電子發(fā)燒友網(wǎng)訊：盡管2012年全球MCU市場正經(jīng)歷著快速的轉(zhuǎn)變，甚至所有供應商都在加速開發(fā)其下一代產(chǎn)品，但他們對性能、功耗、安全、性價比的追求卻是永恒的主題。通過本文介紹，電子發(fā)燒友網(wǎng)編輯將跟大家一起來分享2012年MCU優(yōu)秀產(chǎn)品及相關解決方案這份饕餮大餐。

　　傳統(tǒng)的工業(yè)、消費電子領域依然是8位、16位MCU的熱土；智能電網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)，醫(yī)療電子，電子儀表測量，照明等領域的智能控制應用將顯著拉動高端32位MCU的需求。在接下來的文章中，我們將從不同應用或不同行業(yè)優(yōu)勢來給大家展示不同的MCU優(yōu)秀產(chǎn)品和解決方案（如汽車電子最佳MCU產(chǎn)品和解決方案、功耗最佳MCU產(chǎn)品和解決方案、電機控制最佳MCU產(chǎn)品和解決方案、工控MCU優(yōu)秀產(chǎn)品和解決方案、集成度最佳MCU產(chǎn)品和解決方案以及最易用開發(fā)工具等等）。希望通過詳細的闡述和分析，能讓大家對2012年MCU市場有更全面、更深刻的認識。

圖 MCU市場正在發(fā)生轉(zhuǎn)變

　　（一）汽車電子最佳MCU產(chǎn)品和解決方案

　　飛思卡爾S12G系列16位MCU產(chǎn)品簡介

　　說到汽車電子最佳MCU產(chǎn)品，我們就不得不給大家介紹飛思卡爾的S12G系列16位微控制器芯片了。MC9S12G系列是經(jīng)過優(yōu)化的汽車級16位微控制器產(chǎn)品線，具有低成本、高性能、引腳數(shù)量少的顯著特點。MC9S12G系列適合需要CAN或LIN/SAE J2602通信的一般汽車應用，如：空間受限的應用、電動門窗、車門模塊、座椅控制器、HVAC 控制、防抱死制動系統(tǒng) （ABS） 和電動助力轉(zhuǎn)向（EPAS）系統(tǒng)、占位檢測、電動轉(zhuǎn)向模塊。

　　
圖 MC9S12G系列MCU內(nèi)部硬件框圖

　　MC9S12G系列具有16位MCU的所有優(yōu)點和功效，同時保留了飛思卡爾現(xiàn)有8位和16位MCU系列用戶所享有的低成本、低功耗、電磁兼容性（EMC）以及代碼效率等優(yōu)勢。MC9S12G128/96和MC9S12GN32/16是MC9S12G系列在市場上最先推出的四款主要產(chǎn)品。

　　飛思卡爾汽車自動空調(diào)（HVAC）電子控制系統(tǒng)解決方案

　　飛思卡爾汽車自動空調(diào)電子控制系統(tǒng)解決方案為多功能型低功耗解決方案，價格便宜且可擴展，并能根據(jù)客戶在12V或24V汽車HVAC系統(tǒng)中的具體需求進行定制。該解決方案集合了飛思卡爾S12G微控制器產(chǎn)品系列和模擬器件（MC33905、MC33932、MC33937），具有可驅(qū)動暖通空調(diào)系統(tǒng)中的直流無刷/有刷及步進電機等三種類型電機的功能。飛思卡爾汽車自動空調(diào)（HVAC）電子控制系統(tǒng)模塊圖如下圖所示：

　
　圖飛思卡爾汽車自動空調(diào)（HVAC）電子控制系統(tǒng)模塊圖

　　汽車HVAC控制平臺

　　該解決方案是飛思卡爾平臺上初步推出的產(chǎn)品，該平臺旨在提供從入門級到高級汽車HVAC控制設計解決方案。汽車自動空調(diào)電子控制系統(tǒng)功能豐富：具有根據(jù)環(huán)境溫度、濕度及空氣質(zhì)量等參數(shù)的變化自動調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度和吹風模式的功能；具有去霧、自動切換空氣內(nèi)外循環(huán)等功能；而且，參考設計中的液晶屏（由飛思卡爾S08LG微控制器控制）可顯示豐富的內(nèi)容：包括日歷、溫度、風速等，從而實現(xiàn)更加便捷、舒適和安全的駕駛體驗。汽車HVAC控制平臺框圖如下圖所示：

　　
圖 汽車HVAC控制平臺框圖

　　由于使用超低功耗的S12G微控制器，并采用可擴展的自動氣候控制的軟件算法；同時，還采用變頻無刷直流吹風電機替代傳統(tǒng)的直流有刷吹風電機，所以該參考設計具有節(jié)能、環(huán)保、噪音低等優(yōu)點。該汽車HVAC參考控制解決方案，能夠驅(qū)動大多數(shù)的HVAC電機類型，如無刷直流（BLDC）、DC和步進電機；設計中包含了節(jié)能模式、低噪音環(huán)境、可配置氣候控制以及HVAC運行故障感測等高級功能；能夠提供綜合的生產(chǎn)就緒型軟硬件支持，旨在縮短OEM廠商和一級供應商的開發(fā)周期并降低總體研發(fā)成本。

