MCU的異構(gòu)集成會加速哪些技術(shù)領(lǐng)域的變革？

本刊編輯部

MCU的異構(gòu)集成會加速哪些技術(shù)領(lǐng)域的變革？

本刊編輯部

引 言

MCU目前出現(xiàn)兩大陣營，一種是傳統(tǒng)的通用型MCU，另一種是SoC型MCU，它們分別在新興市場發(fā)揮各自優(yōu)勢。各大半導體巨頭也迅速地進入MCU的異構(gòu)集成領(lǐng)域，這會對嵌入式產(chǎn)業(yè)及技術(shù)發(fā)展以及設(shè)計師們帶來哪些巨大影響？

業(yè)界聲音

針對MCU新出現(xiàn)的趨勢，工程師們該這樣選型？

嵌入式系統(tǒng)聯(lián)誼會秘書長 何小慶

現(xiàn)在的MCU主要分為兩類：專用的SoC型MCU和通用型MCU。SoC型MCU在市場上的產(chǎn)品很多，這類芯片的出現(xiàn)，從廠家的研發(fā)到推廣的力度，都比通用型MCU要大和強。像TI公司目前ARM類的MCU就是以SoC的MCU為主，并且針對IoT 領(lǐng)域。

恩智浦與Freescale 合并后，在SoC型MCU的研發(fā)力度比以前要大。恩智浦現(xiàn)在兩條腿在走路，一方面擁有通用型的MCU(比如54xx系列)，另一方面擁有SoC型的MCU。目前的市場現(xiàn)狀是：堅持通用型線路的MCU生產(chǎn)廠商為數(shù)不多，ST公司的Cortex-M0/M3/M4/M7系列還在此行列，目前擁有900多種產(chǎn)品；Silicon Labs的Gecko (小壁虎)系列也一直在走通用型路線，最近幾年，Silicon Labs專注在無線領(lǐng)域SoC型MCU上，內(nèi)核還是沿用小壁虎的內(nèi)核，外圍電路集成藍牙和ZigBee功能，Silicon Labs比較擅長關(guān)于IoT的Thread網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧。

從開發(fā)者的角度來講，該選擇通用型MCU還是SoC型MCU呢？可以從以下4方面來考慮：

① 從技術(shù)的角度選擇MCU：審視所要做的產(chǎn)品所涉及的無線協(xié)議的標準是否成熟。如果技術(shù)很成熟，又有許多成熟的產(chǎn)品在應(yīng)用，無論是RF的硬件技術(shù)還是IP軟件技術(shù)，我們選SoC型MCU的風險比較小，因為其把所有功能集成在一起，一旦出現(xiàn)問題，依靠廠家才能幫助解決。反之，如果工程師在做一款新的通信標準的產(chǎn)品，那么還是選擇通用型MCU+外圍無線通信模塊的組合方式為好，這樣當通信的硬件或軟件不成熟時，我們可以更改外圍電路部分，主控模塊的軟件部分則不用做修改。

② 根據(jù)產(chǎn)品來選擇MCU：當工程師要設(shè)計尺寸特別小的可穿戴設(shè)備時，如智能手環(huán)或手表，肯定會首選SoC型的MCU，如選擇集成了藍牙芯片的里邊攜帶一顆ARM Cortex-M3或M4的MCU，這樣的好處是不僅節(jié)省了很多元器件，減小了整個PCB尺寸，而且功耗更低，給產(chǎn)品帶來更大的競爭性。如果是工業(yè)類產(chǎn)品，對尺寸無特殊要求，那么可以任意選擇MCU的類型。

③ 考慮已有的產(chǎn)品平臺：工程師要考慮到，企業(yè)是否已有通用的MCU平臺，企業(yè)往往不止開發(fā)一款或一個系列的IoT產(chǎn)品，而是有多條產(chǎn)品線，數(shù)十人或幾百人的團隊在做項目。如果公司已有通用型平臺，那么就要選擇一款通用型的MCU，像恩智浦的LPC系列。在企業(yè)已有大量已經(jīng)開發(fā)好的軟件的狀態(tài)下，就不會特別贊成工程師們選擇SoC型MCU。

