作者 / 王瑩  《電子產品世界》編輯

摘要：從2017年下半年開始，MCU出現(xiàn)了供貨緊張^[1]。據部分MCU廠商介紹，并不是所有MCU產品線都缺貨，只有那些暢銷產品才會缺貨或延遲供貨，并預計這種供貨緊張狀態(tài)會到今年年底。與此同時，MCU廠商也在為殺手級應用厲兵秣馬。那么，新的MCU具備哪些新功能?為此，電子產品世界記者于2018年6月走訪或電子郵件采訪了部分MCU廠商。

1 DSC增長快

　　DSC(數字信號控制器)是MCU中增長的明星。據恩智浦(NXP)及一些市場調查公司預測，從2016年到2020年間，16位DSC年均增長率會高于20%;32位會高于50%(如圖1)，高于MCU的平均增長率。DSC主要用于電機控制、數字電源、無線充電等。市面上主要有三大供應商：恩智浦、Microchip和TI。

　　1.1 Microchip推出雙核16位DSC

　　Microchip Technology Inc.(美國微芯科技公司)日前發(fā)布了dsPIC33CH系列，是雙dsPIC DSC內核配置，定位為設計高端嵌入式控制應用的系統(tǒng)開發(fā)人員。dsPIC33CH系列的兩個內核中有主核和副核。副核用于執(zhí)行時間關鍵型專用控制代碼;主核負責運行用戶接口、系統(tǒng)監(jiān)控和通信功能，專為終端應用量身定做。dsPIC33CH還進行了特別設計，從而允許不同的設計團隊分別為每個內核單獨開發(fā)代碼，并將兩個內核無縫集成到一個芯片中。

　　Microchip公司MCU16產品部副總裁Joe Thomsen稱，dsPIC33CH系列針對高性能數字電源、電機控制和其他需要精密算法的應用進行了優(yōu)化，這包括無線電源、服務器電源、無人機和汽車傳感器。

　　那么，為何此次特別提到數字電源?實際上，在300 W以下的低功率電源方面，模擬電源從成本上來看更節(jié)約。但如果是300 W以上，數字電源能夠提供非常靈活的平臺，另外Microchip提供的固件會讓數字電源的優(yōu)勢非常強勁，因為頻率更優(yōu)化。

　　那么，為何dsPIC33CH雙核可以提高數字電源的開關頻率?首先是整個流程的改變。因為新一代流程相當于是從70 MHz提升到了100 MHz(如圖2)，這就帶來了開關頻率約50%的效能提升。其次是設計的改變，因為存儲信息需要進行來回存儲，而現(xiàn)在存儲，尤其出現(xiàn)干擾的時候，存儲性能大大提升。第三，第2個核使得這兩個因素已經提升了一倍的基礎上，又提升了一倍。

　　對于電機控制，DSC所要采集的最重要的技術參數是什么?首先要準確地捕捉到運行狀態(tài);第二步，對它進行評估，包括對DSC的評估;第三步，根據已經觀察到的細節(jié)和評估做出相應的調整。最終就可以得到一個更高效，更加低噪，而且效能更好的電機控制。dsPIC33CH在原始設計的時候就已經考慮到了這些，例如dsPIC33CH非常低擾的性質，還有在功率轉換的時候可以進行相關評估。另外，很多傳感器的外設得到改進，主要目的就是在發(fā)現(xiàn)問題的時候，能夠對電機進行實時的調整，并且進行優(yōu)化。

　　1.2 恩智浦的32位DSC路線圖

　　恩智浦半導體大中華區(qū)微控制器產品市場總監(jiān)金宇杰指出，DSC的特點是兼有數字信號處理和微控制器的特點，對數字有更強的處理性和更好的功耗特性。

　　恩智浦看好電源轉換、電機控制、汽車控制和無線充電等方案，例如在無線充電方面，從5~200 W方案，都是基于DSC開發(fā)的。

　　從2017年開始，恩智浦針對DSC的產品線進行了進一步投資，已推出高性能的56F84和較低性能的56F82系列，前者是100 MHz主頻，256 K Flash，有高精度PWM和高速ADC。下一步要實現(xiàn)更低功耗、更大內存和更高的主頻，例如將會推出更高性能的56F85和較低性能的56F83系列，前者主頻提高到200 MHz，有DSC+FPU，512 K Flash，高精度PWM，低功耗高速ADC。2019年下半年預計推出56F8x系列，主頻400 MHz。未來，還計劃推出類似“i.MX RT+DSC”的產品。

