二十年前，大多數芯片制造商設計的產品可以被描述為單功能設備。在嵌入式領域，MCU是設計空間的中心，但是需要大量其他設備來創建系統。設計人員將它們集成在印刷電路板上，今天被認為是一個漫長的設計周期。

硅供應商很快意識到獲取系統專業知識以增加其產品價值的價值。一些人已經具備了模擬和射頻的核心競爭力，他們可以將這些能力帶到談判桌上。結果 - 片上系統（SoC）概念 - 顯著改變了他們與系統設計師的關系，他們現在擁有更多的功能和性能觸手可及。

利用系統級專業知識以及具有模擬和RF產品知識的能力，在MCU芯片上集成外設時具有明顯的優勢。然而，芯片制造商的另一面是創建支持這些復雜MCU的開發生態系統的挑戰。

對于MCU供應商選擇，選擇MCU供應商的三個頂級考慮因素是：

MCU本身的性能和集成水平

開發軟件的質量

供應商致力于擴展其技術以支持的程度系統級創新。換句話說，供應商是否正在探索“嵌入式的前沿”。

部分由于其廣泛的產品組合，德州儀器為工業系統設計師提供了一個高度的家族先進的基于MCU的電機控制解決方案。意法半導體為消費電子產品開發了領先的產品; Microchip已經在其認為獨特的統一開發環境中投入了大量資金。

這三家公司的產品提供了一些很好的例子，說明了一些公司如何定位自己，以便在嵌入式處理的前沿提供完整的解決方案。

電機控制

有時，MCU的優勢源于硬件和軟件創新的巧妙結合。其中一個最好的例子是德州儀器的電機控制產品，其中包括該公司稱之為InstaSPIN解決方案的強大新算法。

InstaSPIN技術采用TI的FAST算法，該算法具有電機控制電路的特性，為以下三個組件奠定了基礎：

InstaSPIN-FOC確保定子的精確對準與轉子磁場相關的磁場，以最大化轉矩產生能力，實現定子磁場的精確電流控制幅度，并允許適當的設計和尺寸適合應用。

InstaSPIN-MOTION在系統的動態速度，位置和負載范圍內增加了可靠的控制。

InstaSPIN-BLDC是一種針對低成本BLDC應用的無傳感器控制技術。

可以在MCU TechZone文章“復雜的電機控制進入主流”中找到更完整的InstaSPIN描述。本文更感興趣的是TI的外圍設備和功能。集成到其MCU中以實現其完整的電機控制解決方案。

TI在其Piccolo MCU系列中進行了這些增強，該系列具有外設豐富的架構，能夠實時執行算法，以實現更精確和準確控制。這些智能控制外設還有助于控制回路更緊湊，從而改善干擾行為。代表性的Piccolo部件是TMS320F28026FPTT。

電機控制外設包括ADC和PWM，兩者都是為最大的靈活性而設計的。 A/D轉換器的自動定序器允許設計人員對應用程序進行編程，以按特定順序循環遍歷樣本，以便在應用程序需要時準備好值。

集成控制律加速器（CLA）是一個32位浮點數學加速器，可從主CPU內核卸載高速控制環路。它可以直接訪問外設，并且可以獨立于主內核響應外設中斷。 CLA有自己的指令集和內存空間，允許它完全獨立于CPU運行。 CLA的框圖如圖1所示。

圖1：控制律加速器的框圖。 （由Texas Instruments提供）

其他Piccolo外設包括：

12位A/D轉換器，16通道，最大采樣頻率為4.6 Msamples/s

多達19個PWM輸出通道，可配置自動死區

19個PWM通道中最多8個，分辨率低至150 ps

增強型正交編碼器用于簡化傳感器解碼的脈沖（QEP）和增強型捕獲外設（eCAP）

為了給設計人員提供清晰的產品開發路徑，TI提供了多種評估和開發套件，包括電機控制評估套件（DRV8312-69M-KIT），用于磁場定向控制（FOC）應用的開發套件（TMDSHVMTRINSPIN）和Booster Pack開發套件（BOOSTER PACK MOTOR DRIVE）。

消費產品

信息爆炸以及由此產生的處理極高比特率和支持千兆存儲的要求推動了所有市場的技術發展 - 不再是消費者。

“更豐富的用戶體驗”一直是消費電子領域的流行語，通常轉化為高端圖形，多聲道音頻和高分辨率視頻 - 所有系統功能一度超越MCU設計領域。然而，消費者對豐富用戶界面的需求似乎正在轉向更平凡的產品，如白色家電。智能設備，可穿戴設備和大量物聯網應用現在開始提供與智能手機和PC相同的豐富用戶界面。

對于基于MCU的系統的設計人員來說，新時代的開始是從傳統的結構化語言（如C語言）轉向高級開發平臺（如Java，μCLinux和Microsoft.NET）。從MCU硬件的角度來看，進入多媒體設計空間可轉換為更多內存，支持SDRAM，加速器，片上顯示控制器以及可能的多聲道音頻。

使用前面提到的開發平臺進行設計需要最多2 MB的閃存或1 MB的雙存儲區閃存，以及256 KB的片上RAM。支持SDRAM模塊可以消除設計中的外部SRAM存儲器 - 但需要在大約100 MHz時鐘上運行的32位寬數據總線。

