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精(jīng)雕细(xì)琢打造MCU,开辟属于自己(jǐ)的Cortex-M0+新(xīn)赛(sài)道!
文章转载来源:张国斌
原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s/6Foe6C4MND-K9kbXl0SJ6w
Cortex™-M0+是ARM公(gōng)司2012年发布的(de)一款拥有极(jí)高能(néng)效的低(dī)功耗、低成本微控制器内核IP,基于32位ARMv6内核架(jià)构,支持Thumb/Thumb-2子集ISA,单核心,如果采(cǎi)用低(dī)成本的90nmLP工艺制造,其(qí)核心面积区区0.04平方毫米,每MHz单位频率消耗的电(diàn)流、功(gōng)耗(hào)分别仅(jǐn)有9μA、11μW,基(jī)于该内核(hé)的(de)MCU可广泛用于家用器具、白色家电(diàn)、医疗监控、测量、照明、马(mǎ)达控制(zhì)设备(bèi)等领域。
发布10多年来,基于Cortex™-M0+的MCU已经大量出货,知名(míng)的半(bàn)导体(tǐ)厂(chǎng)商如TI 、ST 、NXP等(děng)多家MCU厂商(shāng)都(dōu)推(tuī)出了基(jī)于(yú)Cortex™-M0+的MCU ,如今,物(wù)联网市(shì)场如火如荼 ,在(zài)大量基(jī)于(yú)Cortex™-M0+的MCU已经面市的(de)情况下,Cortex™-M0+ MCU在以这片红海中还有发展的(de)空间吗(ma)?
答案(àn)是:有,近(jìn)日武汉米兰官方web站和芯源半(bàn)导体(tǐ)推出的基于Cortex™-M0+内核CW32L010新品系(xì)列就是通(tōng)过差异化的细节(jiē)设计开辟了属于自己的(de)新赛道。
武汉米兰官方web站和芯源(yuán)半(bàn)导体有限公(gōng)司(sī)技术总(zǒng)监张(zhāng)亚凡在接受电子创新(xīn)网独家专(zhuān)访时表示(shì):“我们此次新(xīn)品发布打出的口号是(shì)“树立(lì)M0+产品行业新标杆”,目前我们提供(gòng)三(sān)种(zhǒng)封装形(xíng)式(shì),分别是QFN20,TSSOP20和SOP16。分别针对当前(qián)通(tōng)用(yòng)应用环境(jìng)下的(de)小型(xíng)化需求、标准兼容需求以(yǐ)及引脚间距大一些、引脚数要求少一些的需求(qiú)。”
他补充说该产品瞄准的是需求(qiú)量最大的通用20引脚入(rù)门级32位MCU市(shì)场(chǎng),最大的引脚数就是20。和早期功能简单的8位(wèi)机相比,米兰官方web站和芯源半(bàn)导体提供了高(gāo)达64Kbyte的FLASH容量和高(gāo)达4Kbyte的RAM容量。
“这是因为很多客户发现在开发过程(chéng)中,如果用市(shì)面上常(cháng)规的20引脚产(chǎn)品,Flash配置通常(cháng)为16K,32K,RAM通常为(wéi)2K或者1K,经常(cháng)遇到存储容量不够导致(zhì)开发进行不下去的问(wèn)题。我(wǒ)们这次得益于华虹在90nm制程上Flash技术的长足发展,直接给到(dào)客户翻倍的存储容量(liàng),让客户在入门级(jí)的MCU上也(yě)可以灵活安排程序和数据(jù)存储。”他指出,“除此(cǐ)之外,作为一个标准品通用MCU,我(wǒ)们该提供的配(pèi)置都有(yǒu)提(tí)供,没有(yǒu)过度的裁剪(jiǎn)。比如说应(yīng)该配备的、各种定时(shí)器、ADC、SPI、I2C、UART等等(děng)。另外值(zhí)得(dé)注意(yì)的(de)是,这是一(yī)个标准工业级温度(dù)范围的(de)、具备宽电压工作特性的、经(jīng)由正规设计、验(yàn)证(zhèng)和测试流程,用正向研发方式做出来的产(chǎn)品(pǐn),是我们米兰官方web站和芯源半导(dǎo)体在MCU技术道(dào)路(lù)上的一个重要里程碑(bēi)。
”据介绍,CW32L010系列(liè)采(cǎi)用主频高达(dá)48MHz的(de)ARM® Cortex®-M0+内核,配备(bèi)高速嵌入式(shì)存储器,包括多达64K字节(jiē)FLASH和(hé)4K字节(jiē)SRAM。该系列接口丰富,所有型号(hào)均提供完整的通信接口(双路(lù)UART、一路SPI和(hé)一路I2C),以及12位(wèi)高速ADC、四(sì)组通用和基本定时器(qì)、一组低功耗定时器和一组高级(jí)控制PWM定时器。
