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    精雕(diāo)细琢(zhuó)打(dǎ)造MCU,开(kāi)辟属于(yú)自己的Cortex-M0+新赛道!

    发布时间(jiān):2024-10-29 发布者:武汉米兰官方web站和芯源半导体 内容来源:武汉米兰官方web站和芯源半导体有限公司

    文章转载来源:张国斌

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    Cortex™-M0+是ARM公司2012年发布的一款拥有极高(gāo)能效的低功(gōng)耗、低成(chéng)本微控制器(qì)内核(hé)IP,基于32位ARMv6内核架(jià)构,支持(chí)Thumb/Thumb-2子(zǐ)集ISA,单核心,如果采用低成本的90nmLP工(gōng)艺制(zhì)造,其核心面积区(qū)区(qū)0.04平(píng)方(fāng)毫米,每(měi)MHz单位(wèi)频率消耗(hào)的电流、功耗分别仅有9μA、11μW,基于该内核的MCU可广泛用于家用器具、白色家电、医疗监控、测量、照明、马达控(kòng)制设备等领域。

    发(fā)布10多年(nián)来,基于Cortex™-M0+的(de)MCU已经大(dà)量出(chū)货,知名的半导体厂(chǎng)商如TI 、ST 、NXP等(děng)多家MCU厂商都推出了基于Cortex™-M0+的MCU ,如今,物联网(wǎng)市场如火如荼 ,在大量基于Cortex™-M0+的MCU已(yǐ)经面(miàn)市的情况(kuàng)下,Cortex™-M0+ MCU在以这片红(hóng)海中还有发展的空间吗?

    答案是:有,近(jìn)日武汉芯(xīn)源半导(dǎo)体推出(chū)的基于Cortex™-M0+内(nèi)核CW32L010新品系列就(jiù)是通过(guò)差(chà)异化(huà)的细节(jiē)设(shè)计开辟(pì)了属于自己的新赛道(dào)。


    武汉米兰官方web站和芯源半导(dǎo)体有限公司技术总监(jiān)张(zhāng)亚凡在接受电(diàn)子创(chuàng)新网独家(jiā)专访时表示:我们此次新品发布(bù)打出的口号是“树立M0+产品行业(yè)新标杆”,目前(qián)我们(men)提供三种封装形(xíng)式(shì),分别是QFN20,TSSOP20和SOP16。分别针对当前通用应用环(huán)境下(xià)的(de)小型化(huà)需求、标(biāo)准(zhǔn)兼容需求以及引脚(jiǎo)间距大一些、引脚数要求少(shǎo)一些的需求。”

    他补充说该产(chǎn)品瞄准的(de)是需求量最(zuì)大的通用20引(yǐn)脚入门级32位MCU市场,最大的引脚(jiǎo)数就是20。和(hé)早期功能(néng)简单的8位机相比(bǐ),米兰官方web站和芯源半导体提供了高达64Kbyte的FLASH容量和高(gāo)达(dá)4Kbyte的RAM容量。

    “这是因为很多(duō)客户发现在开发(fā)过程中,如果用市面(miàn)上常规的20引脚产品,Flash配置通常为16K,32K,RAM通(tōng)常(cháng)为2K或者1K,经(jīng)常遇到(dào)存(cún)储容量(liàng)不(bú)够导致(zhì)开发进行不下(xià)去的问(wèn)题。我们这次得益于华虹90nm制程上Flash技术的长足发(fā)展,直接给到客(kè)户翻倍的(de)存储容量,让客(kè)户在入(rù)门级的MCU上也可(kě)以灵活安排程序和数据存储(chǔ)。”他(tā)指(zhǐ)出,“除此之(zhī)外,作为一个标(biāo)准品通用MCU,我们该提供的配置都有提供,没有过度的裁剪。比(bǐ)如说应该配(pèi)备的、各(gè)种定时器、ADC、SPI、I2C、UART等等。另外值得注意的是(shì),这(zhè)是一个标准工(gōng)业(yè)级温度(dù)范围的、具备宽(kuān)电压(yā)工作特性的、经由(yóu)正(zhèng)规(guī)设计、验证和测试流程,用正向研发方式(shì)做(zuò)出(chū)来的产(chǎn)品(pǐn),是我们芯(xīn)源半导体在MCU技术(shù)道路上的一个(gè)重(chóng)要里程(chéng)碑。

    据介绍,CW32L010系列采用主(zhǔ)频(pín)高达48MHz的ARM® Cortex®-M0+内核(hé),配备高速(sù)嵌入式存储器,包(bāo)括多达(dá)64K字节FLASH和4K字节SRAM。该(gāi)系列接口丰富,所有型号均提供完(wán)整的通信(xìn)接口(双(shuāng)UART、一路SPI和一路I2C),以及12位高速ADC、四组通用和基本定时器、一组低功耗定时(shí)器和一组(zǔ)高级控(kòng)制PWM定时器。

