网设备将达到144亿，2025年将增长至270亿^[i]。作为物联设备中必不可少的控制与计算的大脑，MCU也将迎来持续增长。Yole最新数据显示，2022年MCU的市场规模预计为200亿美元以上，并且将保持7.1%年复合增长率，于2027年达到300亿美元^[ii]市场规模。

数百亿的市场背后，蕴含着持续不断的技术创新，从简单控制到IoT大脑，MCU一路高歌猛进，热度不减。

MCU的进化之路：从简单控制到IoT大脑

上世纪60年代末70年代初，微控制器（MCU）的产品雏形出现。早期均是多芯片的方案，从Intel的MCS-4(Micro-Computer Set-4)开始，明确了CPU、RAM、ROM和I/O这样的一个具有通用性的基本系统架构。随后出现的TMS1000，将这四个部分整合在一个芯片中，便成为了历史上第一个真正意义上的MCU。

通用型MCU的出现，繁荣了后面50年的电子设备创新，各种品类层出不穷。MCU的功能和规格也随着技术发展、应用需求提升而进化。进入到IoT时代之后，MCU的角色更是成为了端侧的计算中枢，成为端侧的物联生态构建的决定因素。

如上图所示，典型的IoT应用由感知、计算、执行、连接和安全几部分组成。传感器检测大量的环境信息，将物理世界的模拟信号转换为数字信号数据，传递给后端的MCU中进行计算分析和处理；MCU根据计算结果给出决策信号到后端的执行层；执行层根据MCU给出的动作指令完成相应动作；在整个过程中，必要的数据也会通过无线连接的方式上传到云端进行云AI运算或存储。

从单点的设备到联网的端侧设备，对于MCU提出了更高的要求。纵观整个MCU市场，呈现出以下的技术演进趋势。

第一是对于算力提升的要求，同时也要追求更高的能效比。高端MCU的主频已经提升到GHz级，采用双CPU核的架构，针对不同工作负载实现灵活调度，有的MCU将会集成专用的NPU核来执行特定的AI/ML工作。

第二是无线射频功能的集成，支持例如BLE、Sub-G、Zigbee等无线通信协议。通过内部集成无线功能，简化了系统整体设计，缩减PCB面积，帮助非射频专业开发者在产品中快速构建无线连接。

第三是具备图形交互界面（GUI）的能力。从传统的机械按键+段式LCD显示，到现在的语音控制、图形界面交互控制，人机交互效果越来越友好。MCU需要具备足够的图形处理能力（2.5D、3D图形化加速器），支持不同的接口和显示屏的底层驱动，具备足够丰富的图形库开发资源。

第四是对于安全（Security）的更高要求。设计者开始明确：安全应该是从硬件设计之初就开始考量，而不是仅仅存在于软件层面的安全设计。像Arm在Cortex-M的中引入了Trustzone硬件安全架构，通过硬件隔离实现安全的密钥信息存储。在Trustzone的安全设计基础上，不同MCU中还会集成一系列安全功能，譬如HSM、AES、硬件密钥、双组闪存等等。

第五是强调MCU的整体开发生态，在MCU芯片之上构建较为完整方案加速客户的上市时间。从前端的传感器连接，到后端的上云提供完整的开发链条；一些简单的设计可以通过低代码的图形化开发工具快速完成；提高同一MCU平台上不同型号之间的代码的复用性，缩减用户进行MCU升级时进行代码迁移的成本。

业界领先厂商已经向着上述几个技术趋势去发力，推出符合AIoT时代需求的新一代MCU产品。如下图所示，英飞凌计划将会在下一代MCU产品中提供包括连接、机器学习、人机接口、传感等功能，并提供包括软件硬件参考、安全、IoT云在内的全方案开发平台。

芯片即方案：一颗MCU满足全部IoT应用需求

IoT Analytics总结了2022年物联网的十大技术趋势^[iii]，其中提到：完备5G基础设施将会加速IoT垂直领域应用发展；IoT将会改变制造业，并成为实现可持续发展的关键技术；云平台商和IT厂商开始竞逐边缘端平台市场；AI变得无处不在，隐形AI在各行各业释放潜能；AI的计算正在向着边缘端拓展，实现端侧部署。

