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精雕(diāo)细琢打造MCU,开(kāi)辟属于自己的Cortex-M0+新赛道!
文章转(zhuǎn)载(zǎi)来源(yuán):张国(guó)斌
原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s/6Foe6C4MND-K9kbXl0SJ6w
Cortex™-M0+是ARM公司2012年(nián)发布的一款(kuǎn)拥有极(jí)高能效(xiào)的低功耗(hào)、低成(chéng)本微控(kòng)制(zhì)器内核IP,基于(yú)32位ARMv6内核架构,支(zhī)持Thumb/Thumb-2子集ISA,单核心,如(rú)果采用(yòng)低成本的90nmLP工艺制造,其核心面积区区0.04平方毫米,每MHz单位频率消耗的电流、功(gōng)耗分别(bié)仅有9μA、11μW,基(jī)于该内(nèi)核的(de)MCU可广泛用于家(jiā)用器具(jù)、白色家电、医疗监控、测量、照明(míng)、马达控制设备等领域(yù)。
发布10多年来,基于Cortex™-M0+的MCU已经大量出货,知(zhī)名的半导体厂(chǎng)商如(rú)TI 、ST 、NXP等多家(jiā)MCU厂商都推出了基(jī)于Cortex™-M0+的MCU ,如今(jīn),物联网市场如火如荼(tú) ,在(zài)大量基于(yú)Cortex™-M0+的MCU已经面市的情况下,Cortex™-M0+ MCU在以这片(piàn)红(hóng)海中还有发展的空间(jiān)吗?
答案是(shì):有(yǒu),近日武汉华体会hth和芯源半导(dǎo)体推出的基于Cortex™-M0+内核CW32L010新品系列就是通(tōng)过差异化的细节设计开辟了属(shǔ)于自己(jǐ)的新赛道。
武汉华体会hth和芯源半导体有限公司技术总监张亚凡在接受电子创新网独(dú)家专访时(shí)表示:“我(wǒ)们此次新品发(fā)布(bù)打(dǎ)出的口(kǒu)号是“树立M0+产(chǎn)品行业新(xīn)标杆”,目前我们提供三(sān)种封装形式,分别是QFN20,TSSOP20和SOP16。分(fèn)别针对当前通用(yòng)应用环境下的小型化需求、标准兼容需求以及引脚间距大一些、引脚数要求少一些(xiē)的(de)需求。”
他补(bǔ)充说该产品(pǐn)瞄(miáo)准的是需求量最大的通(tōng)用(yòng)20引脚入门级(jí)32位MCU市场,最大的引(yǐn)脚数就是20。和早期功能简单的8位机相比,华体会hth和芯源半导体(tǐ)提供了高达64Kbyte的FLASH容量和(hé)高达(dá)4Kbyte的RAM容量。
“这是因为很多(duō)客户发现在(zài)开发过程(chéng)中,如果用市面上常规(guī)的20引脚产品,Flash配置通常为16K,32K,RAM通常为(wéi)2K或者1K,经常(cháng)遇(yù)到(dào)存储容量不够导致开发进行不下(xià)去的问题。我们这次得益于华虹在90nm制程上Flash技术(shù)的(de)长足发展(zhǎn),直接给到(dào)客户翻倍的存(cún)储容量,让客(kè)户(hù)在入(rù)门级的MCU上也(yě)可以灵活(huó)安排程序和(hé)数据(jù)存储。”他指出,“除此之外,作为一(yī)个标准品(pǐn)通用MCU,我们该提供(gòng)的配(pèi)置都(dōu)有提供,没有过度的(de)裁(cái)剪。比如说(shuō)应该配(pèi)备的、各种定时器、ADC、SPI、I2C、UART等等。另外值得注意的是(shì),这是一个标准工业级温度(dù)范围的、具备宽电(diàn)压工作特性(xìng)的、经由正(zhèng)规设计、验(yàn)证和测试流程,用(yòng)正(zhèng)向研发(fā)方式做出来的产品(pǐn),是我们华体会hth和芯源半导体在MCU技术(shù)道路上的一(yī)个重要里程(chéng)碑。
”据介绍,CW32L010系列(liè)采用主频高达48MHz的ARM® Cortex®-M0+内核(hé),配备高速嵌(qiàn)入式存储器,包括(kuò)多达64K字节FLASH和4K字节SRAM。该系(xì)列(liè)接口丰富,所有(yǒu)型号均提供(gòng)完整的通(tōng)信接口(双路(lù)UART、一路SPI和(hé)一路I2C),以及12位高速ADC、四组通用和基本定时器、一组低功耗定时器和一组高(gāo)级控制PWM定时器。
