描述HPI接口的工作原理及C8051F060和TMS320VC5409(简称C5409)之间的接口电路设计,给出了HPI接口的软件设计。该系统具有设计灵活、数据传输速度快、适用于其他含有HPI接口的DSP应用系统,为开发人员提供了一种便捷稳定的数据共享、传输方式。

1.TMS320VC5409的HPI-8接口

C5409的HPI-8是一个增强型8位HPI8接口,主要用来与主处理器接口。C5409内部有32K的RAM空间,除了DSP本身可以访问该RAM区域外,主机也可以通过HPI口实现对整个RAM的访问,从而实现主机与DSP的通信。

HPI-8接口通过HPI控制寄存器HPIC、地址寄存器HPIA、数据寄存器HPID等3个HPI寄存器进行控制和实现数据传输。各寄存器功能如下:

HPI-8地址寄存器(HPIA),该寄存器只能由主机对其直接访问,寄存器中存放当前寻址HPI-8存储单元地址。HPI-8逻辑控制单元(HPIC)。主机和C5409都能对它进行直接访问,它映射到C5409的数据空间002CH单元。
HPIC只有4位用于控制HPI的操作,由于HPIC的高8位和低8位是相同的,因此这4位分别位于高字节和低字节的低4位。
Bit0/8(BOB)———用于字节顺序控制,BOB=1表示第1个字节为低字节,否则第1个字节为高字节。
Bitl/9(SMOD)———访问模式控制,SMOD=l表示共享访问模式(SAM),否则为主机访问模式(HOM)。
Bit2/10(DSPINT)———主机通过将该位写l来向DSP发送1次HPI中断。
Bit3/11(H1NT)———DSP通过向该位置l,使外部引脚HINT产生一个低电平作为给主机的中断,中断的清除必须由主机向该位写l来清除。
HPI-8数据锁存器(HPID),只能由主机对其进行访问,主机通过读写该寄存器来实现对共享RAM的读写,RAM的地址则由HPIA地址寄存器的内容来决定。因此,主机对DSP的访问过程是,先往HPI地址寄存器HPIA写入欲访问的地址,然后再对数据寄存器HPID进行读或写访问。

HPI接口信号包括:

HCS———片选信号。作为HPI-8的使能输入端,在每次寻址期间为低电平,在两次寻址期间也可以停留在低电平。

HAS———地址选通信号,此信号用于主机的数据线和地址线复用的情况。当不用时此信号应接高。

HBIL———字节识别信号,用于识别主机传送过来的是第一个字节还是第二个字节。当HBIL=0时为第一个字节,HBIL=1时为第二个字节。

HCNTL1/HCNTL0———主机控制信号,HPI寄存器的访问地址信号,主机用来选择访问的HPI寄存器。当HCNTL1/HCNTL0为00时,表明主机访问HPIC;当为01时,表明主机访问用HPIA指向的HPID,每读一次,HPIA事后增加1,每写一次,HPIA事先增加1;当为10时,表明主机访问HPIA;当为11时,表明主机访问HPID,而HPIA不受影响。当主机访问HPI时,先完成外部接口部分的操作,即先初始化HPIC寄存器,然后初始化HPIA寄存器,再从HPID寄存器中读出或写入数据,一般在DSP的初始化程序中对HPIC进行了初始化后就无须再对HPIC操作了,其余的工作就完全由主机完成。

HPI的传送控制是由HPI-8内部选通信号实现的,由3个信号完成:/HDS1、/HDS2、/HCS。由图1HPI-8内部选通逻辑电路图可知,只有当/HDS1、/HDS2信号不同时为零,且/HCS信号为低电平时,内部HPI才被选通。

2.HPI接口设计

2.1HPI接口电路设计

C8051F060与C5409的HPI接口电路图如图2所示。图中将C8051F060的端口P1和HPI的8位数据线HD0～HD7相连作为数据传输通道,P20～P23设置为输出以控制HPI口的操作。