　　
圖 HVAC電機控制模塊電路框圖

　　該解決方案的主要特點包括：1）超低功耗模式，可通過人機界面或LIN/CAN總線喚醒系統(tǒng)；2）能夠驅(qū)動三種類型的電機（無位置傳感器BLDC、DC和步進電機）；3）自動氣候控制；4）支持多個溫區(qū)；5）CAN/LIN通訊接口；6）帶有兩個編碼器輸入旋鈕的3x3矩陣鍵盤；7）3x37分段式LCD顯示器，背光可調(diào)節(jié)；8）支持溫度、燈光、濕度和空氣質(zhì)量傳感器；9）兩個用于連接壓縮機和除霜模塊的邏輯繼電器接口；10）實時時鐘與日期顯示，可調(diào)節(jié)日歷；11）外置觸摸式按鍵板或觸摸屏；12）適用于12V和24V空調(diào)系統(tǒng)。

　　（二）功耗最佳MCU產(chǎn)品和解決方案

　　飛思卡爾Kinetis L系列MCU產(chǎn)品簡介

　　飛思卡爾Kinetis L系列MCU是最佳功耗MCU產(chǎn)品代表。飛思卡爾Kinetis L系列的推出，為擁有8位和16位傳統(tǒng)架構的用戶向32位平臺遷移提供了良機，并為日常設備帶來額外的智能，但不會增加功耗、成本或體積。小家電、游戲配件、便攜式醫(yī)療系統(tǒng)、音頻系統(tǒng)、智能電表、照明和電源控制等應用現(xiàn)在可利用32位技術的能力及可擴展性來擴展到未來產(chǎn)品線，但價格和功耗均與8位和16位產(chǎn)品相當。8 位和16位架構的開發(fā)已經(jīng)走到了盡頭，那些架構無法滿足物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的要求。 Kinetis L系列MCU兼?zhèn)涓吣苄А⒌蛢r格、易于開發(fā)和小巧性以及Kinetis 32位產(chǎn)品組合的增強性能、外設、支持工具和可擴展性，是互連應用的理想選擇。

　　Kinetis L系列節(jié)能外設即使在MCU處于深度睡眠模式時也能維護正常功能，因此可實現(xiàn)少消耗多工作。在傳統(tǒng)的MCU中，必須激活主時鐘和處理器內(nèi)核才能執(zhí)行任務，即使是執(zhí)行瑣碎的任務，如發(fā)送或接收數(shù)據(jù)、捕捉或生成波形或模擬信號采樣時也是如此。Kinetis L系列外設不用牽涉內(nèi)核或主要系統(tǒng)就能執(zhí)行這些功能，因而大大降低能耗、延長電池壽命。Kinetis L系列采用飛思卡爾屢獲殊榮的創(chuàng)新閃存技術，提供業(yè)界最低功耗的閃存部署。這樣，通過建立納米級硅島而不是采用連續(xù)膠片來存儲電荷，可提高閃存對數(shù)據(jù)丟失主要因素的防護，從而改進了基于硅的傳統(tǒng)電荷存儲方式。Kinetis L系列MCU產(chǎn)品如下圖所示：

　　
圖 Kinetis L系列產(chǎn)品

　　Kinetis L系列產(chǎn)品采用ARM今年3月最新推出的Cortex-M0+內(nèi)核，直接瞄準目前的8位/16位市場。ARM Cortex-M0+處理器的能耗大約是現(xiàn)有任何8位或16位處理器的三分之一，但性能卻提高了2到40倍，其CoreMark/MHz值為1.77CoreMark/MHz，工作電壓為1.71V～3.3V，靜態(tài)功耗為深度睡眠模式僅耗電150nA，支持4.6μS快速啟動的睡眠模式僅耗電1.4μA。動態(tài)功耗為50μA～84μA/MHz。Kinetis L系列主要應用領域包括電腦附件、消費類電子、樓宇控制、煙感、辦公設備、驗鈔機等。

　　飛思卡爾可擴展Kinetis之ZigBee? 智慧能源無線解決方案

　　由于Kinetis L系列解決方案，飛思卡爾官方網(wǎng)站暫未公布，所以以下無線解決方案是基于飛思卡爾Kinetis KW20無線微控制器系列的解決方案。該解決方案也滿足低功耗、高性能的條件。當然Kinetis L系列相應的解決方案在功耗上的效果就會更加突出了。（如果大家有相關的方案，也可以提交到電子發(fā)燒友網(wǎng)站。）

　　Freescale發(fā)布了首個ARM? Cortex?-M4處理器在智能能源、智能電表和大樓控制等應用的無線解決方案，進一步擴充了Kinetis微控制器 （MCU） 產(chǎn)品組合。Freescale新一代Kinetis無線解決方案在ZigBee?平臺上提供高性能及安全性，設計者可以根據(jù)他們的特定應用來優(yōu)化解決方案。

　
　圖 飛思卡爾可擴展Kinetis之ZigBee?平臺智慧能源無線解決方案模塊

　　Freescale設計Kinetis KW20無線微控制器系列的目的是應對未來ZigBee智能能源和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議規(guī)范所帶來的不斷增長的處理和內(nèi)存要求。 Kinetis KW20無線微控制器整合了一個ARM Cortex-M4處理器與MC1323/4 RF收發(fā)器搭配形成一個強大的功能集，提供了一個可靠、安全且低功耗的ZigBee平臺。工程師們可以選擇KW20 MCU的單芯片解決方案，也可以選擇將RF收發(fā)器和相對應的Kinetis MCU結合在一起，靈活地根據(jù)特定的應用需求定制。Kinetis KW20無線微控制器原理框圖如下圖所示：

