32位MCU迅速渗透嵌入式应用

【导读】进入2013年，全世界正在卷入一场智能化风暴，除了热门的智能手机和平板电脑，在移动互联网的带动下，智能电网、智能交通、智能家居、智能监控等智能化应用已从概念走向更成熟的设计。这其中，作为控制领域的核心，微控制器的最新发展既是嵌入式应用智能化的重要推手，反过来也是市场需求趋势的产物。

摘要：  进入2013年，全世界正在卷入一场智能化风暴，除了热门的智能手机和平板电脑，在移动互联网的带动下，智能电网、智能交通、智能家居、智能监控等智能化应用已从概念走向更成熟的设计。这其中，作为控制领域的核心，微控制器的最新发展既是嵌入式应用智能化的重要推手，反过来也是市场需求趋势的产物。

关键字：  飞思卡尔半导体，MCU，微控制器

在近期的一场产业和技术趋势媒体研讨会，飞思卡尔半导体(中国)有限公司高级市场营销及业务拓展经理黄耀君表示，随着应用复杂度的增加，以及业界越来越多32位微控制器(MCU)供应商出现，32位MCU正在很多领域替代传统的8位和16位MCU，并且价位越来越低，与后两者相差无几。

“32位MCU进入传统8位和16位控制器长期占据的市场，已是不争的趋势。32位控制器成本的迅速降低促成了这种转变，目前已有低于50美分的产品面世。”黄耀君指出，“除了替代低端领域，32位MCU也被一些高端化应用所采用，原因在于通用性。”他解释说，如果出现由于供货原因需要修改设计，8位微处理器的设计修改将会很麻烦，而目前基于ARM内核的32位处理器则很方便，有ARM这样统一开放的公共处理器平台，有大量第三方提供技术支持。

显然，客户已有这方面的考虑。黄耀君介绍，通过不同的调查中都发现，在中国如果是客户要自己做产品设计，超过50%的客户会只选择一个平台，有的客户同时会在高端和中低端的产品上都统一采用基于ARM平台的32位MCU，以减少不同平台的开发成本。

作为全球最大的微控制器产品提供商之一，飞思卡尔公司的PX系列Power Architecture架构微控制器、ColdFire等已经在业界获得广泛应用，甚至已经成为一些行业标准产品。“但这并不影响飞思卡尔提供基于ARM平台的领先控制器。”黄耀君指出，“而且我们是业内率先推出基于Cortex-M0+和M4控制器产品的半导体公司。飞思卡尔的Kinetis系列MCU产品组合共提供了超过200个基于ARM Cortex-M结构的低功耗、高性能、可兼容的微控制器。”

事实上，飞思卡尔这几年花费很多时间在开发ARM新产品，渐渐将重心转向ARM。尽管未来PowerPC架构与ARM架构会在飞思卡尔长期并存，但公司微控制器的新品开发重心落在后者身上，前者只是维持和延续客户的需求。

除了平台的变迁，黄耀君还指出32位MCU的其他趋势。“2013年，32位MCU的性能将进一步提高：内核方面，Cortex-M0会向M0+升级，Cortex-M3会向M4升级;资源上向多核和多存储方向演进，而高端的Cortex-A8/A9/A15会向A5X(ARM V8架构)升级。”他指出，“目前飞思卡尔已经有相关的新品研发，相信很快就会有新产品推出。”

ARM越来越丰富的生态系统，也带动飞思卡尔更快速的针对各种嵌入式应用提供丰富的产品选择。但与此同时，嵌入式系统厂商对半导体产品方案也提出越来越多不同于以往的产品功能和特性需求。“客户的要求越来越高，例如功耗越来越低，封装尺寸越来越小，多个串口，部分应用要求把高压驱动、安全功能、无线模块等功能加入进去。”黄耀君指出，设备商在不断追求更强大的功能和极致性能的过程中，嵌入式系统设计对控制器平台提出了越来越苛刻的要求，几乎所有的嵌入式微控制器产品都在试图满足这些需求趋势，当然每款控制器产品的侧重点会有不同，每个供应商都在付诸差异化努力。