端侧物联网应用需要选择什么样的MCU，才能迎合这样的IoT发展需求？对于开发者而言，在选型的阶段将传统的通用型MCU，替换成选择一颗IoT MCU，可谓整个开发工作已经成功了大半。

PSoC6是一款专门为IoT和消费类应用而生的双核无线MCU，是一款可编程嵌入式系统级芯片解决方案。

首先作为IoT Purpose的MCU，双核的架构设计是其一大特色，用户可以根据不同工作负载动态分配M4核和M0+核的工作任务，M4核专注于高性能计算处理，M0+核则专注于实时监控的工作，例如无线通讯协议的频繁监控采样和回应等工作。M0+作为M4的减压引擎，允许M4进入睡眠状态；这种双核架构实现了功耗和性能的完美平衡。

可编程模块是PSoC系列的另一特色，在CPU的外围有12个类似于PLD的可编辑的数字逻辑单元（UDB），这种硬件可编程模块为MCU提供了更高的灵活度，并且可以通过PSoC Creator软件来实现硬件编程，避免HDL的陡峭学习曲线。

无线功能的集成是作为IoT MCU的必要元素，PSoC6支持Bluetooth 5和WiFi无线连接方式，开发者还可以通过可编程硬件模块创建自定义的AFE，并支持产品最后一分钟的设计更改，最大限度地减少PCB的重新设计。英飞凌还提供了AIROC这一Wi-Fi+蓝牙Combo的单芯片方案，可以与PSoC6一起构成更完整的从端到云的无线开发生态。

在安全性方面，PSoC6内置了IoT安全模块，同时支持多个安全环境，无需额外外部安全存储器或元件，同时集成包括ECC²和AES³在内的多种行业标准密码算法。此外，PSoC64安全系列还经过了PSA二级安全认证，集成了硬件RoT和开箱即用的Amazon FreeRTOS。

在开发生态方面，英飞凌提供了Modus Toolbox这一跨平台开发工具，提供工程的创建、编辑、编译、调试、烧写等功能，同时它还集成了实时操作系统、硬件外设驱动、无线连接的驱动库和众多的中间件。通过Modus Toolbox软件平台，结合英飞凌的传感器、无线连接、MCU、执行器完整的产品阵营，开发者可以轻松实现从传感器到云端的完整IoT应用开发。

以上几大特质融合在一起，让PSoC6成为了IoT开发的利器。以智能门锁应用为例，传统方案需要将指纹识别、语音识别、触控、无线连接等多个不同的芯片整合在一起构成一个系统方案；而现在一颗PSoC6就具备了这些功能，极大地简化了开发流程，缩减了整体成本并提高了安全性。

从边缘ML到TinyML，将AI的触角拓展到极致边缘端

纵观业界趋势，AI正逐渐向边缘端发展。机器学习（下文简称ML）的训练一般会在云端进行，而ML的推理会越来越多在设备端进行。在边缘端进行ML的处理，可以提高本地的设备响应，减少云端上传的数据带宽，提高本地数据的安全性。当前在一些MCU中也会添加特定的加速器，通过专用算力来进行ML的运算，从而释放CPU的通用算力。

与智能手机等边缘设备不同，在MCU为计算中心的端侧设备上进行机器学习面临着不小的挑战。这种更边缘侧的机器学习应用需要在本地有限的计算资源上，满足超低功耗的要求（mW级乃至更低）。为了区分，业界将这种更为极致的边缘侧ML称为TinyML。TinyML对接的传感器数据的种类相比边缘ML设备要复杂的多，因此数据的标签化处理工作也更复杂；很多云端和边缘ML上成熟的算法模型因为体积太大，往往也不能直接在TinyML应用中进行部署；软件和硬件的配合也需要有更成熟的方案。大部分IoT设备的开发者并不具备资深的AI/ML的知识，帮助这些开发者越过陡峭的学习曲线，避免繁杂的算法、软件工作，快速实现TinyML的部署，才会迎来IoT应用的新一轮爆发。