其中P20和P21分别连接HCNTL0和HCNTLl以实现对HPIC、HPIA和HPID寄存器的访问,

P22连接字节识别信号HBIL可控制读写数据是属16位字的第一字节还是第二字节,

P23作为读写控制选通信号连接HR/W,

P24与P25分别连接/HDS1和/HDS2,同与P26相连的信号/HCS一起作为数据选通信号来锁存有效的HCNTL0/1、HBIL和HR/W信号。

地址锁存信号/HAS与P27相连,为简化设计,可以直接将/HAS和/HDS2置为高电平,/HCS置为低电平。

P33作为检测HRDY信号的输入端,当HPI准备好时,HRDY输出高电平有效。

P34作为输入与HPI口的主机中断信号/HINT相连。

由HPI接口的原理可知,在HCNTL0/1、HBIL和HR/W信号有效之后,设置HDS1、/HCS为低电平可实现读写的数据选通,从而完成C8051F060对C5409HPI口的读写操作。

在数据交换过程中,C8051F060向HPI发送数据可通过置C5409的HPI控制寄存器HPIC中的DSPINT位为1来中断C5409。

C8051F060接收来自HPI的数据时则可用查询方式。

当C5409准备发送数据时,置/HINT信号为低。

当C8051F060查询到P34为低时,系统将调用接收数据子程序来实现数据的接收。

2.2HPI接口软件设计

HPI的数据传输分外部传输和内部传输。
外部传输是指主机和HPI寄存器之间的传输,由主机发出指令完成。
内部传输是指HPI寄存器和DSP内部RAM之间的传输,由DSP内部的DMA控制器自动完成。
主机在进行外部传输时,要先检查内部传输是否完成,这是通过检测HRDY信号实现的。
外部传输操作的一般步骤是:检查HRDY信号的电平。
为高,表示可以进行传输;为低,表示DSP正在进行内部传输,此时不能进行外部传输。
主机对HPI-8口进行数据读写需要三个步骤:设置控制寄存器,写地址寄存器,读写数据寄存器。
在寄存器读写过程中,主机通过端口发送控制信号,检测状态信号,完成对HPI口访问的时序模拟,双方通过向对方发送中断通知对方数据已经准备好,通过检测对方设置的状态判断对方是否准备好接受数据。

具体设置过程如下:

a)首先初始化HPIC寄存器,特别是BOB位。具体方法为:先设置HCNTL1=HCNTL0=0,选择将要对HPIC进行操作。然后将HPIC的值写入HPI。注意HPIC的高8位和低8位是一样的。

b)设置地址寄存器HPIA。先设置HCNTL1=1&HCNTL0=0,选择将要对HPIA进行操作。然后将要访问的C54x片内RAM的地址写入HPI,高8位先写,低8位后写。

c)读写C54x的片内RAM。先设置HCNTL1/0,选择将要对数据锁存器HPID进行操作。如果设置HCNTL1=0&HCNTL0=1,表示使用地址自动增加模式;如果设置HCNTL0=HCNTL1=1时,表示不使用地址自动增加模式,这时完成读写操作后,地址寄存器HPIA将不会变。

以下是C8051F060的HPI接口程序:

(1)读HPID寄存器程序

　　unsignedintHPID_Read()
　　{
　　unsignedcharH_Byte,L_Byte;
　　HDS2=1;
　　HCS=0;使能HPI
　　HCNTL0=1;
　　HCNTL1=0;主机可读写HPID
　　HBIL=0;当前是第一字节
　　HRW=1;主机要求读选通HPI
　　HDS1=0;开始数据操作
　　H_Byte=P1;读出高8位数据
　　Delay(2);等待数据读出完成
　　HDS1=1;结束数据操作
　　HBIL=1;当前是第二字节
　　HRW=1;主机要求读选通HPI
　　HDS1=0;开始数据操作
　　L_Byte=P1;读出低8位数据
　　Delay(2);等待数据读出完成
　　HDS1=1;结束数据操作
　　}

(2)写HPID寄存器程序

　　voidHPID_Write(unsignedintW_data)
　　{
　　HDS2=1;
　　HCS=0;使能HPI
　　HCNTL0=1;
　　HCNTL1=0;主机可读写HPID
　　HBIL=0;当前是第一字节
　　HRW=0;主机要求写选通HPI
　　HDS1=0;开始数据操作
　　P1=(unsignedchar)((W_data>>8)&0xFF);写入高8位数据
　　Delay(2);等待数据写入完成
　　HDS1=1;结束数据操作
　　HBIL=1;当前是第二字节
　　HRW=0;主机要求写选通HPI
　　HDS1=0;开始数据操作
　　P1=(unsignedchar)(W_data&0xFF);写入低8位数据
　　Delay(2);等待数据写入完成
　　HDS1=1;结束数据操作
　　}