　　
圖 Kinetis KW20無線微控制器原理框圖

　　Kinetis KW20無線微控制器提供高性能，滿足智能能源應用的內(nèi)存和安全需求，同時為設計師帶來了最大程度的靈活性。Kinetis系列產(chǎn)品融入了ZigBee連接功能后，可以讓用戶的系統(tǒng)永不過時，同時獲得更高的無線性能和額外的安全性。

　　Freescale的KW20無線MCU和MC13233/4 RF收發(fā)器通過低功耗和增加回路預算提供先進的RF性能。收發(fā)器是天線型分集收發(fā)器，可以增強RF可靠性，特別是在出現(xiàn)干擾的情況下。KW20無線MCU和MC13233/4 RF收發(fā)器的設計可以降低傳輸和接收功率，其低功耗運行模式可以優(yōu)化能源的利用。MC1323/4 RF收發(fā)器原理框圖如下圖所示：

　　
圖 MC1323/4 RF收發(fā)器原理框圖

　　KW20無線MCU和MC13233/4 RF收發(fā)器具有獨特的特性，提供雙重個人局域網(wǎng)（PAN）支持，能夠使用同一組件和兩個ZigBee網(wǎng)絡進行無線通信。此外，F(xiàn)reescale在組件中內(nèi)含高端處理器中罕見的高級安全功能，滿足客戶對更先進的加密方法、密鑰、安全內(nèi)存及篡改偵查功能的需求。安全閃存保護代碼和數(shù)據(jù)免遭非法入侵和修改，篡改偵查可以偵察到擦除事件，還可以異步擦除安全RAM并產(chǎn)生中斷，使組件可以采取其他行動，包括系統(tǒng)重啟。MMCAU（內(nèi)存映像的加密加速單元）支持一套專門的操作來增強加密和解密操作的吞吐量以及消息摘要功能。自Freescale發(fā)布第一個32位ZigBee平臺選擇了IAR Systems的集成開發(fā)環(huán)境（IDE）直到現(xiàn)在，IAR System能夠?qū)崿F(xiàn)最有效的程序優(yōu)化。

　　BeeKit 研發(fā)平臺：無論開發(fā)者選擇單芯片Kinetis KW20無線MCU解決方案，還是使用帶有MC13233/4 RF收發(fā)器的多芯片解決方案，他們可以享用Kinetis MCU產(chǎn)品組合工具和軟件。ZigBee協(xié)議軟件已整合到Kinetis開發(fā)工具中，可以進一步加速開發(fā)時間。支持包括BeeKit無線連接工具箱，基于Eclipse?的CodeWarrior 集成開發(fā)環(huán)境（IDE）。Freescale MQX軟件解決方案，和Tower System模塊開發(fā)平臺，可以快速提供原型產(chǎn)品。我們廣闊的ARM生態(tài)系統(tǒng)還可以提供第三方開發(fā)支持，包括IAR的IDE。BeeKit 研發(fā)平臺原理框圖如下圖所示：

　　
圖 BeeKit 研發(fā)平臺原理框圖

　　（三）電機控制最佳MCU產(chǎn)品和解決方案

　　瑞薩電子RX62T單片機簡介

　　RX系列MCU是基于RX CPU架構的新一代MCU，集成了原先瑞薩科技的32位CISC MCU的優(yōu)秀特性。

　　RX62T單片機集成了增強的定時器單元（MTU3，GPT）、12位AD轉(zhuǎn)換器（1微秒轉(zhuǎn)換時間），每個AD轉(zhuǎn)換單元還集成可調(diào)增益運放和窗口比較器，適用于各種電機控制和變頻器應用。以100MHz運行的高集成度RX62T MCU可以在大幅度提升產(chǎn)品性能的同時有效的降低系統(tǒng)成本。

　　瑞薩電子基于RX系列單片機的先進電機控制算法解決方案

　　瑞薩先進電機控制算法集電機控制技術和單相交流電源功率因數(shù)校正技術于一體，配合瑞薩先進電機控制算法程序框架，為用戶整體系統(tǒng)的開發(fā)提供了一個堅實的基礎平臺和友好的用戶接口。以空調(diào)室外機為例，基于瑞薩的RX高性能單片機，開發(fā)者可以很容易的編寫室外機控制程序，構建具備高質(zhì)量、高性能電機驅(qū)動和功率因數(shù)校正功能的室外單芯片方案。

　　
圖 瑞薩電機控制平臺圖

　　低能耗和舒適性已經(jīng)是當今中國空調(diào)市場的主旋律，消費者希望找到物有所值的、高性價比的高質(zhì)量、高性能產(chǎn)品。瑞薩先進電機控制算法和RX單片機的結合為客戶提供了最終的選擇。過去幾年里，瑞薩中國在默默的磨練電機控制工程方面的能力，如今向世界展示一個完全在中國開發(fā)的先進電機控制解決方案。客戶和瑞薩簽訂協(xié)議后，就可以得到長期而穩(wěn)定的本地支持資源，通過高性能單片機和先進電機控制算法的緊密結合，設計出最好的產(chǎn)品。