为了解决TinyML的应用难题，英飞凌与SensiML携手一起构建了从云端训练、到嵌入式软件开发、再到最终硬件部署的一套完整的边缘侧机器学习应用方案。

SensiML致力于为极致边缘的IoT设备构建准确的AI传感器算法。英飞凌的XENSIV传感器捕获原始的传感数据信息；透过SensiML Analystics Toolkit平台的Data Capture Lab进行数据的收集和标签化处理；Aanlystics Studio进行数据清理，生成数据特征和适合PSoC6平台的嵌入式AI模型；Knowledge Pack进行数据特征提取和模型优化，优化好的模型可以在PSoC6的平台进行部署。Test App可以将实时数据导入进行在线模型验证，同时也可以在设备上进行模型验证。

SensiML的Analystics Toolkit完善后导出ML模型，通过ModusToolbox将其部署到PSoC6和XENSIV的硬件平台上。

英飞凌与SensiML一起构建了云端训练、嵌入式软件开发和ML硬件部署的垂直开发生态，开发者即使并不是AI/ML的算法研究者，也可以在XENSIV和PSoC6平台上快速构建边缘ML的应用，推进边缘ML的部署。

结语

从通用MCU到IoT MCU，再到具备TinyML特质的IoT MCU，微控制器的发展与整个消费电子设备的演进浪潮休戚相关。单品MCU已经不足以满足当下IoT开发者的需求，选择一颗MCU即选择了一个完整的开发生态。英飞凌构建了包括感知、计算、执行、连接和安全在内的完整的物联网生态，并且通过与SensiML的合作帮助实现物联网的边缘AI部署。

当物联网端侧开始拥抱AI，一个全新的IoT局面即将开启。在下一波百亿物联设备的背后，离不开英飞凌的MCU及其全面IoT解决方案的参与。

经历了2021的全球缺芯潮，我们迎来了2022 年，今年，世卫组织认为新冠疫情会得到控制，随着疫情影响减弱，以及AIOT、智慧家居市场、老年健康市场走热，半导体产业会有哪些新的变化？电子创新网采访数十位半导体高管，并以"行业领袖看2022”系列问答形式向业界传达知名半导体眼中的2022 ，这是该系列第五篇报道---来自Silicon Labs首席技术官Daniel Cooley的答复。

1问、回顾2021 ，贵司有哪些亮点表现？

Daniel Cooley回答：Silicon Labs在2021年将基础设施与汽车业务出售给了Skyworks，从而转型为纯粹专注于物联网的公司，并期许成为提供安全、智能无线连接解决方案的领导企业，以通过不断创新、集成并结合物联网（IoT）产业生态链来保持高速的增长。

在2021年，我们带有Secure Vault安全技术的EFR32第二代无线平台率先获得PSA 3级认证，并荣获全球及国内多个行业大奖。公司主办的第二届Works With物联网开发者大会在全球共吸引了近8,000名行业人士共襄盛举，针对客户和开发者提供了趋势和技术交流的渠道，也成为了领先中国物联网企业向世界展示公司创新的舞台。更联手CSA联盟和亚马逊、苹果及谷歌等大厂致力推展Matter物联网统一标准，并开放超过20％源代码，成为芯片行业中为该标准提供最多代码的贡献者。

同时，Silicon Labs正在从销售单独的产品转向提供完整的产品加服务，从而在产品使用过程中创造持续的价值。Silicon Labs在继续提供最优、最全面的无线连接和安全解决方案的同时，推出了独家的一体化软件开发工具包（Unify SDK）和定制化元件制造服务，与更多的合作伙伴携手推动物联网创新发展。

2问、对于2022 ，您认为有哪些行业热点会激发对半导体的需求？

Daniel Cooley回答：5G、人工智能（AI）、汽车、物联网（IoT）、以及正在兴起的元宇宙等等，都离不开半导体产业的发展，也会给半导体产业带来新的发展动力。目前，物联网已进入繁荣发展时期，其拥有成熟的技术和蓬勃兴旺的生态系统。即使在这个充满挑战的时代，物联网等市场仍然为半导体产业带来了巨大的机遇。到2023年，全球的微控制器（MCU）出货量预计将达到300亿颗，并且没有放缓的迹象。

