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32位嵌入式处理器推动各类应用发展

2010-07-28 10:17
林契于宸
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        嵌入式应用MCU被视为今年半导体市场的热门。Databeans的调研报告显示,2010年全球MCU市场将达120亿美元,比2009年增长11%。

瞄准成长中的MCU市场

  TI(德州仪器)自去年成功收购32位MCU供应商Luminary Micro,引入了Stellaris产品线,开始加速32位ARM战略的实施进程,并将为市场带来连接性、存储器和高级运动控制的创新性组合,加之Sitara Cortex-A8 及 ARM9 MPU,和 OMAP 应用处理器,产品组合是高低端兼顾,横跨MCU、MPU与DSP,构建起强大完整的MCU产品阵营。目前,TI 在MCU领域基本形成了超低功耗MSP430 MCU、基于Cortex-M3的Stellaris 系列处理器及高性能 C2000实时控制器等几大平台,以低功耗、高通用性及高性能等不同特性,提供几乎能满足所有应用领域的MCU产品,其嵌入式战略布局更加明确。

  TI高级嵌入式控制器Stellaris 微控制器产品总监的Jean Anne Booth表示,在32位通用处理器领域,Luminary的Stellaris 系列器件有着强大的市场竞争力。Stellaris 系列的加入将极大增强 TI 提供完整 MCU产品的实力。

  在32位MCU市场,ARM Cortex-M3架构发展迅速,Stellaris作为TI 32位ARM战略的重要部分,其目标应用领域瞄准了以要求强大控制处理与连接功能的应用,近期的新兴热门应用,如智能能源、安防、人机界面、工业自动化等全部涵盖其中。Stellaris 系列产品经过一年的整合已融入 TI 的规模效应之中,不仅使器件成本显著下降,而且Stellaris 系列客户已经受益于TI出色的制造实力、模拟与嵌入式处理技术的领先优势。

  据了解,目前,Luminary已有超过130种基于ARM Cortex-M3的产品,以及20种以上的参考设计、开发工具和软件库加入TI的产品阵营。最近,TI又推出29款基于Stellaris ARM Cortex-M3技术的全新微处理器。这些新型Stellaris 器件由开发ARM Cortex-M3内核的ARM领先合作伙伴精心设计,整合了适合于运动控制应用、智能模拟功能以及更多高级连接选项(10 /100以太网MAC+PHY、USB主机/设备、USB OTG支持、Bosch 2.0 A/B CAN支持)的专用IP。Jean Anne Booth希望电子设计工程师一想到MCU,就会想到TI,就会有一款适合于他们的产品。

  基于ARM Cortex-M4 的32位MCU

  飞思卡尔(Freescale)在拓展公司可扩展32位MCU解决方案上也是紧锣密鼓。日前,公司率先推出了基于新 ARM Cortex-M4处理器的 90nm32位 MCU的Kinetis 系列产品。

  飞思卡尔工业和多元市场微控制器部亚太区市场经理曾劲涛表示,Kinetis 补充了飞思卡尔最近推出的90纳米ColdFire+ MCU 系列,它基于低功率混合信号 ARM Cortex-M4处理器,是业内扩展能力最强的 MCU 系列之一。Kinetis MCU 采用了飞思卡尔 90nm薄膜存储器 (TFS) 技术和 FlexMemory 功能(可配置的电子可擦除、可编程、只读存储器 EEPROM)。新 MCU 还使用与 ColdFire+ MCU 相同的软件支持工具和超低功耗灵活性,独特的混合信号集成,使客户能够轻松地为其最终应用选择最佳解决方案。

  曾劲涛介绍,在未来一年里,飞思卡尔预计将推出七个新的 Kinetis MCU 系列(K10~K70)产品,约 200 多款多个引脚、外设和软件兼容的器件,每个器件都采用了最新的低功率技术以及一系列强大的混合信号功能。 设计人员将能够把这些功能与各种人机接口 (HMI)、连接、安全和安防外设结合起来,并可以选择多种性能和存储选项,从而能够及时地响应市场需求。K10 系列具有 50 MHz 到 150 MHz 的性能选项和 32KB 到1MB 的闪存,提供较高的 RAM 闪存比吞吐量。K20、K30 和 K40 系列与 K10 系列完全兼容。K20 系列增加了 USB 2.0 器件/主机/On-The-Go(全速和高速)。 K30 系列添加了灵活的 LCD 控制器,支持最多 320 个分段。K40系列组合了 USB 和分段 LCD 功能,用于需要灵活连接到图形用户界面的产品。K50系列增加了以太网和加密功能。K60 系列包括一套高度集成的 MCU,提供高达 180 MHz 的性能和 IEEE 1588 以太网 MAC,用于工业自动化环境中的精确的、实时的时间控制。K70属