　　瑞薩先進電機控制算法和RX單片機相結合，不但可以提供業(yè)界最精簡的BOM，還可以在不增加BOM成本的情況下實現(xiàn)更多的功能。瑞薩先進電機控制算法有4大關鍵技術，詳見下文。

　　關鍵技術之一：高級脈沖幅值調(diào)制技術 （Advanced Pulse Amplitude Modulation technology）

　　高級脈沖幅值調(diào)制技術保證輸入功率因數(shù)》90%。在保證變頻器正常輸出的情況下，高級脈沖幅值調(diào)制技術可以跟隨負荷變動，精確輸出最低的直流母線電壓。此外，高級脈沖幅值調(diào)制技術不需要交流電壓過零點或幅值檢測的硬件電路，可以降低系統(tǒng)成本。

　
　圖 瑞薩高級脈沖調(diào)幅技術隨負荷變動圖

　　關鍵技術之二：先進的電動機驅(qū)動技術

　　瑞薩先進電機控制算法實現(xiàn)了180度正弦波電機驅(qū)動和矢量控制，并提供了與眾不同的力矩控制技術。

　　G-type力矩控制（負荷波動補償），將電機在低速運行時的振動減到最低，擴大了系統(tǒng)實際運行的低頻范圍； M-type力矩控制（恒力矩輸出），保證恒力矩輸出，降低電機相電流波形峰值，降低諧波與功率損耗，效率提升。具體對比圖如下所示：

　　
圖 G-type和M-type力矩控制時的相電流波形對比圖

　　
圖 no torque力矩控制時的相電流波形

　　
圖 M-Type力矩控制時的相電流波形圖

　　關鍵技術之三：過調(diào)制技術

　　使用瑞薩先進電機控制算法獨創(chuàng)的過調(diào)制技術，在滿足諧波失真度<10%的情況下，調(diào)制度可達200%。與高級脈沖幅值調(diào)制技術技術相配合，提高直流母線電壓的利用率。

　　關鍵技術之四：弱磁控制技術

　　瑞薩先進電機控制算法的弱磁控制功能可以避免變頻器輸出電壓飽和，在電源電壓有限的情況下，保證輸出要求的力矩。基于RX62T高性能32位CISC單片機，使用瑞薩先進電機控制算法實現(xiàn)空調(diào)壓縮機控制時，可以實現(xiàn)如下系統(tǒng)規(guī)格：

　　表 瑞薩先進電機控制算法實現(xiàn)空調(diào)壓縮機控制時可實現(xiàn)的系統(tǒng)規(guī)格

　　由于RX62T是基于RX CPU架構，并集成了增強的定時器單元（MTU3、GPT）、12位AD轉(zhuǎn)換器（1μs轉(zhuǎn)換時間），每個AD轉(zhuǎn)換單元還集成可調(diào)增益運放和窗口比較器，因此它適用于各種電機控制和變頻器應用。瑞薩電子也推出了相關的先進電機控制算法，其關鍵技術包括高級脈沖幅值調(diào)制技術、先進的電動機驅(qū)動技術等。基于RX62T高性能32位CISC MCU，使用瑞薩先進電機控制算法實現(xiàn)空調(diào)壓縮機控制時，可以實現(xiàn)如下系統(tǒng)規(guī)格：適用空調(diào)器制冷量范圍《8000W，低頻振動最高振幅《300μm，壓縮機轉(zhuǎn)速范圍為1～150rps，功率因數(shù)額定工況》0.9，滿載高達100%，調(diào)制度《200%，電流檢測方式為單電阻檢測。它不但可以提供業(yè)界最精簡的BOM，還可以在不增加BOM成本的情況下實現(xiàn)更多的功能。

　　注：【 瑞薩電子基于RX62T單片機的PMSM電機位置控制英文資料下載鏈接： 瑞薩電子基于RX62T單片機的PMSM電機位置控制?】

　　（四）工控MCU優(yōu)秀產(chǎn)品和解決方案

　　恩智浦LPC1800系列MCU產(chǎn)品簡介

　　LPC1800 MCU是具有業(yè)界性能最高的ARM Cortex-M3的微控制器，是工控MCU優(yōu)秀作品典型代表。

　　LPC1800系列MCU具備的優(yōu)勢：LPC1800采用恩智浦90nm超低漏電制程技術工藝，帶來低功耗高性能的大容量存儲器，具有運行速度更快、動態(tài)功耗更低的特點，獨有的低漏電最佳化設計將待機模式下的漏電流降低10-100倍；LPC1800為Cortex-M3提供業(yè)界最大的片內(nèi)SRAM，多單元最高可達200KB，每個單元都有獨立總線訪問，具有更高吞吐量，可分別進行關斷控制進入低功耗工作模式；雙單元1MB Flash架構提供最可靠的應用中重新編程，支持不間斷的Flash操作；LPC1800具有無縫高速四路SPI接口和可配置定時器子系統(tǒng)；LPC1800的其他外設包括兩個高速USB控制器、片內(nèi)高速PHY、高分辨率彩色LCD控制器和AES解密算法；它集存儲、外設、架構以及ARM核技術于一體并予以整體優(yōu)化，在引腳和軟件方面極易升級兼容。