如今，物联网除了已经进入智能家居领域，以及逐渐增加的智慧城市领域，全新的、创新的商业和工业物联网应用正在推动物联网市场向前发展。从零售到医疗保健，从能源到制造，各行各业都在利用物联网的价值来提高生产率、可持续性和运营安全性。也就是说，数字化转型和智能化落地，将推动半导体产业继续保持高速发展。

3问、对这些新的点，贵司有什么产品布局和应对策略？

Daniel Cooley回答：Silicon Labs在十多年前就开始着眼于物联网。我们对技术进行了投资，并携手志同道合的客户一起开展创新，同时我们围绕着拥有巨大潜力的智能联网设备建立起了一个生态系统。在广大用户、Silicon Labs和同行的努力下，物联网终于到了大发展的阶段。在推动物联网技术走向普及应用的同时，Silicon Labs立足长远做了以下几项布局：

在物联网领域，无论从传感器、边缘到云的哪个环节，先进的信息安全技术对所有人都是一种基础技术。早在2020年初，Silicon Labs就宣布推出了Secure Vault安全功能新套件，以帮助可连接设备制造商应对物联网（IoT）中不断升级的安全威胁和监管压力。随后，带有Secure Vault安全技术的Wireless Gecko Series 2平台通过了业内等级最高的PSA 3级安全认证，大大降低了物联网安全漏洞和知识产权受损的风险。

在2022年及以后，安全的物联网解决方案会变得越来越重要，Silicon Labs通过设计来集成网络安全功能。在2021年9月，我们推出了自己的定制化元件制造服务（CPMS），允许设备制造商在工厂中定制其所使用的Silicon Labs硬件产品（无线SoC、模块、MCU）。这从本质上为芯片（以及使用它的任何设备）提供了信任根，可以支持客户在芯片出厂前安全地配置芯片。

这样，客户就不仅可以在芯片的整个生命周期中对其进行追踪，而且可以在物联网产品的整个生命周期为其提供可靠的身份认证和验证。该服务凭借新增的、业界首创的定制式物联网设备身份注入凭证，加强了我们的Secure Vault物联网安全技术。它可以防止攻击者使用联网产品作为网络切入点。服务中还包括专用的长期软件开发工具包支持，可以覆盖长达10年的物联网产品生命周期。

4问、2022 年，您认为客户对半导体产品会有哪些新的需求？

Daniel Cooley回答：从零售到医疗保健，从能源到制造，数字化转型正在推动各行各业都需要不断创新的半导体产品来提高生产率和可持续性。除了我们前面提到的在2022年及以后，安全的物联网解决方案会变得越来越重要之外，我们认为新的、具有更高互操作性、可靠性和安全性的物联网通信协议，以及对泛在人工智能/机器学习的支持，将会是市场对半导体产品提出的新需求。

由CSA联盟发布，亚马逊、苹果、谷歌和Silicon Labs等公司参与发起的

互联互通，它提供跨物联网网络、生态系统和设备的互操作性、可靠性和安全性的特性，它是一种建立在现有IP连接协议之上的连接标准，可实现跨物联网系统（包括嵌入式设备、移动应用程序和云服务）的无缝通信。Silicon Labs为Matter物联网统一标准开放了超过20％源代码，成为芯片行业中为该标准提供最多代码的贡献者。

此外，机器学习方面的进展正在打开通往崭新未来的大门且将影响深远。用户可以从边缘的机器学习中获得诸多好处。机器学习算法可以训练模型，评估模型本身的性能，并进行预测，这是非常令人兴奋的。在我们的世界中，机器学习应用可以在生活舒适化应用场景所使用的微型设备上运行，这些应用场景包括预测性维护、楼宇自动化、音频分析的配置，以及自主操作的视觉和运动检测等。