从通用到专用的多样选择

黄耀君重点分享了飞思卡尔的Kinetis通用MCU系列以及专用MCU系列的在满足这些市场需求方面的主要技术特性。Kinetis L系列MCU采用M0+内核，功耗比M0降低15%，提供给客户从小封装到大封装的不同选择。另外采用CortexM4核的两个系列，分别为Kinetis K和X系列，均针对性能要求比较高的应用。今年还会推出针对5V家电应用的低电压微控制器，可以采用1.7-3V低电压供电。

除通用MCU外，飞思卡尔还有针对某种应用的专用SoC系列。现有的三个系列分别是针对无线连接应用的W系列，针对智能计量应用的M系列，以及针对多媒体和实时控制芯片Vybrid系列。

Kinetis W系列专用微控制器主要针对物联网、智能家居等应用。增加了无线连接性支持，扩展了Kinetis K系列基于ARM Cortex -M4的成功之处，将业界领先的sub-1 GHz和2.4 GHz 射频收发器与Cortex-M4内核成功集成，并针对无线应用进行了优化，提供了一个强大、可靠、安全的和低功耗的嵌入式无线解决方案。

Kinetis M 系列专门支持广泛的经济高效的单相或两相电表设计而设计，基于32位ARM Cortex-M0+内核微控制器。所有Kinetis M系列微控制器都包含一个模拟前端，使CPU的电源计算可以达到0.1%的精确度。

Vybrid系列提供基于ARM Cortex A5+Cortex M4多核或ARM Cortex A5单核的产品选择，涵盖产品让客户由Kinetis MCU入门级产品升级到带有片上SRAM的MPU，以及适用于工业市场高度集成、异构双核的MPU产品。Vybrid平台支持客户构建既可以单独或同时运行如Linux或MQX等高级操作程序的系统。采用40纳米工艺，功耗更低。

最后，黄耀君也谈到目前ARM Cortext-A5处理器。他认为，如果针对低功耗，处理器要求不是特别高的话，A5将是一个很好的选择。例如做智能手表，就可以采用A5，因为手表的功耗要求很低。他透露，飞思卡尔可能会在年底推出A5+M0双核架构的MCU，并带动一些新的应用机会，例如便携医疗产品或智能手机等。

心电监测仪应用案例分析

作为全球最主要的微控制器供应商之一，飞思卡尔的微控制器产品研发上具有丰富IP和应用开发经验，特别是在各种算法资源、OS(免费提供强大的MQX RTOS)以及强大的技术支持团队上。“飞思卡尔200多款Kinetis系列微控制器广泛应用在消费电子、工业控制、医疗保健和网络通信等领域，这些产品针对主要的应用在外设集成、功能和性能优化上均有业界领先的优势。”黄耀君指出。在研讨会上，黄耀君还重点分享了几个典型的应用案例，下面介绍其中基于Kinetis K53的心电图仪应用。[!--empirenews.page--]

通过内部集成了大量便携式医疗应用所需外设的Kinetis K53处理器系列，患者不需要去医院里面去做心电图，只需要用苹果的iPhone智能手机或iPad平板电脑，通过飞思卡尔的控制板以及几根电极，就可以轻松地实现心电图的自我检测应用，把心电图形和心率在手机中清楚地显示出来。

该Demo针对的应用主要是实现心电监测的家用便携式医疗保健产品，便携式产品的首要要求就是低功耗和便携性，Kinetis K50系列针对便携式医疗应用进行优化设计的一些独特的功能特性优势使其成为此类应用的理想之选。Kinetis K50系列基于Cortex-M4内核，在实现了高性能和高集成度条件下，本身就具备了非常好的低功耗特性。所集成的DSP和浮点单元功能让设计工程师可以实现轻松快速实现复杂算法，较短的时间内实现心电图监测，使设备大部时间内处于休眠模式从而节省功能。