表 LPC1800系列 MCU 選型表

　　恩智浦LPC1800MCU硬件框圖如下圖所示：

　
　圖 恩智浦LPC1800硬件框圖

　　LPC1800系列MCU的標準特性：該系列所有產(chǎn)品標準特性包括含有啟動代碼的32 KB ROM和On-chip軟體驅(qū)動器、8通道通用DMA （GPDMA）控制器，兩個10位元ADC （Analog-to-Digital Converter）和一個轉(zhuǎn)換採樣速率為400k/s的 10位元ADC、馬達控制PWM和正交編碼器介面、4個UART、2個快速模式I2C、I2S、2個SSP/SPI、智慧卡介面、4個計時器、視窗監(jiān)視計時器、警報計時器、具256位元電池供電備份暫存器的超低功耗RTC以及高達80個通用I/O引腳。

　　恩智浦LPC1800 MCU關于嵌入式閃存選型解決方案

　　目前恩智浦開發(fā)出一種新型外設接口技術，該技術在基于ARM Cortex-M3內(nèi)核的最新LPC1800微控制器上已得到成功應用。嵌入式系統(tǒng)設計人員利用該技術可將串行閃存取代并行閃存，縮小封裝尺寸，降低系統(tǒng)成本。這種稱為SPI閃存接口（SPIFI）的技術目前已申請專利，通過該技術可將外部串行閃存映射到微控制器內(nèi)存，實現(xiàn)片上內(nèi)存讀取效果。SPIFI為設計人員提供了一種創(chuàng)新解決方案，在保持系統(tǒng)性能的同時達到簡化配置、縮小封裝體積、減少板載空間占用和節(jié)約系統(tǒng)成本的目的。

　　外部閃存的作用

　　采用32位微控制器（MCU）的嵌入式應用目前越來越復雜，需要完成多媒體、照片和其他各種數(shù)據(jù)密集型內(nèi)容的管理任務。特別是人機接口系統(tǒng)，用戶現(xiàn)在都希望有圖形顯示，通過窗口、圖片、動畫、聲音和其他多媒體方式實現(xiàn)人機對話。此外，隨著市場的國際化，產(chǎn)品需要滿足多國語言要求，支持各種字母和字符。所有這些都對系統(tǒng)存儲資源提出了更高要求。

　　大部分32位微控制器都配有片上閃存，用于支持各種數(shù)據(jù)密集型功能，但是這種內(nèi)存容量有限，通常無法滿足整體應用要求。片上閃存通常不足1Mb，雖然能夠解決主要應用代碼存儲，卻無法滿足其他應用資料的保存要求，比如：查找表單、圖像、照片、聲音文件、多國語言等。為此，設計人員通常要使用外部閃存。

　　與片上閃存相比，外部閃存成本要低很多，而且通常都有8Mb以上的現(xiàn)貨。使用外部閃存可以增加系統(tǒng)靈活性，系統(tǒng)運行時能夠更新升級軟件。

　　并行閃存與串行閃存的艱難選擇：對于外部閃存選型（串行和并行），設計人員通常要綜合評估，折衷考慮。并行閃存的速度通常比串行閃存快，但需要使用更多管腳、PCB布線和板載空間。

　
　圖 串行和并行閃存的典型傳輸速率

　　上圖給出了串行和并行閃存典型的數(shù)據(jù)傳輸速率。對于并行閃存，圖中假定無緩沖，固定存取時間為90ns。基于上述條件，16位并行閃存的最大傳輸速率22Mb/s。對于串行閃存，最大時鐘頻率80MHz的每位傳輸速率為80Mb/s，四通道串行閃存最大傳輸速率為40Mb/s。雖然該計算忽略了控制位，但四通道SPI閃存支持burst位，而SPIFI接口支持該功能，因此SPIFI接口可以達到上述傳輸速率。上圖的分析，通過下表可以明顯看出。

　　表 串行和并行閃存的典型傳輸速率

　　如上表所示，典型的16位并行閃存每秒傳輸速率為22Mb。對于使用32位微控制器和32位外部閃存通信總線的系統(tǒng)（如恩智浦產(chǎn)品），設計人員可以選擇使用兩個16位并行閃存達到40Mb/s的傳輸速率。但是，增加速度的同時也會增加成本。這種配置使用兩個獨立的并行閃存，每個閃存有數(shù)十個封裝管腳，無論是封裝尺寸、管腳數(shù)量，還是PCB空間占用，都會遠遠超出設計人員的承受范圍。

　　串行閃存通常使用簡單的四針串行外設接口（SPI），從空間占用、功耗和成本等因素考慮是并行閃存的理想替代產(chǎn)品，但是傳輸速率非常低。通過上圖和上表我們可以看到典型SPI閃存50MHz的傳輸速率僅為5Mb/s，而采用兩個16位并行閃存配置系統(tǒng)的傳輸速率是其8倍。另一個問題就是大多數(shù)微控制器SPI接口都與MCU外設矩陣連接，處理器訪問數(shù)據(jù)前必須先由驅(qū)動器代碼接收到內(nèi)容并保存在板載RAM中。由于每次讀取串行閃存都要通過SPI軟件層，因此速度無法提高。對于采用標準SPI接口的外部閃存應用，速度可能無法滿足要求。