3结束语

本设计方案具有硬件结构简单、使用方便等优点,有很好的使用价值。经在某导航系统中实际使用的效果来看,证明该设计方案简单、性能稳定、高效可靠,达到了预期的设计目的。

现场可编程门阵列即FPGA，是从EPLD、PAL、GAL等这些可编程器件的基础上进一步发展起来的。作为专业集成电路领域中的半定制电路而出现的FPGA，不但解决了定制电路的不足，而且克服了原有可编程器件因门电路数有限的而产生的缺点。FPGA 的使用十分的灵活，同一片FPGA 只要使用不同的程序就能够达到不同的电路功能。现在FPGA 在通信、仪器、网络、数据处理、工业控制、军事和航空航天等众多领域有着广泛的应用。随着成本和功耗的进一步降低，将在更多的领域运用FPGA。基于FPGA 的电机测速系统设计，以Quartus II 为设计平台，采用硬件描述语言VHDL和模块化设计的方式，并通过数码管驱动电路动态显示测量的结果。本设计具有外围电路少，集成度高，可靠性强等特点，可以用来测量电机的转速值。

外围电路设计

传感器将电机转速的模拟信号转换成数字脉冲信号送入FPGA 模块。同时由基准时钟电路产生准确的时钟信号和复位电路产生的复位信号送入FPGA 模块。再由FPGA 模块产生分频电路、十进制计数器电路、数据处理电路和显示译码电路。由分频电路将送入的基准时钟信号进行分频，得到一个闸门信号，作为十进制计数器的使能信号。数据处理电路的作用是将十进制计数器得到的数据进行相应的处理后，再送入显示译码电路进行转换译码。电机测速系统的总体框图如图1所示。外围电路分为：基准时基电路，复位电路，传感器测量电路和显示电路。

基准时基电路设计

基准时基电路采用50 MHz 的有源晶振，3．3 V 电源通过FB5接入有源晶振的VCC 端口，同时通过C10和C11滤去高频干扰信号。从OUT 端口输出50 MHz 的时钟信号。晶振电路如图2所示。

复位按键的设计

按键作为嵌入式智能控制系统中人机交互的常用接口，我们通常会通过按键向系统输入各种信息，调整各种参数或者发出控制指令，按键的处理是一个很重要的功能模块，它关系到整个系统的交互性能，同时也影响系统的稳定性。在本次设计中，通过按键实现了FPGA模块的手动复位。复位按键如图3所示。

显示电路的设计

在本次设计中我们用到的显示电路如图4 所示。

由数码管显示电路可以知道，这是共阳极数码管。当在位选端SE1～SE4输入低电平时，三极管导通，从而D1～D4接入高电平。由a 到DP 端输入数码管显示码，就可以得到我们所需要的数字，由位选端让数码管选择导通。

本次设计是基于FPGA 的电机测速系统设计，利用的是Altera 公司开发的Quartus II 软件作为设计平台，可以在FPGA 开发板上实现测量由传感器转换得到的脉冲信号，并且通过计算得到电机转速值。在本次设计中，还可以进行一些扩展，可以添加报警电路，设定一个报警值，当测量的转速值大于这个报警值时，就可以让蜂鸣器报警或数码管点亮。

电机对能耗的贡献率在美国接近50%，因此降低电机能耗能有效地提高能源利用率，而采用先进的微控制器（MCU）技术来实现电机控制是一种有效的方法。本文介绍了最新的电机控制MCU技术发展及其应用。

降低能耗的一个主要对象是电机，它消耗了美国总能耗的大约50%。家庭里随便都可以找到超过50个电机，一般会有70到80个，在工业领域，工厂自动控制对电机的利用也很广泛。

今天，MCU技术的最近发展允许电机能在更低的成本下更高效地运行。在某些市场上，这能加快从机电向电子控制的转变，从而能实现变速电机控制以优化电机的工作效率，并在器件的层面上降低所有应用的成本。

低成本无刷直流电机控制MCU

与经常应用在电机控制中的有刷电机相比，MCU控制的无刷直流（BLDC）电机消除了刷子磨损和弧形机构，这样电机的寿命本质上仅仅受限于轴承的寿命。此外，基于MCU的BLDC电机系统的优势还包括高效率、高转矩-惯量比、更高的速度性能、低噪声、更好的热效率和低EMI特性。

