mcu未来发展方向及前景分析（mcu未来发展方向及前景如何）

德州仪器(TI) 宣布推出全新高性能微控制器(MCU) 产品系列Sitara AM2x，适用于工业应用中的实时控制、网络和边缘分析应用。全新Sitara AM2x MCU的计算能力比传统基于闪存的MCU高出10倍，从而缩小了MCU与MPU之间的差距，以满足工业自动化、汽车系统和能源管理等应用的智能分析。先进的网络和实时控制要求。

MCU还有哪些发展潜力？

“工业应用中的终端设备形式多种多样，对电控系统的要求也不同。有的要求控制简单，有的要求控制复杂。但无论如何，高性能、实时性、高集成度和易用性是必须的。”使用是未来高性能的关键。工业应用所需的性能。” TI 中国嵌入式和DLP 应用技术总监施颖说道。

在《利用Sitara AM2x MCU 创新实时控制、网络和分析性能》白皮书中，TI 应用工程师Sahin Okur 和系统工程经理Arnon Friedmann 阐述了当前工业4.0 技术革命时代，对MCU 的要求正在发生变化。创新，包括以下三个方面：

实时控制

由于系统对时间要求严格，在进行实时控制时，系统需要具备原始数据处理能力，能够在要求的精确时间内控制信号。模拟信号的精确控制至关重要，可以通过改进控制算法来提高电机驱动的可靠性和电动汽车的效率。因此，上述改进算法的处理要求已经超出了传统MCU的功能范围。

工业网络

工厂需要交换不同类型的数据，因此必须快速采用多种工业以太网标准来支持机器之间的实时通信。只有实现这种连接，才能提高系统的性能、安全性和可靠性。系统设计人员正在寻找与许多不同协议标准兼容且运行速度高达1Gbps 的集成网络解决方案。

边缘分析

正如系统级连接可以实现实时通信一样，机器学习算法的改进可以促进本地优化，其中每个机器或节点都可以执行操作，而无需等待集中决策。边缘处理显着缩短了响应时间，从而实现更好、更安全的人机协作。

传统MCU的能力已经不能满足工厂对更高性能的需求。正是如此，各个厂商都在MPU方面大力发力，推出更多高性能的处理器，但对于很多工业应用来说，MCU的功能仍然是不可或缺的。

正如链条的强度取决于其最薄弱的环节一样，模数转换也不例外，但MCU 是链条中经常被忽视的元素。在许多工厂系统中，例如电机控制和机器人，这种鲜为人知的处理器负责监督模数转换和数模转换过程，但人们的高性能计算和控制需求对处理器的性能提出了更高的要求。能力。

MCU+MPU=Sitara AM2x

世英表示，Sitara AM2x系列产品将MPU的高性能与MCU的设计简单性结合在一起，是不同功能和外设的组合。

时颖详细解释道：“Sitara AM2x结合了MPU通常具备的高性能ARM Cortex-R系列CPU内核、高性能RAM和高速信号处理功能，还提供了高速实时工业通信总线接口并结合了MCU 的安全功能和实时外设。”

高性能处理、硬件加速器、外围设备集成和片上安全性是AM2x系列的重要创新，施颖分别进行了讲解。

高性能处理

时英表示，AM2x系列包括四个800MHz Cortex R5F内核和一个负责控制部分的400MHz Cortex M4。总共可以提供6400 DMIPS的计算能力。 AM2x采用16nm FinFET工艺，功耗不到1W，非常合适。在工业等恶劣环境中。展望未来，TI预计R5F的核心频率将提升至1GHz。

该器件的多核架构还可以扩展多个不同核心的操作，从而简化以不同时间间隔运行的不同功能的软件调度。例如，将实时控制与网络解耦可以减少给定内核的中断数量，并且可以更轻松地维护对所有操作的细粒度控制。

除了处理核心之外，AM2X还运用了许多MPU在存储技术方面的专业知识。集成高达2MB 的片上RAM (OCSRAM) 和SECDED ECC，并且可以以256KB 为增量分为更小的存储体，最多8 个独立的存储体，每个存储体可以分配给一个内核以简化软件任务。同时，该MCU还额外支持LPDDR4和DDR4，使其能够实现更快的数据读取和更高的吞吐量。