5问、贵司在2022年的产能情况如何？

Daniel Cooley回答：不出意料，全球半导体短缺的新闻已经蔓延充斥在各种媒体上，从汽车交付的延迟到消费产品更高的价格等等，其影响更已逐渐渗透到我们的日常生活当中。一方面，芯片短缺显示半导体在全球经济中发挥的关键作用，迫使物联网参与者适应并提供新的方法来满足客户的期望。在Silicon Labs，我们将继续与客户携手合作，确保我们能优先倾听并了解他们的需求，然后继续投入产品开发。倾听客户需求是不可或缺的，因为我们首先必须了解让我们发展到此一阶段的要素，以避免重蹈历史覆辙。

6问、预计2022年全球半导体市场将继续增长，营收将突破6000亿美元以上，在这样的背景下，您认为中国本土公司和国外公司该会如何竞合？

Daniel Cooley回答：我们看到许多芯片厂商进入了物联网市场，而现在该市场将进入整并阶段。

物联网和半导体领域的增长势头将带来两方面的影响：一方面，我们将看到一些企业的价值大幅增长；而另一方面，则会导致其他公司退出市场竞逐。当企业收入增加时，预算也得以提升，这会使得新入局者难以获得立足之地——除非他们能够承担自己入局的成本。许多公司将寻求通过并购来提高利润率，并从由此产生的规模经济中获益。

你无法通过细分市场赢得胜利。物联网设备不会在单一协议上运行，占主导地位的厂商将会在其产品组合中涵盖所有无线技术选项。在Silicon Labs，我们用了十年的时间来做到支持每一种无线技术，成为了全球最早推出多协议物联网芯片平台的企业。借助近期发布的一体化软件开发工具包（Unify SDK），我们也有望在行业中起到重要的桥梁作用，支持全球包括中国厂商在内的物联网云服务和平台开发人员在他们的设备中设计各种功能，从而协助他们在现有和未来的无线协议之间实现互操作。

新的一年即将到来并有望成为芯片供应商的转捩点。技术已经成熟，时机也已成熟。很快，物联网、边缘和网络技术的优势将对所有行业产生影响——当然，提供安全性仍是实现一切的首要任务。（完）

注：Matter是一个智能家居开源标准项目，由亚马逊、苹果、谷歌、ZigBee联盟联合发起，旨在开发、推广一项免除专利费的新连接协议，以简化智能家居设备商开发成本，提高产品之间兼容性。2021年5月11日，CHIP更名为Matter，ZigBee联盟也更名为连接标准联盟。

万物互联的时代正在到来，2020年全球物联网设备连接数量高达126亿个，市场规模约达1.36万亿美元，而据GSMA预测，2025年全球物联网设备(包括蜂窝及非蜂窝)联网数量将达到约246亿个。

实际上，物联网的发展正在不断地拉动智能化的步伐，其应用十分广泛，遍及智能交通、智能医疗、智能农业、智能家居以及智能消防等领域，而作为物联网领域神经末梢的MCU扮演着十分重要的角色，它几乎是每一个联网设备的关键元件，物联网及其相关产业的迅猛发展，也驱动了MCU芯片的技术演进和产品迭代。

根据IHS统计，2020年中国MCU市场规模超过了268亿元，同比增长了5个百分点，预计近几年市场将持续增量。那么物联网落地进展几何？给MCU侧提出了哪些要求？MCU厂商该如何面对物联网的碎片化特性？该怎样平衡ARM和RISC-V内核的研发投入与产出？与非网带着这一系列的问题，采访了兆易创新产品市场总监金光一先生，并展开了一场关于物联网中MCU技术、生态现状的深度对话，呈现业者的观察和思考，给业界同行们一些参考。

物联网落地给MCU侧提出了哪些要求？

回首近年来物联网的发展，给人们印象最深的一定是和人们生活息息相关的智慧城市以及正带来一场职业革命的工业物联网。

首先是智慧城市，它是城市基础设施的根本性演变。它优化了社会服务和便利设施，改善了公民的生活。从专业的角度来讲，智慧城市是基于云端技术来实现的，所以云端技术也被称作智慧城市的大脑。而MCU在这其中起着十分关键的作用，它将智慧城市中各个节点的变量采集起来，进行实时分析与处理，再上传至云端，支持整个智慧城市大脑的运转。目前落地的领域主要有智能家庭硬件、智慧灯杆、智能三表（电表、水表、燃气表）的集采集抄、智能安防监控、智能交通管理、智慧输变电网等等。金光一表示，

