摘要： 進入2013年，全世界正在卷入一場智能化風暴，除了熱門的智能手機和平板電腦，在移動互聯(lián)網(wǎng)的帶動下，智能電網(wǎng)、智能交通、智能家居、智能監(jiān)控等智能化應用已從概念走向更成熟的設計。這其中，作為控制領域的核心，微控制器的最新發(fā)展既是嵌入式應用智能化的重要推手，反過來也是市場需求趨勢的產物。
關鍵字： 飛思卡爾半導體，MCU，微控制器
在近期的一場產業(yè)和技術趨勢媒體研討會，飛思卡爾半導體(中國)有限公司高級市場營銷及業(yè)務拓展經(jīng)理黃耀君表示，隨著應用復雜度的增加，以及業(yè)界越來越多32位微控制器(MCU)供應商出現(xiàn)，32位MCU正在很多領域替代傳統(tǒng)的8位和16位MCU，并且價位越來越低，與后兩者相差無幾。
“32位MCU進入傳統(tǒng)8位和16位控制器長期占據(jù)的市場，已是不爭的趨勢。32位控制器成本的迅速降低促成了這種轉變，目前已有低于50美分的產品面世?！秉S耀君指出，“除了替代低端領域，32位MCU也被一些高端化應用所采用，原因在于通用性。”他解釋說，如果出現(xiàn)由于供貨原因需要修改設計，8位微處理器的設計修改將會很麻煩，而目前基于ARM內核的32位處理器則很方便，有ARM這樣統(tǒng)一開放的公共處理器平臺，有大量第三方提供技術支持。
顯然，客戶已有這方面的考慮。黃耀君介紹，通過不同的調查中都發(fā)現(xiàn)，在中國如果是客戶要自己做產品設計，超過50%的客戶會只選擇一個平臺，有的客戶同時會在高端和中低端的產品上都統(tǒng)一采用基于ARM平臺的32位MCU，以減少不同平臺的開發(fā)成本。
作為全球最大的微控制器產品提供商之一，飛思卡爾公司的PX系列Power Architecture架構微控制器、ColdFire等已經(jīng)在業(yè)界獲得廣泛應用，甚至已經(jīng)成為一些行業(yè)標準產品?！暗@并不影響飛思卡爾提供基于ARM平臺的領先控制器?！秉S耀君指出，“而且我們是業(yè)內率先推出基于Cortex-M0+和M4控制器產品的半導體公司。飛思卡爾的Kinetis系列MCU產品組合共提供了超過200個基于ARM Cortex-M結構的低功耗、高性能、可兼容的微控制器。”
事實上，飛思卡爾這幾年花費很多時間在開發(fā)ARM新產品，漸漸將重心轉向ARM。盡管未來PowerPC架構與ARM架構會在飛思卡爾長期并存，但公司微控制器的新品開發(fā)重心落在后者身上，前者只是維持和延續(xù)客戶的需求。
除了平臺的變遷，黃耀君還指出32位MCU的其他趨勢?！?013年，32位MCU的性能將進一步提高：內核方面，Cortex-M0會向M0+升級，Cortex-M3會向M4升級;資源上向多核和多存儲方向演進，而高端的Cortex-A8/A9/A15會向A5X(ARM V8架構)升級?！彼赋?，“目前飛思卡爾已經(jīng)有相關的新品研發(fā)，相信很快就會有新產品推出。”
ARM越來越豐富的生態(tài)系統(tǒng)，也帶動飛思卡爾更快速的針對各種嵌入式應用提供豐富的產品選擇。但與此同時，嵌入式系統(tǒng)廠商對半導體產品方案也提出越來越多不同于以往的產品功能和特性需求?！翱蛻舻囊笤絹碓礁撸绻脑絹碓降?，封裝尺寸越來越小，多個串口，部分應用要求把高壓驅動、安全功能、無線模塊等功能加入進去?！秉S耀君指出，設備商在不斷追求更強大的功能和極致性能的過程中，嵌入式系統(tǒng)設計對控制器平臺提出了越來越苛刻的要求，幾乎所有的嵌入式微控制器產品都在試圖滿足這些需求趨勢，當然每款控制器產品的側重點會有不同，每個供應商都在付諸差異化努力。
從通用到專用的多樣選擇