利用专门设计用于电机控制的大批量生产的8位MCU是一种解决数字电机控制问题的非常低成本方法。由于具有高达10MIPS 的性能和运动控制专用硬件（包括中心准直的14位PWM、一个运动反馈模块以及一个高速ADC），以前需要很贵处理器的应用现在可以使用低成本的8位 MCU解决。

8位微控制器驱动一个三相ACIM可变频驱动。

某些MCU里的三相PWM控制，如PIC18F4431，可以用硬件提供一个BLDC的所有三项控制，尽量减少必须开发和调试的软件。高达8个可用的PWM通道，通常只需要6个来驱动三相电机。因此，剩下的两个通道可以用作其他功能，而不需要额外的器件。作为MCU的主要部分的带积分编码器接口的运动反馈模块减少了器件数量和系统成本。

具有采样率为每秒200K的ADC的MCU可提供闭环控制所必要的速度。两个不同通道的同时采用使得对电压和电流同时采样成为可能。在测量闭环电机控制中后端电动势（EMF）时需要这样的快速转换，在上升或下降沿使ADC与PWM同步的能力使切换噪声最小化。总之，这些模块使得不需要外部电机控制器件，如高速ADC和位置编码器。

在很多电机控制应用中，故障安全操作（fail-safe operation）非常重要。带有故障安全时钟监视器（一个内部RC振荡器，可以在晶振产生故障的时候用作备用时钟）的MCU使设计工程师可以用能提供高可靠性的数字控制。像在PWM上的可编程停滞时间（deadtime）延时使切换噪声最小化，可以减少数周的开发时间，并满足关键的程序最终期限要求以使新产品得以面市。在所有的情况下，带有可靠闪存的MCU提供快速面市的可能，以及在安装之前或在使用中根据要求变化来调整的灵活性。

市场推动因素及解决方案

家用电子设备中的电子电机控制要求、工业和汽车市场促进了对具有先进的电机控制外设的MCU的需求。

在家电市场部分，需要性能提高的电机控制来满足政府规划标准，例如美国的环境保护机构的能源之星计划，该计划促进厂商推出高效能家电。洗衣机是高性能电机控制的一个重要的领域。直接驱动的洗衣机消除了电机轴与洗衣机搅动器之间的传动带，允许不同的速度和搅动器模式。

一个生产商的完全重新设计的洗衣机与传统的洗衣机相比较，减少消耗38%的电量和17%的水。电机控制MCU根据洗衣量和类型调整电机的功率。然而，家电用户依然对最初的购买价格很敏感，因此生产商必须不断降低它们的开发和生产成本，以使更先进的电器能为更多的消费者所接受。

在家电中，专门为低成本电机控制应用设计的8位MCU集成了能尽量减少额外器件的功能。在电路板上的电机PWM、故障安全时钟监视器和高可靠的闪存条件下，最新的MCU简化了家电电机控制的设计，能实现低成本目标。

在工业应用中，电力成本和装配操作的停工时间会降低厂商的收益。关于电机性能提升的控制如何直接影响效率和收益的一个工业例子就是：将一个工业抽水机中的阀用一个带有基于MCU的可变速（VSD）系统替换。

对于抽水机或风扇，功耗与轴的速度立方根成正比，当轴速度降低10%，流量降低10%，功耗降低27%。如果速度降低 20%，功耗降低49%。通过使用MCU可变速电机控制，而不是恒速电机阀来减少流量，已经证明对于工业应用中的离心抽水机、风扇和吹风机来说可以得到 25-40%的能量节省。

工业应用的效益是明显的，使用MCU驱动的变速电机控制依赖于其他因素，例如灵活性和可靠性-这些因素能避免故障或检修带来的停工。带有闪存和EEPROM的MCU提供能通过可再编程特性，在当需要升级或控制程序要求改变的时候来解决工业用户要求的灵活性。带16KB闪存和 256B EEPROM的MCU在8位MCU中提供了足够的存储器来处理在工业环境中可能需要的很多改变。同样重要的是，Microchip公司的闪存采用的 PMOS电子可擦除的单元处理技术一般具有数据存储单元能承受1百万次擦/写循环，数据可以保持超过40年的性能。