“近些年，智能硬件呈急速增长的态势，随着市场需求的增长，产品也逐渐向云端互联和人工智能方向发展，这样就对设备的控制核心MCU提出了更严格的要求。智能设备所选用的MCU需要具备低功耗、高运算能力、高集成度等特性，否则会被市场淘汰。同时，智能硬件对MCU的迭代速度要求高，这是因为在市场变化的影响下，智能硬件自身要求研发周期非常短·。此外智能硬件对成本也很敏感，所以如何整合生态链，为用户提供更高性价比的产品，帮助他们缩短智能硬件的上市时间是MCU厂商所面临的挑战之一。”

而对于工业物联网领域来说，其实就是要实现云管端，通过云、管、端的结合，为工业物联网在网络、平台和设备三个方面提供可靠的支撑。但是工业环境往往比较复杂，比如高温高湿的矿井、高噪声环绕的机床等，设备工作的可靠性、稳定性就变得非常重要，这也对MCU的ESD和EMC抗干扰能力提出了较高要求。因此，如何打通云管端，如何提高MCU的可靠性、稳定性是MCU厂商的攻关难点。金光一表示，

“兆易创新是中国最大的MCU厂商。经过9年的发展，2万余家用户的认可，在MCU的安全性、可靠性、稳定性，抗噪性和防护能力等方面，供货品质都是高于行业普遍标准。而对于云管端，兆易创新一方面正在协同主流的云厂商搭建智能开发平台，下游用户可以基于这个平台来部署物联网的设备，再基于MCU去开发相应的电子系统；另一方面做好与SaaS服务商的对接工作，通过软件层面来提高工业的控制效率，从而实现对云管端的打通工作。”

此外，从技术参数的角度来看，MCU已经从最初的8位发展到今天主流的16位、32位，高端的32位MCU主频已经超过300MHz，在性能上有了飞跃的提升。除了主频以外，接口、存储、I/O分布、工艺制程等都在逐步提升。以兆易创新的GD32 MCU为例，其内核从最早的M3、M4，再到近期行业领先的M23、M33和RISC-V齐备；接口方面则是集成了更多的高速通信接口，比如IIC到IIC plus，USB Full-Speed（全速）到USB High-Speed（高速），CAN 2.0到CAN FD的演变；存储容量方面，根据不同的应用场景匹配SRAM从16k到512k bit, Flash从16k到3M byte；I/O封装从20pin到176pin; 开发制程覆盖110nm、55nm以及40nm和22nm四种工艺节点。通过丰富和完善产品种类加上持续技术创新，GD32 MCU的处理效率和处理性能都有明显的提升，紧跟现今物联网的发展需求。

MCU如何面对物联网的碎片化特性？

物联网的碎片化难题来自于其应用场景的多样性，是下游应用级市场面临的主要挑战之一，那么，对于MCU厂商来说，是否也有碎片化的隐忧呢？金光一告诉与非网：

“MCU本身服务的是通用市场，这实际上就意味着其应用范围非常广，比如工业、消费、汽车周边、5G通讯、新能源等，那么如何整合这些领域的资源呢？对于通用MCU厂商来说，比拼的就是产品线的完整性和覆盖率，这也是兆易创新推出覆盖低端、中端到高端各种类型产品的原因所在。通过庞大的产品家族，让客户在选型时，无论是升级还是降级都可以找到合适的型号。”

“此外，针对垂直市场做好细分工作，比如指纹识别行业、打印机行业、光模块行业等。值得一提的是，兆易创新是中国第一家提供光模块专用MCU的厂商，以2个系列多个产品型号覆盖100G、25G等各种高低速光模块行业需求，持续助力5G通信网络基础设施建设。兆易创新致力于打造“MCU百货商店”。为用户提供“一站式购物”体验，并将不断演进并丰富GD32产品家族，面向超高性能、超低功耗、无线射频、汽车级、安全性等多重细分领域深化拓展。只有宽度和广度都跟上，才能支持分散的客户应用，满足碎片化下的归一化需求。” 金光一补充道。