2 安全的MCU

　　隨著物聯(lián)網設備的增長，需要邊緣設備更加安全，防止網絡攻擊。

　　2.1 32位高安全性Arm MCU

　　Microchip日前發(fā)布了32位的SAML10、L11系列MCU，是首款提供穩(wěn)健芯片級安全并采用Arm TrustZone技術，適合物聯(lián)網應用，有低功耗、耐水、抗擾電容式觸摸技術。

　　Microchip公司MCU32產品部副總裁Rod Drake先生介紹說，之所以把安全性、觸摸性和低功耗結合起來，是因為在定義這款產品時，希望整個功能覆蓋面是比較寬泛的，因為有時候用戶在某些方面的使用是完全超乎預期的，因此需要產品可以廣泛應用于物聯(lián)網、任何觸摸/觸屏應用和低功耗應用。

　　那么，相比競爭對手，這兩款芯片的特色是什么?首先，是目前市面上唯一一個內核采用M23內核的，第二，有全系列加密模塊保證安全性;第三，SAML10、L11有一整套防止物理侵入方面的解決方案。

　　為什么稱SAML10和L11有高的安全性?首先，集成的Arm TrustZone的功能有非常好的安全性(如圖3左上角)。但是同時，SAML10和L11也增加了一些新功能，例如防篡改功能、靜默訪問以及加密、加速器的功能(如圖3其余部分)。

　　2.2 ST的安全策略

　　意法半導體(ST)大中華與南亞區(qū)微控制器產品市場經理彭祖年先生稱，對于每種應用的安全性必須給予全面考慮，必須從項目開始時就對安全架構進行系統(tǒng)級規(guī)劃，以確保將所有的系統(tǒng)安全漏洞都考慮在內。因此，安全問題遠遠超出了MCU的范圍。但是多開展有關安全的討論很有意義，可以引起開發(fā)人員和用戶對安全的高度重視，將安全放在優(yōu)先位置。

　　ST為客戶提供安全微控制器(MCU)、STSAFE系列安全單元以及領先的STM32系列MCU的擴展功能，能夠很好地滿足設計人員和開發(fā)人員的需求，幫助其在設計中集成盡可能多的安全保護功能。

　　具體地，ST目前正在與物聯(lián)網合作伙伴共同協(xié)作，利用ST為物聯(lián)網應用開發(fā)的一系列嵌入式STM32、安全微控制器以及嵌入式安全單元，為物聯(lián)網市場提供全方位的安全解決方案。ST目前提供的有硬件、通信和應用級的安全解決方案。ST的開發(fā)工具可以讓開發(fā)人員輕松激活MCU的安全功能，以適應主要物聯(lián)網應用的安全需求。另外，為提高安保水平，ST還提供基于其安全單元(SE芯片)的解決方案。

3 低成本的創(chuàng)新

　　中國客戶非常在乎成本，這也成了MCU創(chuàng)新的主要方向之一。

　　3.1 恩智浦的跨界處理器i.MX RT成爆款，兼具MPU和MCU特點

　　近日，恩智浦資深副總裁兼MCU業(yè)務線總經理Geoff Lees、副總裁兼LPC和低功耗微控制器(MCU)產品線總經理于修杰、MCU產品線全球資深產品經理曾勁濤來京，稱2017年6月17日，恩智浦第一次宣布i.MX RT——跨界處理器[2]，基于Arm Cortex-M7內核，增加了廉價的RAM內存，去掉了價格較高的Flash(閃存)，使之兼具有MPU的高性能和MCU的低成本特點。過去一年成了爆款，第一款產品RT1050于2017年10月量產，不到一年時間，在全球已有2500個客戶在進行開發(fā)，在中國已有四個大客戶進入量產。據恩智浦估算，RT1050發(fā)現(xiàn)的機會已達到5億美元數量級。

　　RT系列的賣點是性能高、成本低。例如RT1050比最接近的競爭對手的性能高50%，未來計劃性能相差2倍。

　　近來又有三款新產品問世。

　　?RT1060。是RT1050的增強版，性能和配置都有提升。RT1060起價3.48美元(注：1萬片起)。特點是有大RAM，例如RT1060推出1 MB內置RAM，可以做圖形加速、以太網口、高速USB等。