已有的汽车电机应用包括采用电机来打开和关闭车窗和车门，以及定位车座。由于这些应用的使用频率很低，因此对低效率并不敏感，但利用率高的应用，例如乘客温度环境控制和引擎箱的风扇，则不断地消耗汽车有限的电能。电机控制MCU使得环境控制扇只以一个能保持舒适温度的速度运转，这样使噪声最小化，并减少功率消耗。

在很多情况下，电机控制MCU必须使用控制区域网络（CAN）或本地互连网络（LAN）来连接到汽车网络。对于车体电子，现在使用低成本LIN协议来减少整体系统成本。在一些MCU系列中，可以发现一个支持LIN1.2的USART模块，同时提供在起始位的自动唤醒和波特检测 （baud detect）。

随着控制算法在所有细分市场变得越来越复杂，数字电机控制器的性能从MCU上升到DSP层次。数字信号控制器（DSC）带来了更高的性能和价格可接受的、对设计工程师友好的MCU技术用作更成熟的电机控制设计，包括那些具有向量控制的应用。DSC工作速度高达30MIPS，带有高达144KB的闪存和电机控制专用的集成外设实现了更先进的、新的电机控制应用。采用基于DSP和DSC的电子电机控制，家电产业控制和汽车不仅工作效率更高、提供更多功能，而且价格可接受。

嵌入式系统设备是应用最广泛的产品，小到玩具、穿戴产品大到复杂的工业、军工宇航设备，按照标准定义，嵌入式系统就是以应用为中心，以计算机技术为基础，将应用程序和操作系统与计算机硬件集成在一起，能够独立工作，而且软硬件均可裁减的专用计算机系统。简单地说，就是系统的应用软件与系统的硬件一体化的设备。广义上可以认为，凡是带有微处理器、微控制器的专用软硬件系统都可以称为嵌入式系统。从狭义上讲，更加强调那些使用嵌入式微处理器构成独立系统，具有自己的操作系统，并且具有某些特定功能的系统。随着智能化的深入，嵌入式系统发生了很多有趣的变化，我们以嵌入式系统的核心MCU来说说2017年嵌入式领域的MCU四个变化。

一、MCU主频、内核大突破还有多核化

在传统上，我们理解的的MCU都是基于Cortex-M0,M3,M4或者8051 内核的MCU，但是今年我们看到，一些MCU领军厂商如ST、NXP等都推出于基于Cortex-M7内核高主频MCU，把MCU应用继续拓展。

“这是兼顾了高性能与低功耗的产品设计。”他强调。“未来，Cortex-M7的发展理念更高性能，向多核发展，比如M0+M7、M4+M7、DSP+M7...等等。”

二、32位MCU加速取代8位MCU应用

目前在MCU领域，8位MCU仍占据1/3以上份额，在工业控制、安防、物联网、消费类电子等诸多领域，8位MCU的身影依然处处可见，根据IHS的预测，2018年8位MCU的市场规模将增长到78亿美元，市场份额继续超过MCU市场营收的三分之一以上，因为很多人认为8位MCU未来将继续维持增长。

不过随着智能化时代的来临和安全意识的提升，8位MCU增长将逐渐进入强弩之末，以今年来看，32位MCU取代8位MCU就呈现加速势态，一个变化是32位MCU大量取代8位MCU在指纹识别领域的应用，主要原因是32位MCU利用其更高的处理能力可以缩短算法执行时间，最终体现为响应速度。同时，32的高处理能力可以整合更多的功能，例如加密认证，辅助传感器等。

一些基于ARM® Cortex®-M4内核的MCU提供了完整的DSP指令集和专用浮点运算单元(FPU)，可直接支持三角函数、滤波和卷积等复杂运算以加快指纹算法执行速度。最高主频下的工作性能可超过200DMIPS，可以支持高级指纹识别运算的全过程，包括指纹图像预处理、分割拼接、数据特征提取、特征匹配、交叉比对、识别解锁等一系列指令，更可显著提高指纹注册和匹配效率。所以很多8位MCU指纹识别方案别抛弃换到32位方案。

