要想讓工程師們第一眼就相中一款MCU，光靠純粹的性能提升已經(jīng)很難見效了。廠商們只有一招可以用了，那就是差異化。

全能型選手

有這樣一款MCU，將性價(jià)比推向了極致，價(jià)格只有25美分，卻能實(shí)現(xiàn)25種功能。這就是TI公司的MSP430 MCU，可以讓開發(fā)人員通過各種集成混合信號(hào)功能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的傳感解決方案，總計(jì)有25種。

大家可能比較關(guān)心具體能實(shí)現(xiàn)哪25種不同功能。據(jù)德州儀器(TI )中國(guó)區(qū)MSP微控制器業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理刁勇介紹，25種不同的功能分成四大類型：包括跟定時(shí)器相關(guān)的功能，跟電路系統(tǒng)相關(guān)的功能，脈沖寬度調(diào)制功能，以及通信的功能。

具體來說，MSP430有六種不同的定時(shí)器功能，包括：實(shí)現(xiàn)帶備用存儲(chǔ)功能的外部RTC、7段碼LED秒表、外部可編程看門狗定時(shí)器、可編程系統(tǒng)喚醒控制器、基于實(shí)時(shí)時(shí)鐘的系統(tǒng)喚醒控制器和電壓控制器配備時(shí)間戳。

脈沖寬度調(diào)制功能包括：模擬輸入、PWM輸出，雙輸出8位PWM DAC，伺服電機(jī)控制，步進(jìn)電機(jī)控制，UART軟件控制RGB LED混色。

系統(tǒng)功能包括：ADC喚醒和傳輸閾值，EEPROM仿真，低功耗六角按鍵，正交編碼器位置計(jì)數(shù)器，配置UART的遲滯比較器，多功能重置控制器，單斜率模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)，篡改檢測(cè)，可編程時(shí)鐘源，可編程頻率鎖定回路。

通信功能包括：?jiǎn)斡芯€通信主機(jī)，SPI IO擴(kuò)展器，UART至UART橋，UART系統(tǒng)至SPI橋。

實(shí)現(xiàn)這么多功能的秘密就是TI為25個(gè)常見系統(tǒng)級(jí)功能創(chuàng)建了一個(gè)代碼實(shí)例庫，包括定時(shí)器、輸入/輸出（I/O）擴(kuò)展器、系統(tǒng)復(fù)位控制器、電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）等。

為幫助用戶了解和使用這些功能，TI編寫了一本電子版說明書，其中包含25個(gè)簡(jiǎn)短的應(yīng)用注釋，并附有源代碼鏈接。在幾分鐘內(nèi)，便能夠編譯、下載源代碼并在MSP430超值傳感系列MCU上運(yùn)行。可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求對(duì)功能進(jìn)行調(diào)整，從而大幅縮短上市時(shí)間。

圖1介紹了MSP430的外設(shè)，一些離散功能集成電路，如外部監(jiān)視器或?qū)崟r(shí)時(shí)鐘集成電路，可以用這些外設(shè)的對(duì)應(yīng)功能進(jìn)行替代。如果使用所示的多個(gè)集成電路或功能（如定時(shí)器或PWM），甚至可以將多種功能組合起來，滿足設(shè)計(jì)應(yīng)用需求，從而減少工作量和電路板空間。

圖1 MSP430的豐富外設(shè)

低功耗專家

與全能型選手相對(duì)的就是專家級(jí)選手，比如，將功耗做到最低，代表就是意法半導(dǎo)體的STM32 L4+。據(jù)意法半導(dǎo)體微控制器產(chǎn)品部STM32產(chǎn)品線經(jīng)理Bertrand Denis介紹，兩年前推出的STM32L4的主頻是80MHz，而最新STM32L4+的主頻達(dá)到了120MHz，提升了50%。

圖2 STM32L4+的超低功耗模式

這里要?jiǎng)澲攸c(diǎn)了，在性能大幅提升的同時(shí)，STM32L4+的功耗仍然處于超低的水平。在不同的工作模式下，STM32L4+都實(shí)現(xiàn)了超低功耗。在最大運(yùn)行模式120MHz主頻時(shí)，每兆赫茲的功耗僅43微安。如果拿STM32L4+跟通用的產(chǎn)品F4比的話，F(xiàn)4每兆赫茲大概是100～120μA。從F4到L4，功耗降到三分之一。除了運(yùn)行模式，STM32L4+也提供更多的多樣化的工作模式。例如，在最低的功耗模式下，如果用電池供電，只有3個(gè)引腳，還有RTC在工作，RTC可以喚醒，如果RTC工作的話，功耗大概在300nA，如果RTC關(guān)掉，則只有3nA，所以這個(gè)系統(tǒng)是非常省電的。