此外,CW32L010支持在-40℃至85℃的工作温(wēn)度范围内运(yùn)行,供电电压范围(wéi)为(wéi)1.62V至(zhì)5.5V,同时具备Sleep和DeepSleep两种低(dī)功耗(hào)模(mó)式(shì)。
此外(wài),它还有(yǒu)如下特点:
1、64K超(chāo)大Flash存储容量, 数据保持时间长达25年,支持(chí)擦写(xiě)保护、读保护和(hé)安全运行库(kù)保护功能。
2、黑客级代码安全防护:创新的安全特性 - 允许用户划定一块指令存(cún)储区域(yù),仅通过(guò)指令总线(xiàn)取(qǔ)指令执行,禁止数据总线访问,即使(shǐ)攻击者尝试通过下载间谍程序挟(jiā)持内核也(yě)无法(fǎ)访问该区(qū)域,有效(xiào)保护敏感算法和关键功能。
3、极限超低功耗:待机电流低至0.3uA - 高温待机(jī)电流仅为1.2uA,远低于竞(jìng)品平均水平。
4、全新设计(jì)的(de)高级(jí)定(dìng)时器:兼容G4相关(guān)IP - 新增PWM移相、多点比较等功能(néng),单个高(gāo)级定时器支持多达(dá)6对互(hù)补PWM输出,灵活调整PWM边沿(yán)位置(zhì)。
5、高(gāo)精(jīng)度(dù)RTC补(bǔ)偿(cháng):补(bǔ)偿精(jīng)度达0.060ppm - 支持亚秒级读数,优化(huà)了RTC补偿(cháng)机制。
6、全(quán)面升级的低(dī)功耗(hào)串口:支(zhī)持LIN、RS485硬件使能(néng) - 接收(shōu)数据时可(kě)灵活(huó)配置接口(kǒu)电(diàn)平,产(chǎn)生关键字中断和帧(zhēn)超时中断,支持(chí)多种硬件功能。
7、出色的Latch Up测试成绩:高温闩锁门限测试成绩(jì)高达±600mA - 远(yuǎn)高于行业一(yī)般水平,提供强大的ESD防护(hù)能力(lì),是相(xiàng)比竞品(pǐn)一般水平的3~6倍。
8、高性能ADC:16路ADC输入,采样率(lǜ)可(kě)达(dá)2M – 各通道采(cǎi)样(yàng)保持时间可独立配(pèi)置,适(shì)应不同应用(yòng)需求。
9、内(nèi)部时钟(zhōng)源特性(xìng)优异(yì):内(nèi)置RC时钟源技术特(tè)性优于(yú)竞品 - 无论是HSI还是(shì)LSI,都表现(xiàn)出色(sè),降低了对外置晶体的依赖,优化了成本。
张亚凡特别指出该新品超低功耗评(píng)估(gū)指标非常多,一般将(jiāng)待(dài)机电流(liú)(常温/高(gāo)温)、全(quán)速运行电流等几个主(zhǔ)要(yào)指标(biāo)拿出来比较,CW32L010采(cǎi)用特别工艺制(zhì)程,将待机电流控制在0.3uA,特别(bié)是高温待机(jī)电(diàn)流是竞品(pǐn)平均水平的1/4~1/8。
精雕细琢打造产品,细节见(jiàn)真(zhēn)章
他(tā)表示在(zài)高(gāo)速ADC方面(miàn),CW32L010的ADC配(pèi)置比以前增(zēng)加了一个功能(néng):就(jiù)是每个采样通道都是可以(yǐ)独(dú)立(lì)配置采样保持(chí)时间的,他说(shuō)这也是客户(hù)提(tí)的要求。因为如果这(zhè)个功能没有的话,客户在对不同的信号源进行采样的时候,就得被迫用同一(yī)种采(cǎi)样保持时间,那(nà)实际工作的(de)时(shí)候就存在众口难调(diào)的(de)问(wèn)题,有些(xiē)内阻比较(jiào)大的信号(hào)源要求比较(jiào)长的采(cǎi)样保持时间,如果加(jiā)信号调理的话就又需要(yào)额外的开(kāi)支了。现在的设计比较好,不同的通道(dào)独立配置时间,让(ràng)ADC配(pèi)置的适(shì)应性(xìng)灵活性更强了。