MCU中Arm和RISC-V你死我活？

答案：不存在的

前面讲到物联网的发展离不开MCU，而MCU的发展离不开内核的选择。十年前，很多领先的公司还在使用各自的内核，比如瑞萨的RX内核、飞思卡尔的 PowerPC内核、微芯的 PIC内核以及 Atmel 的 AVR 内核。但这一格局在ARM推出Cortex®-M并开展了独特的授权模式之后发生了改变，ST 是Arm Cortex-M 使用者中的第一个吃螃蟹的芯片原厂，市场的反应证明了一切，ST从07年的十名开外一路开挂挺进世界前三。作为中国本土MCU厂商的代表，兆易创新同样在这样的大背景下迅速占领了M3、M4市场，成为了国内最大的通用MCU供应商，在国内的市占率仅次于ST和NXP，其采用 Arm Cortex-M系列内核的通用MCU产品广泛应用于各个领域， GD32 MCU在2020一年内的出货量就已达2亿颗。

正当Arm生态日渐成熟之时，RISC-V内核在2010年诞生，并从实验室逐渐走向市场，由于RISC-V指令集架构是开源的、免费的，存在天生的成本和开放性优势，被人们认为是继X86架构和Arm架构之后第三个主流架构，也被当作是“中国芯”崛起的历史机遇。那么对于MCU厂商来说，该如何权衡这两种内核的投入呢？是该继续使用ARM内核呢，还是改用RISC-V内核？Arm和RISC-V的关系真的是你死我活的状态吗？

事实上，就目前发展状况而言，ARM的软件和工具生态系统的质量和广泛性是RISC-V不可比拟的。由于RISC-V诞生较晚，相关的编译器、开发工具和软件开发环境以及其它生态要素还在发展，RISC-V 生态系统要达到和ARM同样的成熟度还需要一段时间，这种成熟度对于MCU的通用用途非常关键。因此，就像兆易创新这种深耕于Arm生态多年的MCU厂商，还将持续拓展Arm产品和市场。

金光一表示，“兆易创新一方面主要立足于Arm内核的MCU，另一方面也是全球第一家推出RISC-V 32位通用MCU的厂商。在德国纽伦堡的Embedded World 2020展会上面，兆易创新RISC-V的MCU获得了全场唯一的硬件大奖。我们看RISC-V内核和ARM内核并不是一个冲突的对立的关系，而是互为补充的差异化共生。

那么如何在ARM和RISC-V间搭建快速通道来满足客户差异化的需求呢？一方面是针对领域区分，目前Arm占据了以移动设备为代表的处理器IP的绝大部分市场，而在新兴的领域，二者处于同一起跑线，RISC-V凭借着指令集开源等特性也有能力占据一定的细分市场份额。这样的新兴市场主要是物联网市场，所以RISC-V技术在边缘计算和服务器端是有潜力持续发展的。另一方面是加强Arm和RISC-V产品间的可移植性。可移植性的提高，代表着用户能够实现更加快速高效的产品替代。这样一来，不仅提升了用户体验，也促进了二者之间的共生。”

据悉，

目前兆易创新的RISC-V产品性能可以对标Cortex-M3/M4系列芯片。硬件方面，每个引脚的尺寸、位置、功能均与其对应的Cortex-M一致，用户的原电路板无需任何改变；软件方面也保持了极佳的兼容性。加上SEGGER、IAR systems等国际主流开发工具厂商都已经全面支持，用户所需的开发环境的界面、功能也与原Arm的相同，对使用者非常友好。

结语

2020年复杂的国际环境，5G和物联网的铺开，再撞上疫情的残酷，使得MCU市场变得复杂交错，这对于中国MCU产业来说是机遇也是挑战，如何直面这些挑战，把握发展时间窗口期？我想就是要通过解决上述各种生态以及技术问题才能有所突破，百舸争流，奋楫者先。