通過在MCU上集成顯示控制器，MCU設計人員可以讓系統設計人員將應用程序連接到標準TFT-LCD，同時仍然可以獲得低成本，緊湊尺寸和實時性的優勢。與基于MCU的系統相關的時間性能。當高端音頻是人機接口系統設計的一部分時，可以通過使用標準接口I 2 S TDM支持時分復用（TDM）來提供多聲道音頻，而不是更多傳統的I 2 S（Inter-IC Sound）。

ARM Holdings的高性能內核通常是處理包含豐富的多媒體人機界面的應用程序的MCU的核心。適用于此類應用的核心是Cortex-M4，這是一種低成本解決方案，適用于通常使用MCU和入門級或中端DSP的設計。

圖形加速

集成這些功能的MCU是STMicroelectronics的STM32F4xx系列，包括STM32F429IIT6。為了進一步提升圖形性能，意法半導體已集成了Chrom-ART圖形加速器。與在Cortex-M4內核上運行軟件相比，該硬件模塊可以加倍像素格式轉換和傳輸吞吐量。

Chrom-Art Accelerator（DMA2D）是專門用于STM32F4xx系列圖像處理的DMA。在MCU中集成混合，編碼和解碼功能可以減輕應用程序代碼和核心處理器的負擔。 Chrom-ART的架構特性包括：

讀取和解碼位圖文件的雙輸入像素格式轉換器（PFC）

計算和混合來自數據的數據的混合器兩個輸入PFC

輸出PFC，用于解碼信息

用于連接到特定DMA控制器的輸入和輸出的FIFO

開發環境

隨著MCU集成更多外圍設備和接口類型，軟件開發工具必須支持的功能數量也會增加。通信 - 包括RF - 和高速存儲器接口只是一個開始。系統級功能（如電容式觸摸，圖形甚至手勢感應）也需要外設支持。

因此，MCU供應商提供的開發工具數量通常高達數百個，這也就不足為奇了。例如，Microchip Technology提供900多種不同的開發工具，包括其集成開發環境，編譯器，調試器，編程器以及用于特定應用的軟件和開發板。

認識到軟件開發的復雜性，Microchip創建了一個名為MPLAB X IDE的集成開發環境（IDE），它可以在單一開發生態系統中將所有工具與用戶友好的界面無縫連接。

MPLAB IDE可用于Microchip的700多個8位，16位和32位PIC單片機的整個產品組合。這使得工程師可以開發設計的所有方面，而無需在多種工具和操作模式之間切換。

NetBeans

最新版本的MPLAB X IDE基于Oracle維護的開源NetBeans IDE。使用NetBeans，Microchip可以非常快速地向IDE添加許多經常被設計人員請求的功能。它還創建了一個更具可擴展性的架構，以便在將來集成新功能。

NetBeans分享了所有IDE的基本特征：項目創建和管理，程序編輯器，語言工具集成和構建工具，圖像準備和編程以及調試工具。

使用IDE可以最大限度地縮短設計人員計算如何在設計周期中完成每個后續任務所需的時間。例如，經典的編輯，編譯，調試周期只涉及在程序員編輯器中打開源文件并進行更改 - 與使用文字處理器編輯文檔沒有多大區別。然而，下一步是IDE的價值變得明顯。

編譯程序后，許多開發系統要求設計人員弄清楚如何加載它以啟動調試會話。在基于NetBeans的IDE（例如Microchip的MPLAB X）中，調試只需選擇“DebugRun”按鈕即可。之后，MPLAB X接管。捕獲序列期間發生的任何錯誤，并在特定工具和代碼部分的上下文中呈現給設計人員，以便更容易理解發生了什么 - 并修復它。

儀表板顯示屏幕是MPLAB X中的一項有用功能，因為它提供了在特定時間運行的工具和資源的摘要。圖2顯示了一個典型的儀表板，包括MCU（本例中為PIC24FJ）以及在運行或調試運行期間生成的任何狀態標志。

圖2：MPLAB X儀表板顯示。 （由Microchip Technology提供）

儀表板上的其他信息包括項目工具鏈的名稱（編譯器，匯編器，鏈接器等），工具鏈的版本號和許可證類型（Pro，標準或自由）。更感興趣的是內存類型和調試資源，它們顯示了可用的硬件斷點數。

MPLAB X為Windows，Mac OS X和Linux提供跨平臺支持。 Microchip和支持的第三方工具包括：

MPLAB ICD 3在線調試器，一種由運行MPLAB IDE（v8.15或更高版本）軟件的PC控制的在線調試器一個Windows平臺。應用程序將軟件開發擴展到硬件集成。

PICkit 3編程器/調試器是一種簡單，低成本的在線調試器，由在Windows上運行MPLAB IDE（v8.20或更高版本）軟件的PC控制。

MPLAB REAL ICE在線仿真器：Microchip用于Microchip閃存數字信號控制器（DSC）和微控制器（MCU）器件的下一代高速仿真器。它調試和編程PIC閃存微控制器和dsPIC。

結論

選擇MCU供應商的關鍵在于MCU的計算能力和更多因素可用的外圍設備，芯片供應商的軟件創新，以及設計環境的易用性和可擴展性。非數字硅設計和制造的核心競爭力，如模擬和射頻，也是一個重要的考慮因素。然而，MCU供應商可以滿足所有這些標準，如果它不能在未來支持系統級技術方面保持領先地位，那么它仍然不是最佳選擇。