    此外(wài),CW32L010支持在-40℃至85℃的工作温度范围内运行(háng),供电电压范围为1.62V至(zhì)5.5V,同时具备(bèi)Sleep和DeepSleep两种低(dī)功(gōng)耗模式。

    此(cǐ)外,它还有如下特点:

    1、64K超大Flash存储容量, 数(shù)据(jù)保持时间(jiān)长达25年,支持擦写保护(hù)、读(dú)保护和安(ān)全运行库保护功能

    2、黑(hēi)客(kè)级代码安全防护:创新的安全特性(xìng) - 允许用户划定一块指令存(cún)储区域,仅通过指令(lìng)总(zǒng)线取指令执行,禁(jìn)止数据(jù)总线访问(wèn),即使攻击者尝试通过(guò)下载间(jiān)谍程(chéng)序挟持内核也无(wú)法访问(wèn)该区域,有效(xiào)保护敏(mǐn)感算法和关键功能。
    3、极限超低功耗:待机(jī)电流低至(zhì)0.3uA - 高温待(dài)机电流(liú)仅为(wéi)1.2uA,远(yuǎn)低于(yú)竞品平均水平。
    4、全新设计的高级定(dìng)时器:兼容G4相关IP - 新增PWM移相、多点比较等功能,单个高级定时器(qì)支持(chí)多达6对互(hù)补PWM输(shū)出,灵活调整PWM边沿(yán)位置。
    5、高精度RTC补偿:补偿精度达0.060ppm - 支持亚秒级读数,优化了RTC补偿机制。
    6、全面升级的低功耗串口:支持LIN、RS485硬件(jiàn)使(shǐ)能 - 接收数据(jù)时可灵活配置接(jiē)口电平,产生(shēng)关(guān)键字(zì)中(zhōng)断和帧超时中(zhōng)断,支持多种硬件功能(néng)。

    7、出色的Latch Up测试成(chéng)绩(jì)高温闩锁门限测试(shì)成绩高达±600mA - 远高于(yú)行业一般水平,提供强大的ESD防(fáng)护能力(lì),是(shì)相比(bǐ)竞品一般水平的3~6倍

    8、高性能ADC:16路ADC输入(rù),采样率可达2M  各(gè)通道采样保(bǎo)持时间可独立配置,适(shì)应不同应用需求。
    9、内(nèi)部时钟源特性优异:内(nèi)置(zhì)RC时钟源技术(shù)特性优(yōu)于(yú)竞品 - 无论(lùn)是HSI还是LSI,都表现出色(sè),降低(dī)了对外置晶体的依(yī)赖(lài),优(yōu)化了成本。
    张亚凡特别指出该(gāi)新品超低功耗评估指标(biāo)非常(cháng)多(duō),一般将待机电流(常温/高温)、全速运行电流等几个主要指标(biāo)拿出来比较,CW32L010采用(yòng)特别工艺制程,将(jiāng)待机电(diàn)流控制在0.3uA,特别是高温(wēn)待机(jī)电流是竞品平均水平的1/4~1/8。

    精(jīng)雕细琢(zhuó)打造产品,细节见真章

    他表示(shì)在高(gāo)速ADC方(fāng)面(miàn),CW32L010ADC配置比以前增加(jiā)了(le)一个功能:就是每(měi)个采样通道都是可以独(dú)立配(pèi)置采样保持时间的,他说这也是客户提(tí)的要求。因(yīn)为如果这(zhè)个功能没有(yǒu)的(de)话,客(kè)户在对(duì)不同的信(xìn)号源进行采样(yàng)的时候(hòu),就得被迫(pò)用(yòng)同一种采样保持时间,那实际(jì)工作的时候就存(cún)在(zài)众口(kǒu)难调的问题,有(yǒu)些(xiē)内(nèi)阻比较大的信号源要求比较长的采样保持时(shí)间,如果加信(xìn)号(hào)调理的话就又需要额外的开支了。现在的设(shè)计比较好,不同的通道独立配置时间,让ADC配置的适应性灵活性更强了。

    在这次新品发布会上,武(wǔ)汉米兰官方web站和芯源半导体提(tí)出了(le)在安全方面新品是(shì)“黑(hēi)客级安全代码防护”,对此(cǐ)张亚凡表示作为(wéi)专业(yè)的MCU,必然(rán)考(kǎo)虑(lǜ)用户的代码及(jí)知识产权(quán)保护。尽管目前大多数MCU都支持多种安全(quán)等级,阻(zǔ)止通过SWD/ISP接口读(dú)取(qǔ)Flash内容(róng)。但通(tōng)过下载间谍程序,用挟持内核的方(fāng)式对Flash指令区(qū)做数据访问一般都被允许。CW32L010则可以阻止这个入侵,米兰官方web站和芯源半导体独创性的允(yǔn)许用户划定(dìng)一块指令存(cún)储区(qū)域,在这个区域内只能通过指令总线取指令执行,但不允许通(tōng)过(guò)数据总线访问数据,用户(hù)可以将敏感的代码库存(cún)储在这个区域,只能调用,无法复刻(kè)。除此之外,CW32全(quán)系列产品,符合IEC60730,IEC61508 功(gōng)能安全设计规(guī)范。