另外一些基于8位MCU的遥控器方案也因为32位MCU成本下降到与其持平而遭到抛弃。所以32位MCU需求旺盛一些公司缺货将成为常态化。

三、高端家电、高端消费电子设备需要高性能MCU

随着人工智能技术逐渐普及和人们对优质生活的追求提升，高端家电、高端消费电子对高性能MCU需求大增，例如很多冰箱需要做智能化的分析和处理，需要对储藏的食品做分类和检测，同时需要联网完成智能购物等动作，因此需要跟高性能的MCU，这些MCU除了支持一定的智能运算外还要支持触摸屏显示，支持较高的分辨率显示。针对这样的需求，本土MCU厂商可以将产品向高端延伸，在兼顾低端市场的同时，向高端市场发起冲击！

四、显示控制及人机交互应用加速

“在过去六个月，32位MCU在手机及移动支付、智能家居/家电、显示控制及人机交互和汽车电子及电机应用方面呈现加速势态。”灵动微电子MCU事业部总经理娄方超表示，“其中显示控制及人机交互需求极其旺盛，应该是潜力很大的市场，在这个市场中，MCU在取代以往的应用处理器市场。”

此外 ，在MCU开发上，各个厂商也努力简化MCU开发，例如ST开发出了STM32CubeMx，不但可以用它搜索选择满足需求的芯片，用它配置芯片外设引脚和功能，配置使用如LWIP、FAT32、FreeRTOS等第三方软件系统，还可以用它做功耗评估。而娄方超也透露灵动微电子也会推出更好用的新开发平台。

来源：EEFOCUS

微处理器和单片机（MCU）从上个世纪70年代在欧美开始兴起，1981年8051单片机问世，到今天已经36年了。从数量上看，8位单片机依然是MCU市场的主力，32位MCU已经成为今天全球消费和工业电子产品的核心。

从2015年开始，为争夺市场份额，布局强劲增长的物联网应用，MCU主要厂商之间发生了数起大规模并购。根据市场调研机构IC Insights的统计，从收购完成合并后的销售数据看，NXP、Microchip和Cypress 2016年MCU产品线销售额同比大幅增长，排名也相应上升。未进行大规模收购的MCU厂商则表现平平，只有个位数的增长，比如ST和TI，有的出现了大幅下降，比如像Samsung。

8大MCU厂商全球市场份额合计达到了88%，这也就是说除了几大MCU外，小的MCU公司市场份额非常小。IC Insights 2016年8月的研究报告显示，MCU市场将于2020年达到高峰，销售额达到209亿美元，销售267亿颗芯片。针对这样的市场形势，在刚刚结束的2017年STM32峰会上，ST给自己定下目标是2020年销售额将到达40亿美元，从目前市场份额10%增长到20%。

MCU技术发展线路

1.开发工具

8位MCU时代，开发工具很简单，MCU功能简单，存储器容量很小，应用代码甚至可以使用汇编语言书写，简单的下载和编程工具可以胜任开发工作。后来随着MCU功能增加，存储器容量增加，C语言逐渐成为首选，集成开发环境（IDE）和JATG调试渐成主流，这种方式主导了过去20年MCU开发模式。

随着物联网的兴起，大量的电子产品急需智能化升级，联网就成为基本需求，特别是无线网络，RTOS （实时操作系统）从以前的嵌入式系统中“奢饰品”变成今天的“必需品”。得益于开源社区和开源软件的帮助，开源的RTOS 比如像FreeRTOS、uC/OS和Contiki已经成为开发者的优选。专门针对物联网应用的物联网OS 也应运而生，比如ARM mbed OS、庆科MicoOS和华为LiteOS，其实这几种物联网OS的内核也是基于开源的RTOS技术。

开发工具（IDE）价格昂贵，让创业者望而却步，借助开源软件，MCU企业纷纷推出自己的IDE，比如瑞萨的e2studio、芯科的Simplicty Studio和NXP的 LPCXpresso，这些IDE 是基于开源Eclipse，编译软件也是开源的GCC ARM 。芯片公司的IDE虽然在功能和优化上无法与Keil和IAR相比，但已经完全到达可用的程度。ARM开发了基于Web的mbed工具，开发者不需要购买和安装任何IDE，只要有一块mbed兼容的开发板，就可以进行嵌入式开发。如果你使用的是Arduino开发板，Arudino IDE集成大量开源硬件知识库，让你开发如虎添翼，事半功倍。