于Kinetis MCU 系列中最高端产品,集成了以上所用的功能。

  据了解,飞思卡尔计划于 2010 年下半年推出前五个通用 KineTIs MCU 系列的产品样品,并于2011 年初开始大规模生产。另外的具有应用专用外设集合的系列目前还处于设计阶段,并预计在 2011 年开始供货。曾劲涛强调,我们所做的一切都是围绕一个主题,即飞思卡尔要构建业内最可信赖的MCU解决方案。

32位DSC 突出信号处理功能

  恩智浦半导体(NXP Semi-conductors)于今年春季ESC大会上推出了基于ARM Cortex-M4内核的新型数字信号控制器(DSC),从而形成 Cortex-M0、-M3和-M4全系列微控制器产品。

  恩智浦Cortex-M4系列DSC采用90nm超低漏电流工艺,工作频率达150MHz;产品还采用恩智浦专有技术,在掉电模式下的功耗极低。恩智浦半导体副总裁兼微控制器产品线总经理Geoff Lees表示,恩智浦的微处理器产品线按性能高低及功能侧重分为三类:MCU、AP(应用处理器),和DSC。采用32位Cortex-M4内核的DSC是一种将MCU与DSP扩展功能相结合的独特产品。传统的微控制器只能实现控制应用,无法满足复杂的数字信号处理算法要求,但简单增加单独的数字信号处理功能不仅会大大增加整个系统的复杂性,更会使成本升高。通过使用 Cortex-M4 内经过优化的高性能DSP扩展功能就可轻松实现控制和信号处理的双重目的,为客户提供无缝解决方案。

  Cortex-M4可理解为高效信号处理模块和Cortex-M系列处理器内核的结合。Geoff Lees谈到,Cortex-M4内核的MCU部分延续了Cortex-M系列易用、高效指令集、超低功耗、低成本、优秀的中断控制等优势;另一方面,采用了Harvard架构的DSP模块则具有单时钟周期乘法累加(MAC)单元、优化的单指令多数据(SIMD)指令、饱和运算指令和一个可选的单精度浮点运算单元(FPU)等功能。凭借 Cortex-M4 高效的信号处理性能,该微控制器可满足包括复杂电机控制、数字电源管理等;也适用于军用、通讯中的数据处理,或者消费产品(音频解码、回声消除算法等)。“拿MP3播放器的方案作比较,Cortex-M4所实现的解码性能远超过通用MCU或分立DSP,与专用音频DSP已经非常接近”,Geoff Lees举例说。

  Keil MDK-ARM为Cortex-M4提供了强大的开发工具支持,该开发套件中包括了业内标准的ARM编译器,并提供对SIMD 和 FPU的扩展支持。Geoff Lees还指出,Cortex-M4的DSP部分无需特殊的编程功能和技能是其最突出的优势之一。其选取了最常用的DSP模块,ARM还为初学者提供免费的DSP库,降低开发和编译难度。

  主推32位MCU 培育CPU生态环境

  作为一家本土的IC设计公司,北京时代民芯科技有限公司在成功举办了首届8位MCU电子设计大赛的基础上,于2010年6月启动了以公司自主研发的32位SPARC V8架构MCU为大赛产品的第二届电子设计大赛。该公司总经理赵元富表示,十分看好32位MCU应用市场,随着嵌入式应用处理越来越复杂,对处理器的要求越来越高,例如,云计算、智慧地球、物联网等一些新兴市场应用。从技术发展方向上,32位MCU将成为发展趋势。时代民芯希望通过电子大赛探索自主研制IC的推广之路,构建CPU生态环境。

  据了解,时代民芯自主研制的,型号为MXT0105 、MXT0106是基于SPARC V8体系结构的高性能嵌入式处理器(SoC),SPARC是一个开放的体系结构标准,它基于1980年代加州大学伯克利分校对RISC微处理器的研究成果,现在已成为国际上流行的RISC微处理器体系架构之一。MXT0105 、MXT0106可用于板上嵌入式实时计算机系统,能够满足各种工业控制和电力控制应用领域的功能及性能指标要求,只要加上存储器和与应用相关的外围电路,即可构成完整的单板计算机系统。新器件与SPARC V8指令集完全兼容,具有成熟的编译器、可视化集成开发环境、驱动程序、例程、BSP软件包、以及处理器及SoC 开发板支持。

 

 

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