黃耀君重點分享了飛思卡爾的Kinetis通用MCU系列以及專用MCU系列的在滿足這些市場需求方面的主要技術特性。Kinetis L系列MCU采用M0+內核，功耗比M0降低15%，提供給客戶從小封裝到大封裝的不同選擇。另外采用CortexM4核的兩個系列，分別為Kinetis K和X系列，均針對性能要求比較高的應用。今年還會推出針對5V家電應用的低電壓微控制器，可以采用1.7-3V低電壓供電。
除通用MCU外，飛思卡爾還有針對某種應用的專用SoC系列?，F(xiàn)有的三個系列分別是針對無線連接應用的W系列，針對智能計量應用的M系列，以及針對多媒體和實時控制芯片Vybrid系列。
Kinetis W系列專用微控制器主要針對物聯(lián)網(wǎng)、智能家居等應用。增加了無線連接性支持，擴展了Kinetis K系列基于ARM Cortex -M4的成功之處，將業(yè)界領先的sub-1 GHz和2.4 GHz 射頻收發(fā)器與Cortex-M4內核成功集成，并針對無線應用進行了優(yōu)化，提供了一個強大、可靠、安全的和低功耗的嵌入式無線解決方案。
Kinetis M 系列專門支持廣泛的經(jīng)濟高效的單相或兩相電表設計而設計，基于32位ARM Cortex-M0+內核微控制器。所有Kinetis M系列微控制器都包含一個模擬前端，使CPU的電源計算可以達到0.1%的精確度。
Vybrid系列提供基于ARM Cortex A5+Cortex M4多核或ARM Cortex A5單核的產品選擇，涵蓋產品讓客戶由Kinetis MCU入門級產品升級到帶有片上SRAM的MPU，以及適用于工業(yè)市場高度集成、異構雙核的MPU產品。Vybrid平臺支持客戶構建既可以單獨或同時運行如Linux或MQX等高級操作程序的系統(tǒng)。采用40納米工藝，功耗更低。
最后，黃耀君也談到目前ARM Cortext-A5處理器。他認為，如果針對低功耗，處理器要求不是特別高的話，A5將是一個很好的選擇。例如做智能手表，就可以采用A5，因為手表的功耗要求很低。他透露，飛思卡爾可能會在年底推出A5+M0雙核架構的MCU，并帶動一些新的應用機會，例如便攜醫(yī)療產品或智能手機等。
心電監(jiān)測儀應用案例分析
作為全球最主要的微控制器供應商之一，飛思卡爾的微控制器產品研發(fā)上具有豐富IP和應用開發(fā)經(jīng)驗，特別是在各種算法資源、OS(免費提供強大的MQX RTOS)以及強大的技術支持團隊上?！帮w思卡爾200多款Kinetis系列微控制器廣泛應用在消費電子、工業(yè)控制、醫(yī)療保健和網(wǎng)絡通信等領域，這些產品針對主要的應用在外設集成、功能和性能優(yōu)化上均有業(yè)界領先的優(yōu)勢?！秉S耀君指出。在研討會上，黃耀君還重點分享了幾個典型的應用案例，下面介紹其中基于Kinetis K53的心電圖儀應用。[!--empirenews.page--]
通過內部集成了大量便攜式醫(yī)療應用所需外設的Kinetis K53處理器系列，患者不需要去醫(yī)院里面去做心電圖，只需要用蘋果的iPhone智能手機或iPad平板電腦，通過飛思卡爾的控制板以及幾根電極，就可以輕松地實現(xiàn)心電圖的自我檢測應用，把心電圖形和心率在手機中清楚地顯示出來。
該Demo針對的應用主要是實現(xiàn)心電監(jiān)測的家用便攜式醫(yī)療保健產品，便攜式產品的首要要求就是低功耗和便攜性，Kinetis K50系列針對便攜式醫(yī)療應用進行優(yōu)化設計的一些獨特的功能特性優(yōu)勢使其成為此類應用的理想之選。Kinetis K50系列基于Cortex-M4內核，在實現(xiàn)了高性能和高集成度條件下，本身就具備了非常好的低功耗特性。所集成的DSP和浮點單元功能讓設計工程師可以實現(xiàn)輕松快速實現(xiàn)復雜算法，較短的時間內實現(xiàn)心電圖監(jiān)測，使設備大部時間內處于休眠模式從而節(jié)省功能。
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