圖3 STM32L4+的圖像處理功能

Bertrand Denis表示，雖然STM32 L4+是一款低功耗產(chǎn)品，但它卻具有強(qiáng)大的圖形處理性能。他展示了一個(gè)動(dòng)畫視頻，基于STM32 L4+實(shí)現(xiàn)，動(dòng)畫非常流暢。一般情況下，在低功耗MCU上無法支持這樣的動(dòng)畫，但STM32 L4+卻可以做到，這是因?yàn)椋琇4+里面有圖形加速器Chrom-ART Accelerator，另外，L4+的主頻達(dá)到120MHz，性能足夠好，所以，在用戶需要實(shí)現(xiàn)一些很炫的動(dòng)畫，或者很漂亮的人機(jī)界面時(shí)，L4+可以提供這個(gè)能力。而且，這樣一個(gè)動(dòng)畫，只占了11%的CPU資源，接近90%的CPU的能力還可以處理其他的一些實(shí)時(shí)應(yīng)用。同時(shí)，STM32 L4+可以支持多種接口，例如，MIPI-DSI，目前比較主流的手機(jī)、智能手表和一些可穿戴設(shè)備里都會(huì)用到這一接口。還有傳統(tǒng)的LCD-TFT，以及并行顯示接口。STM32 L4+還針對(duì)圓形顯示器特點(diǎn)優(yōu)化Chrom-GRC存儲(chǔ)器，讓用戶可以更經(jīng)濟(jì)的形式使用SRAM存儲(chǔ)器，以適應(yīng)智能手表市場(chǎng)方形屏幕向圓形屏幕的轉(zhuǎn)變。

為了幫助客戶更容易去評(píng)估STM32 L4+，開發(fā)基于STM32 L4+的項(xiàng)目，ST提供了多元化的開發(fā)板。從最便宜的STM32 Nucleo開發(fā)板到最復(fù)雜的STM32 CubeMX，集成了L4+的軟件，讓用戶可以很快的基于這個(gè)軟件，生成他要的項(xiàng)目文件。Cube軟件包含了所有L4+底層的需求，用戶只需寫自己的應(yīng)用程序即可。在Cube里面，包含了最基本的底層驅(qū)動(dòng)和一些中間件，用戶只需要關(guān)注自己的用戶代碼、邏輯流程，在邏輯流程里，什么時(shí)候需要用這些外設(shè)再去調(diào)用即可，大大簡(jiǎn)化了用戶的開發(fā)流程。

擁有最好的IoT基因

MCU是自帶IoT屬性的，這點(diǎn)在SimpleLink MCU中體現(xiàn)最明顯。

TI為原本就擅長(zhǎng)無線連接的SimpleLink引入了以太網(wǎng)連接，打造了一個(gè)用于有線和無線MCU的單一開發(fā)環(huán)境的軟硬件和工具平臺(tái)，可以幫助開發(fā)人員輕松地將傳感器從網(wǎng)關(guān)連接至云端。新型SimpleLink MSP432?以太網(wǎng)MCU以集成MAC和PHY的高性能120MHz Arm? Cortex?-M4F內(nèi)核為基礎(chǔ)，有助于縮短電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施和工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)關(guān)應(yīng)用的上市時(shí)間。

“我們非常看重物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，根據(jù)Gartner和IHS提供的數(shù)據(jù)，在今年物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備接入的數(shù)量大概是84億，到2020年這個(gè)數(shù)據(jù)基本上會(huì)到超過200億，到2025年大概會(huì)到750億，所以物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備增長(zhǎng)速度非常快的，怎么樣管理物聯(lián)網(wǎng)傳感器的節(jié)點(diǎn)，實(shí)際上是擺在很多物聯(lián)網(wǎng)公司面前很大的挑戰(zhàn)”，刁勇解釋了強(qiáng)化SimpleLink系列的原因。

這個(gè)系列包括了432的MCU，主要用作主機(jī)的控制；也有不同的無線SOC，包括藍(lán)牙的SOC，如CC2640，雙頻段的CC135以及我們Sub 1GHz的CC1310，還有Wi-Fi的SOC的CC3220，以及Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)處理器3120。

基于通用的驅(qū)動(dòng)程序、框架和數(shù)據(jù)庫等共享基礎(chǔ)，SimpleLink MCU平臺(tái)的全新軟件開發(fā)套件以100%的代碼重用率實(shí)現(xiàn)了可擴(kuò)展性產(chǎn)品，組合中的每款器件都集成了大量特性，例如，獲取和處理高精度模擬信號(hào)、憑借更高的安全性來增強(qiáng)系統(tǒng)、提升遠(yuǎn)程通信，或者在由單個(gè)紐扣電池供電的傳感器節(jié)點(diǎn)中將電池使用壽命延長(zhǎng)幾年等。