④ 根據(jù)價格和供貨角度選擇MCU：通用型的MCU市場競爭激烈，MCU本身的價格會更便宜；做整體方案時，要考慮供應(yīng)鏈的問題，在選擇某個公司的某一款SoC型 MCU時，替代性比選擇通用型MCU加外圍通信模塊的方案余地要小，對廠家的依賴度更大，若廠家的價格或供貨周期出現(xiàn)問題，那么對產(chǎn)品正常的發(fā)貨和影響會很大。通用MCU可替代性要好些，供貨問題也是工程師朋友選擇MCU的時候要注意的地方。

支持多種無線協(xié)議的SoC正在開啟全新物聯(lián)網(wǎng)時代

Silicon Labs微控制器產(chǎn)品高級營銷經(jīng)理 ?ivind Loe

將各種功能集成到MCU中有許多益處，包括更低的解決方案成本、更小的占板面積和更高的功能集成度，進而可產(chǎn)生更高的性能和更低的功耗。為了滿足物聯(lián)網(wǎng)(IoT)市場的需求，市場上已經(jīng)出現(xiàn)了一類全新的、高度集成的、支持多協(xié)議連接的無線MCU。我們認為，這類多協(xié)議無線MCU(也稱多協(xié)議SoC)正是異構(gòu)MCU的一種形式。作為將硬件和軟件工程工作結(jié)合在一起的結(jié)果，我們看到能夠支持多種無線協(xié)議的無線MCU和SoC實現(xiàn)了快速增長。這些多協(xié)議器件開啟了全新的物聯(lián)網(wǎng)功能，例如在其他無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中實現(xiàn)簡化的設(shè)備配對和藍牙信標功能。多協(xié)議SoC也支持在所部署設(shè)備的生命周期中對它們進行無線更新，并且提供了一種簡單的方法可以與傳統(tǒng)的專有協(xié)議協(xié)同工作。開發(fā)人員力圖在簡化終端節(jié)點設(shè)計的同時添加無線連接功能，目前，來自多家供應(yīng)商的、先進的多協(xié)議、多波段SoC正在為他們提供更大的靈活性和更多的開發(fā)選擇。

Silicon Labs的多協(xié)議Wireless Gecko SoC可以為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供靈活的無線連接和價格/性能選擇。Wireless Gecko產(chǎn)品系列集成了強大的ARM Cortex-M4內(nèi)核、節(jié)能的Gecko技術(shù)、高達19.5 dBm輸出功率的2.4 GHz無線收發(fā)器，以及先進的硬件加密技術(shù)。Wireless Gecko SoC提供用于網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的最佳Thread和ZigBee協(xié)議棧、用于專有協(xié)議的直觀的無線軟件接口、用于點對點連接的Bluetooth Smart，以及用于簡化無線開發(fā)、配置、調(diào)試和低功耗設(shè)計的Simplicity Studio工具，從而加速無線產(chǎn)品的設(shè)計。

提供全套軟硬件系統(tǒng)解決方案，助力工程師研發(fā)項目

Microchip 8位單片機產(chǎn)品部產(chǎn)品營銷經(jīng)理 Wayne Freeman

歸根結(jié)底，客戶要尋找的是一個能滿足其所有需求的全套系統(tǒng)解決方案。我們并不必費盡心思地將各種各樣的功能物理集成到單顆MCU中；我們要做的是構(gòu)建滿足客戶需求并能簡化和縮短開發(fā)過程的解決方案。這些系統(tǒng)解決方案并非專注于獨立元件，而是專注于一個融合軟硬件的完整解決方案，它能輔助嵌入式設(shè)計人員更快地從階段A進行到階段B。這是我們從客戶那里了解到的他們的期望，以及我們所看到的市場風向。