    此外,他还强调该MCU的IO口带有滤波防抖,“我们用MCU的(de)时候经(jīng)常会用(yòng)IO口来检测按键、或者继电器触(chù)点(diǎn)的状(zhuàng)态变(biàn)化,传统上(shàng)的思路是,按键产生中断的时候(hòu)不要立即马(mǎ)上去处理他,要(yào)延迟10个毫秒(miǎo)左(zuǒ)右再去判断一次,如果两次判断都是有动作,那再(zài)去处理也不迟。今天这个由(yóu)软件来做的按键防抖功能(néng),我们用硬(yìng)件来完成了。”他(tā)解(jiě)释说,“我们是(shì)怎么做的呢?我们的IO口的信号(hào)传输(shū)到中断系统(tǒng)的(de)通道,可以选择去通过(guò)一个(gè)数字滤波器,而这个数字滤波器(qì)的刷新(xīn)时钟可以在上面(miàn)这些(xiē)时钟(zhōng)源(yuán)里面去自由选择。那如果我们选择了这个(gè)速度比较低的LSI作为这个时钟源,那就相当于用(yòng)比较慢的速度对这个输入信号进(jìn)行了(le)多次的确(què)认(rèn),相当于节省了(le)软(ruǎn)件的开销了。同样的(de),如果外部有滤波电容的话(huà)也就不(bú)再需(xū)要原(yuán)先那(nà)么(me)大的,这是节(jiē)省了(le)硬件开销了。”

    此外,他表示该MCU的内部时钟源的温度(dù)特性和校准结(jié)果非(fēi)常优秀,“我(wǒ)们都知道,我(wǒ)们(men)这个规格(gé)的(de)MCU,配(pèi)置外部晶体的客(kè)户是很(hěn)少(shǎo)的(de)。系(xì)统稳定运(yùn)行的时钟源基本都靠内部的(de)RC振荡器(qì)来提供。这里如(rú)果(guǒ)没有设计好的话,很容易出现时钟偏差,严重的(de)时候(hòu)还会(huì)影响串(chuàn)行通(tōng)信波特率(lǜ)上(shàng)不去,以及电机(jī)转速不(bú)准确(què),时序响应不及时(shí)等等问(wèn)题。而(ér)我们(men)做(zuò)到(dào)的内部时钟的出厂精度是完全满足(zú)客户(hù)的苛刻(kè)要(yào)求的,目前没有客户对这个(gè)性能(néng)指标不满意,在国内工(gōng)艺制程里面也(yě)很难找到对应的(de)参数成绩。”他解(jiě)释说。

    针(zhēn)对未来产品规(guī)划,他(tā)表示:有的客户说,CW32L010很好,但是RAM容(róng)量(liàng)4K还(hái)是(shì)偏少了一点,引脚数还(hái)是少(shǎo)了一(yī)点。那我们下一个(gè)产品会解决这个问题,那就是CW32L011,它被设(shè)计为最大32个引脚,内置6Kbyte的(de)RAM,同时它是我们(men)第(dì)一颗96M主频的Cortex-M0+产(chǎn)品。”

    此(cǐ)外,他(tā)透露:另(lìng)外为了更好的(de)适应(yīng)电机(jī)控制(zhì)应用,我们还(hái)会出一颗48Pin的(de)产品(pǐn),在继(jì)承了CW32L011的96M主频的同时(shí),还增加了两路DAC、两路OPA、以及8Kbyte的RAM,DMA控制(zhì)器以及除法开方硬件(jiàn)单元,Cordic三角(jiǎo)函数(shù)计算器(qì)等等(děng)硬件,使得她在应对(duì)电(diàn)机控制应用的时候更加的(de)游刃(rèn)有余。”

    受益于物(wù)联网以(yǐ)及电子产品智能化的发展,近几年全球(qiú)MCU市场规(guī)模呈现(xiàn)增长的趋势。根(gēn)据Precedence Research的数据(jù),2022年全(quán)球MCU市(shì)场约为282亿(yì)美元,预计2030年有望达582亿美(měi)元(yuán),未来(lái) 8年CAGR为9.48%;同时根据IHS和IC Insights也预测2022年中国MCU市场规模约为390亿元,同 比增长7.7%,预计2026年将(jiāng)有望突(tū)破500亿元,未来增长潜力巨大。

    在这个巨大的(de)增量市(shì)场中,虽然玩家众多,但是只要在产品上以客户需求为导向,精雕细琢,精心打造,总能开(kāi)辟出(chū)属(shǔ)于自(zì)己的新(xīn)赛道。

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