　　新型四通道SPI閃存采用改進的6針SPI配置，數(shù)據(jù)傳輸速率遠高于傳統(tǒng)的SPI接口。如表所示，四通道SPI每秒最大傳輸速率可達40Mb，與兩個16位并行閃存速度相當。由于減少了管腳數(shù)量和封裝尺寸，與并行方案相比，四通道SPI串行閃存可有效降低成本。雖然四通道SPI閃存完全可替代嵌入式系統(tǒng)中的并行閃存，但目前32位微控制器設計并不支持四通道SPI閃存的最大傳輸速率。這主要是因為四通道SPI接口與傳統(tǒng)的SPI接口連接方式相同，直接連接了微控制器外設矩陣。

　　恩智浦新開發(fā)的SPI閃存接口（SPIFI）可以徹底解決并行/串行閃存的選型困擾。已申請專利的SPIFI外設可以將低成本SPI和新型四通道SPI閃存映像到ARM Cortex-M3內(nèi)存中。與外部并行閃存方案相比，使用SPI外部閃存的MCU性能損失非常小。由于外部SPI閃存完整的內(nèi)存空間可以映像到MCU內(nèi)存中，微控制器對外部閃存直接訪問，無需使用軟件API或庫。

　　例如，使用四通道SPI閃存，SPIFI外設傳輸速率可達40Mb/s。設計人員可以選擇更便宜的SPI閃存器件，在保證性能的基礎上縮小腳位尺寸，簡化配置。由于系統(tǒng)無需針對外部并行閃存使用龐大的接口設計，設計人員還可以選擇體積更小、成本更低的微控制器。嵌入式系統(tǒng)采用SPIFI外設可以提高內(nèi)存資源利用率，縮小尺寸，提高效率，降低系統(tǒng)總成本。

　　SPIFI外設是恩智浦LPC1800系列ARM Cortex-M3微控制器率先采用的一種專用技術。此外，即將面市的新產(chǎn)品還包括低成本Cortex-M0系列和Cortex M4數(shù)字符串行控制器（DSC）。

　　SPIFI支持目前市場上大部分串行閃存器件（含四通道讀/寫產(chǎn)品），配置編程非常簡便，采用4/6引腳設計（取決于串行閃存類型），支持小型寄存器組，優(yōu)化內(nèi)存事務，其軟件指令可降低CPU開銷，提高內(nèi)存數(shù)據(jù)交換效率。

　　SPIFI工作原理：下圖給出了SPIFI外設的功能框圖。SPIFI功能塊與微控制器應用的高速總線（AHB）矩陣連接，后者主要用于處理器內(nèi)核和片上內(nèi)存。SPIFI將外部SPI閃存內(nèi)容映射到微控制器內(nèi)存中。當片上ROM啟動代碼激活SPIFI接口后，外部SPI內(nèi)存與核心處理單元上的片上內(nèi)存功能完全相似。

　
　圖 SPIFI外設功能框圖

　　初始化序列：SPFI接口的所有驅(qū)動程序全部保存在ROM中。對于讀取操作，只需一個例程調(diào)用指令即可啟動SPIFI外設。初始化序列結束后，整個SPI閃存可以象正常內(nèi)存一樣由處理器和/或DMA通道按字節(jié)、半字、整字訪問。擦除和編程通過簡單的API指令訪問ROM命令調(diào)用即可，因此，使用外部SPI閃存與片上內(nèi)存幾乎沒有差別。

　　從SPIFI啟動：對于需要微控制器從外部串行閃存啟動的系統(tǒng)，恩智浦LPC1800微控制器已配置了SPIFI啟動功能。啟動源的選擇有兩種方法：第一種是使用微控制器引腳確定啟動源的接口；第二種由用戶在非易失性內(nèi)存中編程選擇啟動接口。使用非易失性內(nèi)存編程可保留引腳的雙重功能。

　　物理接口：下圖給出了SPIFI外設的物理接口。本示例對于傳統(tǒng)SPI閃存采用了標準的4引腳配置，如果是四信道SPI閃存，還需要增加兩個引腳以支持四信道功能。

　　
圖 SPIFI外設物理接口

　　不同的串行閃存廠商和產(chǎn)品需要不同的命令和命令格式。SPIFI外設為此提供了足夠的支持，可兼容大部分SPI閃存及衍生產(chǎn)品，確保今后產(chǎn)品的兼容性。

　　小寄存器組：SPIFI外設小寄存器組既保證了接口的功能又簡化了操作，通過8個寄存器控制SPIFI功能，連接外部SPI閃存，保存和檢索數(shù)據(jù)以及監(jiān)控操作。由于設置、編程、擦除等工作均由集成的ROM API處理，因此外部SPI內(nèi)存操作只需要幾個簡單的調(diào)用命令。總體來看，SPIFI外設配置簡單，應用方便。

　　軟件命令：當軟件讀取內(nèi)存映射的串行閃存內(nèi)容時，外部閃存可以識別并接受微控制器軟件發(fā)送的和SPIFI外設自動發(fā)送的命令。這些命令可分為操作代碼、地址、中間和數(shù)據(jù)等字段，其中。地址、中間和數(shù)據(jù)字段為可選字段，這主要取決于操作代碼。部分閃存支持“讀”命令解釋操作代碼模式，以提高系統(tǒng)性能。根據(jù)操作代碼不同，數(shù)據(jù)字段可進一步分為輸入和輸出數(shù)據(jù)字段。所有發(fā)送到外部SPI閃存的命令都可以通過調(diào)用ROM API指令進行處理。SPIFI ROM API驅(qū)動器允許通過簡單的加載命令訪問外部SPI閃存內(nèi)容，保證應用操作代碼延續(xù)其緊湊和易寫的特點。