概述

嵌入式物联网开发平台是一个系统，是微控制器+物+联+网+开发平台的系统组合。

• 微控制器：是嵌入式控制的核心
• 物：智能化的电子产品
• 联：电子产品通讯或对话的通道
• 网：互联网、移动互联网
• 开发平台：产品、技术和开发工具的组合

随着微控制器的工艺和技术的发展，成本越来越低，更多的产品用上了微控制器，使得“物（电子产品）”越来越智能化，并在ICT（信息通讯技术）的推动下，电子智能化的“物（电子产品）”越来越多地连接到网络上，物连网络的发展让人与“物”的联系越来越紧密了。

微控制器（MCU）

MCU（Microcontroller，即微控制器）根据数据处理能力不同，分为4位、8位、16位、32位微控制器，如下图：

目前，在物联网产品应用中，一般对MCU的需求是：

面对物联网市场的需求，众多的MCU厂家都在计划着推出新产品。如在一些小家电和家电市场、一些MCU厂商配合用户做一些定制化的产品；有的51厂商开始考虑集成蓝牙功能的产品；ARM公司收购了两家美国公司Wicentric和Sunrise，将以Cordio品牌推出低功耗蓝牙产品。

实时操作系统（RTOS）

微控制器性能的提升让一些实时操作系统RTOS有了“容身之地”，在32位 的ARM Cortex-M系列产品中，越来越多的产品用上了RTOS。

也为一些中间件/协议栈或一些高级的应用提供了一个平台基础。产品的系统化设计成为了可能，为物联网大规模开发部署提供了发展机会。

操作系统好多是开源的。开源机制使更多的人参与其中，发现问题改正问题，使平台能在众人的推动下不断优化发展。也能使一些优秀的组件或中间件/协议栈开源出来与更多的人分享设计。

常见的一些实时操作系统（RTOS）有如下：

常见的一些协议栈有如下：

常用的一些中间件：

开发平台选择

开发平台不是一个产品，是系统的组合。如何在做或计划一个项目时选择一个合适的开发平台，需要多方面综合考虑。

1.微控制器

做一个“跟随者”，参考同行中的产品选型。不做“第一个吃螃蟹”的，这样可以避免走一些不必要的弯路，不会有产品开发风险。但新机会往往会都是会眷顾那些“敢为天下先”的人。新的产品层出不穷，也为开发者提供了更多的选择空间。

对于遥控、小家电/家电、智能卡、玩具等市场应用而言，4位/8位/16位仍然有很大的选择空间。毕竟一些应用的数据处理要求并不高，在原有产品基础上开发，开发成本低。

新的产品总是会在一些新的项目上开始，近些年流行的ARM Cortex-M是比较理想的选择。毕竟ARM Cortex-M是32位机市场的主流，厂家多、应用广、资源多。

2.嵌入式实时操作系统（RTOS）

32位MCU的流行，开发者越来越爱使用RTOS了。有的甚至在8位MCU上跑RTOS。

RTOS提供了开发的便捷性，但在资源紧张的8位微控制器上运行还是有一些局限性的。建议还是在资源丰富的产品上运行RTOS。

选择活跃度比较高的开源的RTOS会得到后续更好的升级维护，学习成本低，社区众多人的支持和参与会使得RTOS不断改进不断完善。

国内的RTOS操作系统近几年也多了起来，如：RT-Thread、 MiCo、DJYOS、μTenux等等。开发者可以根据项目需求选择适合的RTOS。

开源的推动下，RTOS的发展会衍生出一些新的商务模式出来，如下图：

在使用RTOS带来方便的同时，也需要注意一些问题：

• RTOS稳定性
• RTOS安全性
• RTOS授权方式/版权
• 中间件或协议栈的支持

4.网络

物联网就是将电子设备连接到网络，基于网络来控制或使用一些服务。目前，连接到网络的方式有：有线连接和无线连接。近些年来，无线技术的发展非常迅速。

5.产品原型设计

从目前业内来看，mbed.org提供了比较齐全的功能设计，无论从底层、RTOS、中间件或协议栈、组件、服务器端等应用都提供了比较全的选择。这为开发者或者有意于物联网开发者来说，是一个不错的参考。

6.物联网的发展

物联网的发展的特点是：智能化、网络化、信息化。