此外,CW32L010支持在-40℃至85℃的(de)工作温度范(fàn)围内运行,供电电(diàn)压范(fàn)围为(wéi)1.62V至5.5V,同时具备Sleep和DeepSleep两(liǎng)种低功耗模式。
此外,它还(hái)有如下特(tè)点:
1、64K超大(dà)Flash存(cún)储容(róng)量, 数据保持时间长达25年,支(zhī)持(chí)擦写保护、读保(bǎo)护和安全运(yùn)行库(kù)保护功能。
2、黑客级代码(mǎ)安全防(fáng)护:创新的安全特性 - 允许用户划(huá)定(dìng)一(yī)块(kuài)指(zhǐ)令存(cún)储区域(yù),仅(jǐn)通过指令总线取(qǔ)指令执行(háng),禁止(zhǐ)数据总线访问,即使攻(gōng)击者(zhě)尝试(shì)通过下(xià)载间谍程(chéng)序挟持内(nèi)核也无法(fǎ)访问(wèn)该区域,有(yǒu)效保护敏感算法和关(guān)键(jiàn)功能。
3、极(jí)限超(chāo)低功耗:待机电流低至0.3uA - 高温待机电流(liú)仅为1.2uA,远(yuǎn)低(dī)于竞品平均水平。
4、全新设计的高级(jí)定时器(qì):兼容(róng)G4相关IP - 新增PWM移相、多点比较等(děng)功(gōng)能,单个高级定时(shí)器支(zhī)持多(duō)达6对互补PWM输出,灵活(huó)调整PWM边沿位置。
5、高(gāo)精度RTC补偿:补偿精度(dù)达0.060ppm - 支持亚秒级读(dú)数,优化了RTC补偿机制。
6、全面升级的低功(gōng)耗串口:支持LIN、RS485硬件使能 - 接收数据时(shí)可(kě)灵(líng)活配(pèi)置接口电平,产生关键字中断和帧超时中(zhōng)断,支持多(duō)种硬件功能。
7、出色的Latch Up测试成绩:高温闩锁门(mén)限测(cè)试成绩高达±600mA - 远(yuǎn)高于(yú)行业一般(bān)水平(píng),提供(gòng)强大的ESD防护能力,是相比竞(jìng)品一般水(shuǐ)平的(de)3~6倍。
8、高性能ADC:16路ADC输入,采样率(lǜ)可达2M – 各(gè)通道采样保持时间可独(dú)立配置,适(shì)应不同应用需求。
9、内部时(shí)钟源特性优异:内置(zhì)RC时钟源技术特性优于(yú)竞品 - 无论是HSI还是LSI,都表现出色,降低了(le)对外(wài)置晶体的(de)依赖,优化了成本。
张亚凡特别(bié)指(zhǐ)出(chū)该新品超低功耗评估指标(biāo)非常多,一般将待机电流(常温/高(gāo)温)、全(quán)速运行(háng)电流等(děng)几个(gè)主(zhǔ)要(yào)指标拿出来(lái)比较,CW32L010采用特别工(gōng)艺制程,将待机电流控制在0.3uA,特(tè)别是高温待机电流是(shì)竞品平均(jun1)水平的1/4~1/8。
精雕细琢打(dǎ)造(zào)产品(pǐn),细节见真章
他表示在高(gāo)速ADC方面,CW32L010的ADC配置比以前增加了一个功能:就是(shì)每(měi)个采样(yàng)通道都是(shì)可以独立配置采样(yàng)保持时(shí)间的,他说这也是客户提的(de)要求(qiú)。因(yīn)为(wéi)如果这个功能没有的话,客(kè)户(hù)在(zài)对不同的信号源进行采(cǎi)样的时候,就得(dé)被迫用同一种采样保持时间,那实际工作的时候就存在众口(kǒu)难调的问(wèn)题(tí),有些(xiē)内阻(zǔ)比较大的信号源要求比较(jiào)长的采样(yàng)保持时间(jiān),如果加(jiā)信号调理的(de)话就又需要额外的开支了。现在(zài)的设计比较(jiào)好,不同的通道独立(lì)配置时间,让ADC配置的适应性灵活性更强了。
在(zài)这次(cì)新品发布会上,武汉(hàn)芯(xīn)源半导体提出了在安全方面新(xīn)品是“黑客(kè)级安(ān)全代码防护”,对此张亚(yà)凡表示作为专(zhuān)业(yè)的MCU,必然考虑用户的代码及知识产权保护。尽管目前大多数MCU都支持多(duō)种安全等级(jí),阻止通过SWD/ISP接口读取Flash内容。但通过下载间谍程序,用(yòng)挟持内(nèi)核的方式对Flash指令区做数据(jù)访问一般都被(bèi)允(yǔn)许。CW32L010则可以阻止这个入侵,华体会hth和芯源(yuán)半导(dǎo)体独(dú)创性的允许用户(hù)划定一块指令存(cún)储区域(yù),在这个区域内只能(néng)通(tōng)过指令总线取指令执行,但不(bú)允许通过数据(jù)总线访问数据(jù),用户(hù)可(kě)以将(jiāng)敏感(gǎn)的代码库存储在这个区域,只能调用,无法复(fù)刻。除此之外,CW32全系列产品,符(fú)合IEC60730,IEC61508 功能安(ān)全设计规(guī)范。