　　獨立于CPU的運行：SPIFI軟件可讀取外部閃存數(shù)據(jù)，并將其寫入RAM或外設，無需CPU支持。比如，對于集成LCD控制器的微控制器，此功能可以提高系統(tǒng)性能，節(jié)約功耗。外部閃存可以保存圖像并通過LCD控制器讀取。由于LCD控制器大多數(shù)按地址順序讀取數(shù)據(jù)，SPIFI外設可根據(jù)需要預先獲取地址，無需等待。整個操作無需CPU參與，也不用將圖像加載到片上RAM，而由LCD控制器直接獲取。因此，系統(tǒng)對微控制器片上RAM的容量要求不高，或者可將現(xiàn)有RAM釋放出來用于完成其他任務。由于LCD控制器直接獲取圖像，LCD顯示屏圖像刷新速度更快，簡單的開關窗口等操作顯得更加平滑流暢。另外，為降低功耗，系統(tǒng)還可以使用低時鐘速率運行，不會對顯示性能有太大影響。

　　直接執(zhí)行代碼：從軟件的角度看，微控制器可以直接執(zhí)行外部SPI閃存中的代碼。直接執(zhí)行代碼有利于在線升級或者更新片上閃存的出廠功能。外部閃存可以存放通過驗證的升級代碼。例如，如果系統(tǒng)功能地址保存在片上閃存的表單中，通過外部閃存的例程地址即可對該表單重新編程。或者，如果包含原始例程起始信息的內(nèi)存頁保存在片上閃存中，通過外部分支長跳轉(zhuǎn)到外部閃存的新例程即可更新內(nèi)存頁。對于上述兩例，由于SPIFI外設可以實現(xiàn)外部閃存代碼直接執(zhí)行，因此新代碼無需加載到片上RAM。

　　通過外部閃存執(zhí)行代碼的速度遠不及片上內(nèi)存。SPIFI外設設計并非針對需要峰值性能的實時運行功能，但是對于執(zhí)行非關鍵代碼序列，SPIFI具有很大的吸引力。

　　寫/執(zhí)行并行操作功能：SPIFI支持寫功能和執(zhí)行功能同時進行，換句話說，即使處理器正在執(zhí)行片上閃存代碼，也可以快速方便地對外部閃存進行編程和擦除。由于SPIFI外設可以獨立運行，不受CPU影響，因此在外部串行閃存編程的同時，系統(tǒng)可以繼續(xù)執(zhí)行相關任務。

　　由于系統(tǒng)在執(zhí)行關鍵應用代碼的同時可以對外部閃存進行寫操作，因此該功能可用于在線軟件更新。例如，智能電表即使在更新軟件時也需要不間斷工作。利用SPIFI，公用工程公司可以配置系統(tǒng)，向外部閃存寫入任何代碼，無需中斷智能電表的計量工作，最后再將新代碼集成到系統(tǒng)中。同樣，對于使用USB端口的系統(tǒng)，新代碼可以先保存在便攜式USB驅(qū)動器中，再傳輸?shù)酵獠块W存，無需中斷重要操作。

　　恩智浦LPC1800 ARM Cortex-M3微控制器首次采用的SPI閃存接口技術可以將外部閃存映射到微控制器內(nèi)存中，實現(xiàn)片上內(nèi)存功能。此項技術為設計人員帶來更多的外置閃存選擇機會，同時降低系統(tǒng)成本，縮小封裝尺寸。SPIFI外設為設計人員提供了一種新的解決方案，可以利用低成本串行閃存替代昂貴的并行閃存，在縮小尺寸的同時仍能保證系統(tǒng)性能。串行閃存的低成本、小尺寸和簡化配置等眾多優(yōu)勢從此得以應用，而對系統(tǒng)性能的影響非常小。利用SPIFI，設計人員還可以選擇無并行接口的微控制器，以小型低成本設計實現(xiàn)所需性能。恩智浦的SPIFI技術可以推廣到其他Cortex-M產(chǎn)品上，包括低端Cortex-M0和即將上市的Cortex-M4數(shù)字信號控制器（DSC）。

　　（五）集成度最佳MCU產(chǎn)品和解決方案

　　恩智浦LPC4300系列MCU產(chǎn)品方案

　　LPC4300是迄今為止集成度最佳的MCU產(chǎn)品，也是速度最快的ARM Cortex-M4微控制器。LPC4300是全球首款同時采用Cortex-M4和Cortex-M0內(nèi)核的Cortex-M架構這種雙核架構既提高了系統(tǒng)性能，簡化了代碼劃分，同時不會增加太多成本、復雜度及功耗。

　　
圖 恩智浦LPC4300系列MCU硬件框圖

　　雙核性能：LPC4300采用獨特的非對稱雙核架構，內(nèi)置兩個ARM處理器：一個Cortex-M4內(nèi)核用于實時處理，而另一個Cortex-M0內(nèi)核則用于實時控制，兩個內(nèi)核均可在204 MHz下運行。