在这次新品发布(bù)会上,武汉米兰官方web站和芯源半导体提出了在安全方面新品是“黑客级安全代(dài)码(mǎ)防护”,对此张亚凡表示作为专业的MCU,必然考虑用户的代码及知识产权保(bǎo)护。尽管目前大多数MCU都支持多(duō)种(zhǒng)安全等级,阻(zǔ)止通(tōng)过SWD/ISP接口读取Flash内容。但通过下载间谍程序,用挟(jiā)持内核的(de)方式(shì)对Flash指令(lìng)区做数据访问一般都被允(yǔn)许(xǔ)。CW32L010则可以(yǐ)阻止这个入侵(qīn),米兰官方web站和芯源半导体独创性的允许用户划定(dìng)一块指令存储区(qū)域,在这个区域内只能通过指令总线(xiàn)取指令(lìng)执行,但不允(yǔn)许通(tōng)过数据总线(xiàn)访(fǎng)问数据(jù),用(yòng)户可以将(jiāng)敏感的代码(mǎ)库存储在这个区域,只(zhī)能调用(yòng),无法复刻。除(chú)此之外,CW32全系(xì)列产品(pǐn),符合IEC60730,IEC61508 功能安(ān)全设计规范。
此外,他还强调该MCU的IO口带有滤(lǜ)波(bō)防抖,“我们(men)用MCU的时(shí)候经常会用IO口来检测按键、或者继(jì)电器触点(diǎn)的状态变化,传统上的思路是,按键(jiàn)产(chǎn)生中断的时候不要立(lì)即马上去处理他,要延(yán)迟10个(gè)毫秒左右再去判断一次,如果两次判断(duàn)都(dōu)是有动作,那再去处理(lǐ)也不迟。今天这(zhè)个由软件来做的(de)按键(jiàn)防抖功能,我(wǒ)们用硬件来完成(chéng)了。”他解释说,“我(wǒ)们是怎么(me)做的(de)呢(ne)?我们的(de)IO口的信号传输到(dào)中断系(xì)统的(de)通道,可以选择去通过一个数(shù)字滤波器,而这个数字滤波器的刷新时钟可以在(zài)上面这些时钟源里面(miàn)去自由选择。那如(rú)果我们选择了这个速度比较低的LSI作为这个时钟源(yuán),那就相当于(yú)用比较慢的速(sù)度对(duì)这个输入信号进行了多次的确认,相当于节(jiē)省了软(ruǎn)件的开销了。同样的,如果外(wài)部有滤波(bō)电容的话也就不再需要原先那么大的,这(zhè)是节省了硬件开销了。”
此外,他表示该MCU的内部时钟源的温度特性和校准结果非常(cháng)优秀,“我(wǒ)们都知道,我们这个规格的MCU,配置外(wài)部晶体的客户是很(hěn)少的。系统稳定运行的时钟源基本都靠内部的RC振荡器来提供。这里(lǐ)如果(guǒ)没有(yǒu)设计好的话,很容易出现时钟偏差,严重的(de)时(shí)候还会影响串行通信波特率上不去,以及电(diàn)机转速不准确,时序响应不(bú)及时(shí)等等问题。而我们做(zuò)到的内部时钟(zhōng)的出厂精度是完(wán)全满(mǎn)足客户的苛刻要求的(de),目前没有客户(hù)对这(zhè)个(gè)性能指标不(bú)满意,在国内工艺制(zhì)程里面也很难找到(dào)对应的参数成绩。”他解释说。
针对(duì)未(wèi)来产品规划,他表示:“有的客户说,CW32L010很好,但是(shì)RAM容量4K还是偏(piān)少了一(yī)点,引脚数还是少了一点。那我们下一个产(chǎn)品会解决这个(gè)问题,那就是CW32L011,它被(bèi)设计为最大32个引脚,内(nèi)置(zhì)6Kbyte的(de)RAM,同时它是我们第(dì)一颗(kē)96M主频的(de)Cortex-M0+产品。”
此外,他透露:“另(lìng)外为(wéi)了更(gèng)好的适(shì)应电机控制应用(yòng),我(wǒ)们还会出(chū)一颗48Pin的产品,在继承了CW32L011的96M主频的同时,还增加了两(liǎng)路DAC、两(liǎng)路OPA、以(yǐ)及8Kbyte的RAM,DMA控制(zhì)器以及(jí)除(chú)法开方硬件单元,Cordic三角函数计算器等等硬件,使得她在应对电机控(kòng)制应用的时候更加的游刃有余。”
受益于物联网以及电子产品(pǐn)智能化的发展,近(jìn)几年全球MCU市场规模呈现增长的趋(qū)势。根据Precedence Research的数据,2022年全球MCU市(shì)场约(yuē)为282亿美元,预(yù)计2030年有望达582亿美元,未(wèi)来 8年(nián)CAGR为9.48%;同(tóng)时根据IHS和IC Insights也预测2022年中(zhōng)国MCU市(shì)场规模约为(wéi)390亿元(yuán),同 比增长7.7%,预计2026年将(jiāng)有望突破500亿元,未(wèi)来增长(zhǎng)潜力巨(jù)大。
在这个(gè)巨大的(de)增量市场中,虽(suī)然玩(wán)家众多,但是只要在产品上以客户需求为(wéi)导向(xiàng),精雕(diāo)细琢,精心打(dǎ)造(zào),总能开辟出属(shǔ)于自己的新赛道。
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