此外,他还强(qiáng)调该MCU的(de)IO口(kǒu)带(dài)有滤波防抖,“我们用MCU的时候经常(cháng)会用IO口(kǒu)来检测按(àn)键、或者继电(diàn)器触(chù)点的状(zhuàng)态变化(huà),传统上的思路是,按键产生(shēng)中(zhōng)断的时(shí)候不要立即马上去处理(lǐ)他,要延迟10个毫秒左右再去判断(duàn)一次,如果两次判断都是有动作,那再去处理也不迟。今天这(zhè)个由软件(jiàn)来做的按(àn)键防抖功能,我们用(yòng)硬件来完成了(le)。”他解释说,“我(wǒ)们是怎(zěn)么做的呢?我们的IO口的信(xìn)号传输到中(zhōng)断系统(tǒng)的通(tōng)道(dào),可以选择(zé)去通(tōng)过一(yī)个数(shù)字滤波器,而(ér)这个数字滤(lǜ)波(bō)器的(de)刷新时钟可以(yǐ)在上(shàng)面(miàn)这些时钟源里面去(qù)自由(yóu)选择。那(nà)如果我们选择了这个(gè)速度(dù)比较低的(de)LSI作为这(zhè)个时(shí)钟源,那就相当(dāng)于(yú)用比(bǐ)较慢(màn)的速(sù)度对这个输入信(xìn)号进(jìn)行(háng)了多次的确认,相当于(yú)节(jiē)省了软件的开销了。同样(yàng)的,如果外部有滤波(bō)电容的话也就不再需要原先那么大的,这是(shì)节省了硬件开销了。”
此外(wài),他表示该MCU的内(nèi)部时(shí)钟源的温度特性和校(xiào)准(zhǔn)结果非常优秀,“我(wǒ)们都知道,我们这个(gè)规格的MCU,配置外部(bù)晶体的客户是很少的。系统(tǒng)稳定运(yùn)行的(de)时钟源基本都靠内部的RC振荡器来提供。这里(lǐ)如果没有设计好的话(huà),很容易出(chū)现时钟偏(piān)差,严重的时候还会影响串行通信波特率(lǜ)上(shàng)不去,以(yǐ)及电机转(zhuǎn)速不准确,时序响应不及时等等(děng)问题。而我们做到的(de)内部时钟的(de)出厂精度是完全满足客户的(de)苛刻要求的,目前没有客户对(duì)这个性(xìng)能指标不满意,在国内工艺(yì)制程(chéng)里面也很难找到对应的参数成绩(jì)。”他解释说。
针对(duì)未来产(chǎn)品规划,他(tā)表示:“有的客户说,CW32L010很好,但是RAM容量4K还是偏少了一点,引脚(jiǎo)数还是少了一(yī)点(diǎn)。那(nà)我们下一个产品会解决这个问题,那就是CW32L011,它(tā)被设计为最大32个(gè)引脚,内(nèi)置6Kbyte的RAM,同时它是我(wǒ)们第一颗(kē)96M主频的Cortex-M0+产品。”
此(cǐ)外,他透露(lù):“另(lìng)外为了更好(hǎo)的适应电机控(kòng)制(zhì)应用(yòng),我们还会出(chū)一颗48Pin的产品,在继承(chéng)了CW32L011的(de)96M主频的同时,还增加(jiā)了两路DAC、两路(lù)OPA、以及8Kbyte的RAM,DMA控制器以及除(chú)法开(kāi)方硬件单元,Cordic三(sān)角函数计算器等等硬(yìng)件,使得她(tā)在应对电机控制应用的时候更加的游刃有余。”
受益于物联网(wǎng)以及电子(zǐ)产品智能化的(de)发展(zhǎn),近几(jǐ)年(nián)全球(qiú)MCU市场规模呈现(xiàn)增长的趋势。根据Precedence Research的数(shù)据,2022年全球MCU市场(chǎng)约(yuē)为282亿美元(yuán),预计2030年有(yǒu)望达582亿美元,未来 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(tóng) 比增长7.7%,预计2026年将有望突(tū)破500亿元,未(wèi)来增(zēng)长潜(qián)力巨大。
在这个巨大的增量市场中,虽然玩家(jiā)众多,但(dàn)是只(zhī)要在产品上以客户需(xū)求为导(dǎo)向,精雕(diāo)细琢(zhuó),精(jīng)心打造,总(zǒng)能开辟出属(shǔ)于自己的新赛道。