　　
圖 LPC4300獨特的非對稱雙核架構

　　便于大家理解這種獨特的非對稱雙核架構，我們舉了一個例子。下圖表示的是LPC4000對音頻信號處理時，Cortex-M4內(nèi)核和Cortex-M0內(nèi)核各自所實現(xiàn)的職能：在對音頻信號進行處理時，首先由Cortex-M0內(nèi)核通過USB接口控制音頻信號的輸入；然后再由Cortex-M4內(nèi)核對信號盡心處理；經(jīng)處理后的信號通過I2S總線由Cortex-M0內(nèi)核控制輸出。

　
　圖 LPC4000在對音頻信號處理時非對稱雙核架構的表現(xiàn)

　　更多內(nèi)存：LPC4300提供雙組閃存來提高效率，此外還提供一個超大的DSP友好型SRAM。雙組閃存既可作為單個存儲器區(qū)域一起使用，也可分開使用以同時支持不同的操作模式。SRAM共有五個存儲塊，不僅有專門優(yōu)化用于DSP功能、可通過Cortex-M4的高速總線進行訪問的塊，也有與標準AHB矩陣連接的塊。這種分割塊/總線架構可實現(xiàn)CPU和DMA同時訪問，且可避免存儲器爭用問題。

　　高級外設：LPC Cortex-M4系列延續(xù)了恩智浦增加更多外設選項的一貫思路，配備了所有客戶熟悉并喜愛的接口，包括：兩個高速USB 2.0接口，一個內(nèi)置了PHY；高分辨率全彩LCD接口；10/100以太網(wǎng)接口，支持硬件TCP/IP校驗和計算；專用馬達控制功能

　　獨有可配置外設：LPC4300還為您提供了其他同類產(chǎn)品無法企及的功能選項；四通道SPI閃存接口（SPIFI） - 是增加閃存載荷的低成本方式；狀態(tài)可配置定時器（SCT） - 是用于高級定時/PWM生成的靈活系統(tǒng)；串行通用IO （SGPIO） - 是用于創(chuàng)建任何串行/2b/4b/字節(jié)寬接口的可配置I/O。

　　（六）最易用開發(fā)工具

　　富士通半導體MB2100-01-E調(diào)試開發(fā)工具

　　MB2100-01-E是業(yè)內(nèi)第一款實現(xiàn)了通過JasPar進行片上調(diào)試的開發(fā)工具；業(yè)內(nèi)第一款單線調(diào)試工具；USB2.0 HS bus與PC通信；從仿真工具到MCU的連線長度可達10m，高達25Mbps通信速度；迷你尺寸（長×寬×高）∶84.8mm×53.6mm×21.3mm；無需通過CPU操作，直接進行內(nèi)存讀寫；可無縫支持16位和32位系列MCU。

　　
圖 富士通半導體MB2100-01-E調(diào)試工具應用圖示

　　該開發(fā)工具軟件下載速度極快，接口簡單易用，體積小，采購成本低。目前在富士通的針對汽車市場的16位MCU及32位MCU系列產(chǎn)品中，幾乎全部客戶都使用了該開發(fā)工具進行開發(fā)。

　　系統(tǒng)配置：具體系統(tǒng)配置如下圖所示。

　　
圖 富士通半導體MB2100-01-E調(diào)試開發(fā)工具系統(tǒng)配置圖

　　電子發(fā)燒友網(wǎng)編輯小結：

　　提到智能電網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、汽車電子，人們不會再陌生，這些領域正成為當下的熱門應用。這些應用領域從概念到現(xiàn)實、再到直觀的體會，然而MCU卻是整個實現(xiàn)過程所必備的。正是有了MCU，這些熱門領域的智能化才真正成為可能。同時，為了滿足當前這些熱門應用，MCU正朝著高集成度、低功耗、低成本的方向發(fā)展，而且是融合與分離并駕齊驅(qū)。

　　MCU的融合主要表現(xiàn)在向SoC方向發(fā)展。MCU接口越來越多，片上集成度越來越高。而且MCU將從單一產(chǎn)品向應用場景下的集群轉(zhuǎn)變，從而實現(xiàn)功能的更加強大、多樣和高效。MCU的分離則表現(xiàn)在細分產(chǎn)品的市場應用上。一方面，MCU開始從通用型轉(zhuǎn)向細分的行業(yè)應用上。此外，對性能的需求使得由原來的8位和16位MCU為主流的市場進一步向32位MCU為主流過渡。MCU給我們帶來的智能生活，深入認識、了解它對我們來說是非常必要的。

　　優(yōu)秀MCU廠商都是經(jīng)過市場和客戶的多重優(yōu)勝劣汰才能走到今天，并確立其超然地位的。但是想要在競爭如此激烈的MCU市場中繼續(xù)立于不敗之地或保持霸主地位，那就得找準定位也能踏上屬于自己的“陽關道”（即：堅持做出自己的特色，保持著對產(chǎn)品性能、功耗、安全、性價比等方面的追求）。然而無論怎樣出招，歸根結底就是要用新產(chǎn)品、新技術帶給客戶更多的價值。因為客戶不在意是什么工藝，而是更加關心能夠降低多少功耗、增加什么性能、減少多少投入、提高多少開發(fā)易用性、縮短多少上市時間。

　　以上就是電子發(fā)燒友網(wǎng)編輯帶來的2012年MCU優(yōu)秀產(chǎn)品及相關解決方案相關介紹。希望能對大家有所幫助，同時也歡迎大家積極參與討論。文中有哪些好的、不好的、需要完善或者論點出現(xiàn)偏差的地方，大家多多指正。


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