　　?RT1050新的封裝，尤其針對中國增加了大封裝，可降低生產PCB(印制電路板)的成本。

　　?RT1020,是RT的第二款產品，價格比RT1050再低30%。起價2.18美元(注：1萬片起)，主頻500 MHz，還有加密等功能。

　　展望未來，RT系列還會有更多產品。例如，今年年底還會推出帶有強大的DSP核的RT芯片，帶有語音識別和AI(人工智能)方面的硬件加速。會有“RT+連接”的芯片，即RT+藍牙/WiFi。RT與內置閃存封裝在一起的產品。即將宣布RT1010，比RT1050成本再降低一半。

4 集成外圍模擬的創(chuàng)新

　　MCU的一個重要創(chuàng)新方向是增加模擬外設，MCU越來越變成數模混合信號產品。

　　4.1 TI的16位MCU MSP430出花樣，“智能模擬組合”讓模擬魔術可變

　　近日，德州儀器(TI)超低功耗MSP微控制器事業(yè)部總經理Miller Adair再次來京，帶來了另一款低價、低功耗、高性能的重磅產——MSP430FR2355鐵電存儲器(FRAM) MCU。

　　FR2355的最大特色是具有4個智能模擬組合(SAC)，另外，把通常的耐溫80~85℃提升到105℃，主頻從16 MHz提高到了24 MHz，因此不僅能滿足諸如煙霧探測器、傳感變送器和斷路器等感應與測量在溫度方面的需求，還可以幫助開發(fā)人員縮小印刷電路板(PCB)尺寸，并且降低物料成本(BOM)。

　　SAC為何神奇?因為每個SAC都可以被配置為12位DAC或運算放大器/PGA(可編程增益放大器)，另外，SAC可以有很多組合配置，例如可以利用4個SAC組合成4個DAC，或組成“TIA+運放”，或是“DAC+運放”，抑或是3個不同的運放，或1個“運放+PGA”，或1個單獨的運放等，如圖4。

　　這樣做的好處不僅方便了硬件工程師的使用，而且軟件工程師也很歡迎，因為這樣可以通過軟件的方式實現(xiàn)不同的模擬信號采集。

　　那么，智能模擬組合(SAC)難在哪里?難在模擬功能的可變，因為同樣的電路，既可以是ADC、又可成為與ADC不同類型的各種放大器，這到底是怎么做的?TI不愿透露細節(jié)。那么，競爭對手是否也可以很快做出類似產品?TI稱不太容易，因為TI的模擬和嵌入式團隊為此已合作了多年。

　　這款FR2355定位于MSP430的超值系列(Value Line)。該超值系列都嵌入了FRAM的，有40多個低成本MCU選項。其中有最低成本只有25美分的FR2000系列。除了超值系列，MSP430 FRAM家族還有其他兩大類：電容感應類和超聲波傳感類。整個MSP430 FRAM的定位是針對傳感和測量而優(yōu)化的MCU。

5 邊緣人工智能

　　多家公司在布局邊緣人工智能。

　　恩智浦資深副總裁兼MCU業(yè)務線總經理Geoff Lees稱，中國在引領AI和機器學習市場。恩智浦在中國合作分三個階段：1.與云端公司合作，把他們的OS和生態(tài)環(huán)境，移到從i.MX處理器甚至更低端的MCU上，因此恩智浦會有很多云端合作伙伴，有更多的語音和視覺AI解決方案。2.把現(xiàn)在做的成果優(yōu)化，與中國大學和研究機構合作，把他們研究的成果移植到恩智浦產品上，包括工具和語言的算法。實際上，經過優(yōu)化的機器學習算法比沒有優(yōu)化的效率會高十倍以上。3.把所有優(yōu)秀的先進算法(機器學習和神經網絡的)放到低端產品上，諸如從0.3美元/塊的MCU到1美元的i.MX RT跨界處理器上。在這三步之后，恩智浦堅持走低端路線，把經過優(yōu)化的機器學習、深度學習的引擎固化到恩智浦產品上，可看到將來很多恩智浦芯片將帶有機器學習的核，但恩智浦不會走大的GPU和圖形算法的路線。

　　參考文獻：

　　[1]劉慶.中國MCU市場觀察.電子產品世界,2018(3):3-4

　　[2]王瑩.MCU與MPU市場趨勢.電子產品世界,2017(7):4-9

　　[3]王金旺,王瑩.MCU供貨緊張，本土廠商找到機會.電子產品世界,2018(3):20-21

　　[4]王朋朋.MCU產品、軟件、生態(tài)系統(tǒng)的演變及未來展望.電子產品世界,2017(1):27-29

　　[5]林金龍.開源硬件與MCU應用.電子產品世界,2016(12):21-24

　　本文來源于《電子產品世界》2018年第7期第18頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。