Silicon Labs提供的解決方案有集成多種功能的單顆芯片或可加快應(yīng)用原型開發(fā)的交鑰匙方案，從而使設(shè)計周期更短，更具成本效益。這種解決方案的重點是，通過降低客戶對特定設(shè)計領(lǐng)域的專業(yè)知識的要求，使不同行業(yè)的客戶均能受益。客戶現(xiàn)在可以將連接或安防等元素看作一個個功能模塊，在設(shè)計的整個生命周期隨意添加而無需重新設(shè)計，進而輕松擴展應(yīng)用的功能。

全套系統(tǒng)解決方案通過利用集成硅晶片、開發(fā)硬件和軟件工具的生態(tài)系統(tǒng)，使得某一應(yīng)用能在多個不同項目中重用。此外，在基于MCU的解決方案中，更高級別的集成允許工程師通過減少BOM和設(shè)計的總尺寸來滿足設(shè)計的成本目標。例如，可將一款單片機與一臺射頻收發(fā)器集成到一個片上系統(tǒng)中，減小電路板尺寸，降低總功耗及設(shè)計復(fù)雜度，從而加快智能家居應(yīng)用的開發(fā)過程。

這些技術(shù)改變降低了設(shè)計風險，同時賦予設(shè)計人員更大的靈活性，不僅使設(shè)計更快投放市場，而且還降低了系統(tǒng)成本。幾乎所有行業(yè)(如消費電子、醫(yī)療、工業(yè)自動化及汽車等)均能從集成中獲益。

異構(gòu)集成推動嵌入式與IoT行業(yè)的整體進步

恩智浦微控制器業(yè)務(wù)線高級工程師 宋巖

嵌入式應(yīng)用的眾口難調(diào)與IoT應(yīng)用的高速發(fā)展，是推動異構(gòu)集成的原動力。通用CPU的通用性決定了它不能面面俱到，因此，加入專用的協(xié)處理器或可編程硬件加速引擎，順理成章就成為取長補短的首選。比如高端的音頻DSP和專用的安全處理單元，對于需要安全連接的智能語音識別和音頻設(shè)計非常有好處；而圖形圖像專用硬件的集成，則打開了MCU平臺進入高級HMI和視覺應(yīng)用的大門。

近年來，隨著IoT與萬物互聯(lián)的爆發(fā)，需要無線和高頻相關(guān)的硬件設(shè)計，以及多種傳感器的使用。在MCU中集成無線模塊、傳感器融合算法加速引擎等，滿足了IoT節(jié)點和穿戴設(shè)備的需要。說起異構(gòu)集成自然要提到異構(gòu)多核，這類集成留給用戶發(fā)揮的空間最大。比如M4與M0+的集成，M0+可以做任務(wù)分擔、負載均衡、硬件加速、組件隔離等多種應(yīng)用場景，提高了能效和性能。A7+M4的異構(gòu)，則更多發(fā)揮M核在能效和實時性的優(yōu)勢。

恩智浦在異構(gòu)集成領(lǐng)域擁有全方位的產(chǎn)品和解決方案。比如雙核的LPC4300與LPC54100系列通用MCU，集成了ZigBee、BLE和傳感器算法加速的多款無線MCU(如QN/JN/KW產(chǎn)品系列)，在新發(fā)布的i.MX RT上集成了可用于顯示和攝像的像素處理加速管道，以及i.MX 7系列的A7+M4等配置。在今后的產(chǎn)品路線圖中，恩智浦會在多種異構(gòu)集成上持續(xù)創(chuàng)新，助力行業(yè)的整體進步。

編輯視角

目前的市場現(xiàn)狀是，通用型MCU和SoC型MCU共同存在。最近一段時間，SoC型MCU的種類會更多一些，廠家也更多一些，這是因為IoT在無線通信領(lǐng)域的發(fā)展會隨著標準不斷地快速更新，比如華為推出的NB-IoT芯片，市場競爭更為激烈，需要更多的專用型芯片。通用型MCU用途比較廣泛，當然也會在市場中繼續(xù)存在。