今天，有了强大的开源的生态环境，MCU开发者不再会因为缺乏资金无法购买开发工具和获得技术支持而耽误项目开发犯愁了。

2.制造技术

摩尔定律推动了芯片产业辉煌了40年，其中制程工艺发展是重要的助推剂。传统的MCU，比如8位OTP MCU，长期是使用0.5微米的制程工艺，随着时间的推移，设备和技术的更新，现在主流的MCU制程是180nm，甚至90nm技术，展望不远的将来，使用40nm甚至28nm制程工艺的MCU也不是遥不可及的事情。

我们知道，更先进的制程工艺会在MCU内部集成更多的晶体管，使处理器实现更多的功能和更高的性能。这样MCU核心尺寸的大小就不是很重要的因素了，更多的32位MCU核心将替代8位，芯片的体积也不会变大，功耗反而会更小。此外，先进的制程工艺还能带来片内FLASH容量的增加，未来1MB甚至4MB的FALSH MCU 也是常见的产品了。

当然，制程工艺将会给MCU生态环境带来挑战，比如初期制造成本的增加，芯片设计复杂性增加。32位核心导入，软件开发难度增加，以及物联网应用带来MCU和RF以及Sensor集成，进而带来功耗管理和PCB设计上一系列棘手问题。

3.应用设计方案

MCU应用五花八门，从最小的消费电子产品，到大型工业机器人，几乎涵盖了所有嵌入式电子产品。早期的MCU芯片公司只是提供应用指南和参考设计代码，方案性的设计一般是客户自己完成，或者由专业的方案公司和代理商完成，然后交给设备厂商生产，这样模式至今依然大量存在。

随着物联网兴起，电子产品智能化需求越来越多，传统产业升级已经迫在眉睫，电子产业急需MCU厂商提供更多更好的创新型设计方案。随着电商时代到来，渠道的扁平化，传统芯片代理商已经无力投入日趋复杂的方案设计，行业日趋细化和深入，传统的方案商已经转型成产品提供商，应用设计方案的重任再次落在MCU公司身上。

今天我们看到全球领先的MCU企业，比如ST、NXP、TI和瑞萨等公司，他们都能提供许许多多MCU应用解决方案，这些方案的技术越来越前沿，功能越来越完善。比如STM32峰会上展示的预防黑客侵入的智能锁的安全解决方案、可以在小屏幕上实现美观流畅游戏界面的超低功耗MCU智能手表方案，以及基于低成本STM32F7MCU的LoRa网关。

近年兴起的创客运动也是MCU应用方案的一大贡献者。创客们大量采用的Arduino开源硬件，Arduino采用的MCU是Atmel公司的AVR系列处理器；机器人项目Pibot则采用Arduino作为核心控制板。在开源硬件环境下，没有开发基础，只有创意的开发者，也可以完成自己的产品开发。开发门槛的降低了，将吸引更多的人实现创意，极大地增加产品的种类和数量，从而导致对MCU需求的增长。

中国MCU发展机遇

1.中国单机片30年

上个世纪80年代初北京工业大学电子厂掀起了TP801开发热潮，同期，上海和江苏等地开发了MCS-51的单片机开发系统，这股单片机的热潮引发了全国的智能电子的大变革。1986年10月，在上海复旦大学举行了第一次全国单片机学术交流会，这标志着由此开始，中国单片机事业经历30年辉煌发展历程。2016年11月，嵌入式系统联谊会举办了中国单片机30年纪念活动，老中轻三代单片机工作者齐聚北航回忆这段历程，共议中国单片机发展的美好前景。

过去几年，中国MCU市场一直持续增长。据isuppli Research研究报告，2011年中国MCU市场销售额约30亿美元，到了2016年已经有40亿美元，其中32位MCU市场份额持续增大，期内复合增长率已经接近10%。但有关研究报告还指出,全球8大MCU企业没有中国的企业，中国大陆和中国台湾MCU企业在中国市场各有10%的份额。2017年STM32峰会信息显示，2016年ST中国通用MCU市场营收在其全球市场占比36%，从2007年开始一直保持27%的年复合增长率，以物联网、可穿戴、智能手机、智能楼宇和表计以及电动汽车和无人机等新型应用，是拉动MCU快速增长重要引擎。