使用SimpleLink無線MCU，設(shè)計(jì)人員可將多達(dá)50個(gè)安全傳感器節(jié)點(diǎn)連接到網(wǎng)關(guān)，創(chuàng)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。基于SimpleLink以太網(wǎng)MSP432E4 MCU的網(wǎng)關(guān)可充當(dāng)中央管理控制臺(tái)，處理和匯總數(shù)據(jù)，并通過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳送到云端，以便進(jìn)行額外的數(shù)據(jù)分析、可視化和存儲(chǔ)。開發(fā)此類網(wǎng)關(guān)的公司在添加最新無線連接技術(shù)時(shí)可與現(xiàn)有有線設(shè)備配合。

MCU也擁有了GPU

MCU是電子產(chǎn)品的控制核心，GPU是圖像世界的掌控者，這兩者以前很少有交集。但是，隨著應(yīng)用的升級(jí)，這兩種產(chǎn)品也開始了親密接觸。這就是業(yè)界首款具有集成2D圖形處理單元（GPU）和高達(dá)32 MB集成DDR2存儲(chǔ)器的MCU，32位PIC32MZ DA提供了類似MPU的圖形功能，填補(bǔ)了MCU和微處理器單元（MPU）之間的圖形性能差距。

“這個(gè)系列創(chuàng)造了多個(gè)業(yè)界第一，如第一次集成了2D GPU，第一次集成了32 MB DDR2存儲(chǔ)器”，Microchip 32位單片機(jī)產(chǎn)品部資深產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理Bill Hutchings驕傲地表示，“在濕度計(jì)、掃碼器等對(duì)圖形處理器要求比較高的應(yīng)用中，這個(gè)產(chǎn)品非常適合。”

在IoT時(shí)代，電子產(chǎn)品對(duì)圖形處理的要求日益增多，很多終端產(chǎn)品都配有LCD控制器，這不單是我們?nèi)粘Ｋ暗母鞣N家電，其他領(lǐng)域亦是如此。

PIC32MZ DA系列提供了一個(gè)3層圖形控制器，能夠驅(qū)動(dòng)24位彩色SXGA顯示屏。這里所指的3個(gè)圖層都是獨(dú)立的，以一個(gè)咖啡機(jī)為例子，在其控制界面上，第一圖層用來構(gòu)建按鈕，是透明的，第二層用來展示背景，三層用來增加特效，三層疊加，就會(huì)顯示非常立體的效果。

這個(gè)圖形控制器內(nèi)核支持最高24位顏色深度，多種輸入和輸出格式，全局調(diào)色板查找表（CLUT），支持256色；具有集成的DMA控制器，能減免CPU負(fù)荷。

圖形控制器簡(jiǎn)化了開發(fā)人員的設(shè)計(jì)難度，GPU則能開發(fā)原先MCU無法實(shí)現(xiàn)的GUI。PIC32MZ DA內(nèi)置的2D GPU，可以提供實(shí)時(shí)圖像渲染和控制功能。“我們有業(yè)界獨(dú)有的用于動(dòng)畫的精靈引擎，還有可編程光柵運(yùn)算和固定函數(shù)加速”，Bill Hutchings說，這樣能給用戶非常好的圖像感官體驗(yàn)。

他特別指出：因?yàn)榫哂?2M的存儲(chǔ)器，PIC32MZ DA能輕易地實(shí)現(xiàn)圖像拉伸，這大概需要15M內(nèi)存，對(duì)于以前的MCU，基本是不可想象的。

當(dāng)然，集成DDR2 DRAM還是為了節(jié)省用戶成本，并降低風(fēng)險(xiǎn)。Bill Hutchings解釋：首先，這樣能減少電路板的層數(shù)：第二，因?yàn)榕c系統(tǒng)內(nèi)其他部分都是集成的，就使得代碼和數(shù)據(jù)更加安全。

Microchip開發(fā)該系列的目標(biāo)是針對(duì)需要高級(jí)人機(jī)交互的系統(tǒng)，這可不只是咖啡機(jī)，像是在電力系統(tǒng)中，對(duì)HMI的要求就非常高，還有其他的工業(yè)領(lǐng)域，圖形界面越來越普及。

結(jié)語

MCU的競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)不單是內(nèi)核的競(jìng)爭(zhēng)，外圍和配套開發(fā)環(huán)境都是廠商必爭(zhēng)之地。如何能讓一款MCU擁有自己的個(gè)性，就是在市場(chǎng)中脫穎而出的終極密碼。