中国单片机30年，MCU厂商很多，但多数混迹8/16位低端市场，中国是全球第一大电子制造基地，有足够大的市场来养活这些小厂商。但设计能力低、缺少战略发展规划和资金支持的中小MCU 厂商，难以改变中国企业在MCU市场的弱势地位。

2.国产32位MCU提速

近年中国MCU企业的增长提速，尤其是在32位MCU市场上涌现出像兆易创新、致象科技和灵动微电子这样的企业，他们基于ARM Cortex M技术的MCU芯片受到了市场的欢迎，国产MCU产品的市场战略一般是更低的价格、更好的性能、本地周到的服务、与国外产品 pin-pin兼容，这些市场策略让国内企业非常受用，取得了丰硕的成果。

据财经媒体报道，2016年，兆易创新实现营收14.89亿元，净利1.76亿元，营收同比增长25%、利润增长了12%；MCU芯片实现营收1.97亿元，同比增长55.2%，销量4578万颗，兆易创新最近以65亿元收购北京矽成。矽成的主营业务是以易失性存储芯片为主，主要从事SRAM、中低密度DRAM、EEPROM等集成电路产品的设计与销售，产品应用于汽车、工业医疗、网络移动通讯、电子消费产品等领域。这与兆易创新的非易失性存储芯片，包括NOR Flash和NAND Flash及其衍生产品以及MCU微控制器产品的研发、技术支持和销售的业务范围正好互补。收购矽成对于未来兆易创新GD32系列MCU发展将起到积极作用，或将有助于兆易创新拓展汽车电子市场的计划。

3.国产MCU的挑战

比较国产高端CPU的发展，国产32位MCU 要顺利的多。相比智能手机芯片，生态环境相对单纯和简单是帮助国产MCU 发展的重要原因。我们知道，开发智能手机芯片要有巨资投入最先进的制程工艺，比如三星Galaxy S8 机型搭载高通骁龙830处理器，并且处理器将会由三星独家制造，制程工艺为惊人的10nm。还有Android OS，围绕Android OS 的开放手机联盟现在有84个成员，如果你们企业不是成员，你或许拿不到最新的Anrdoid版本的软件，即使你是成员，如果不能投入大量的Android开发人员，你也很难与高通、三星和华为这样的手机巨头竞争。

前面介绍MCU的技术线路，它与智能手机完全不一样，MCU 还是一个多元化的应用市场，虽然有几个很热闹的产品，比如无人机、可穿戴手环、智能温控器，但是这些产品在数量上与智能手机无法比拟，而且它们每一个的软硬件平台都不一样。凭借基础的开发工具、90nm制程和应用方案，加上中国企业擅长的“保姆式”服务，国产MCU 有机会出奇制胜，一展宏图。

是不是国产MCU可以高枕无忧，一路顺利发展呢？不是的。如果看看全球领先的MCU企业的产品线就不难发现，中国企业差距很大，STM32 750余款MCU，多数采用90nm制程上，ST计划发布的超高性能STM32H7将采用40nm制程，而灵动微电子成熟产品F103采用的还是传统的0.18um。

在开发工具上，国产MCU 基本没有自己的开发工具，推荐都是ARM KEIL和IAR，为了支持自己公司的MCU，一般会开发一个 KEIL MDK或者IAR插件，没有经费的用户多是使用盗版IDE。

在应用设计方案和生态环境建设方面，国产MCU 更是远远落在外国企业后面，比如STM32峰会第二天，几十家合作伙伴展示了包括LoRa、蓝牙和WiFi模块、空中固件升级、NB-IoT诊断仪、多功能汽车总线通信平台和安全认证的RTOS等百余种解决方案，以及大疆和小米无人机、华为运动手表、MOOV 耳机和阿儿法智能机器人等数十种国内设计和生产的基于STM32产品。这大大提升了与会的开发者的兴趣。

32位MCU市场发展，芯片设计和制造技术固然很重要，而产品线生态建设，开发工具的研究、嵌入式OS的支持、创新型的应用案例、稳定的货源供应和技术支持也非常重要，每一项都缺一不可，都做好了真的不容易，国产MCU要进入国内电子企业主流供应商名单，要走向国际舞台，还有很长路要走。面向未来5-10年百亿级的物联网设备市场，MCU迎来了前所未有的机遇，也给了中国MCU 发展和腾飞创造了绝佳的切入点。