TI Sitara 产品线经理Mike Pienovi 表示：“我们的客户应用不断增长且更加复杂，他们需要更多的边缘计算能力。”

硬件加速

网络已成为下一代智能工厂的关键要素，但由于当前使用多种标准和1Gbps 网络的推动而变得复杂。集成的可编程网络加速模块可实现支持多种协议的各种工业网络场景。传统的MCU无法与上述许多协议互操作，因此设计人员必须使用外部通信设备，这增加了设计的成本和功耗。

Sitara AM2x MCU 集成了TI 的PRU-ICSS-Gb，这是一种可编程、灵活的千兆位网络引擎。对于一般的MCU来说，支持千兆以太网的并不多，最多支持100Mbit/s。 AM2x的千兆以太网可以满足TSN协议的通信需求。

PRU 是一款32 位加载/存储RISC 架构小端处理器。每个PRU有32个通用寄存器R0~R31、4K字节指令RAM和512字节数据RAM。 PRU没有Cache、指令流水线和乘法指令，因此执行速度可以更快。

通过PRU，包括PROFINET IRT、Ethernet/Internet Protocol、EtherCAT 和IO-Link 等协议，AM2X 可以提供相应的开箱即用解决方案，无需额外组件或许可费用即可轻松实施。工厂连接。

时英表示，AM2x可以提供从物理层的千兆以太网接口到协议层和软件的全面支持。客户不再需要使用可编程逻辑控制器或远程I/O将这些协议执行从FPGA迁移到开箱即用的MCU，可以大大简化客户实施工业以太网协议的方式。

PRU除了支持网络物理层外，还可以实现电机控制等处理功能，进一步增加了AM2x系列的应用领域，特别是对于连接要求更加严格的场景。

“通过这些硬件加速器，更高带宽或计算密集型应用程序可以移植到专用内核，以降低功耗、PCB 面积和总体系统成本。”迈克说。

周边整合

高级模拟集成是Sitara AM2x MCU 架构的另一个重要方面，提供专用模拟和控制外设，例如高分辨率脉宽调制器(PWM) 和模数转换器(ADC)。这些外设对于实现性能改进（例如提高电机稳定性或能源效率）至关重要。与使用单一集成解决方案的其他TI 产品相比，新产品系列采用了先进的模拟设计。集成这些功能可简化系统设计、减少对额外组件的需求、降低成本并加快上市时间。集成ADC 和PWM 提高了整体控制精度并减少了延迟，使控制周期时间低至3s。

片上安全

对于工业互联网来说，安全是一切实现的基础。 AM2X提供各种功能安全和信息安全保护措施，确保系统加载IEC 61508工业安全标准，或汽车领域的ISO26262标准。

在信息安全方面，AM2X提供可编程安全密钥和灵活的防火墙配置，集成安全协处理器用于密钥和安全管理，支持包括AES、MD5、SHA2等常见加密算法，并采用Cortex R5，因此还支持Arm TrustZone基于可信执行环境。

为了实现功能安全，具有专用存储器、接口和M4FSS 的MCU 域可以与具有防干扰(FFI) 功能的较大SoC 隔离。开发人员不仅可以使用集成的M4F内核作为系统看门狗，还可以不间断地预设器件的其余部分。网络外设还可以独立于主Arm Cortex R5F 处理器运行。

总结

对于那些设计实时控制和边缘系统的人来说，在不增加复杂性的情况下突破性能界限是一个挑战。 Sitara AM2x MCU 系列打破了这些性能界限。 “AM2x不仅是一款实时高速MCU，也是TI嵌入式产品系列的一部分。它不仅满足工业4.0的高性能要求，还兼顾了工业4.0的易用性和成本效益。系统设计。”世英总结道。目前AM2x只推出了三款产品，但未来将会增加，以更好地满足市场需求。

为了简化工程师的开发，TI完善了相关生态系统，包括开发套件、开发环境、SDK、操作系统等。同时，TI还推出了全新的MCU+学院。工程师可以定义自己的学习课程来完成处理器及其配套工具和SDK的学习。

事实上，TI不仅在模拟领域具有优势，而且在嵌入式处理器领域也是领导者之一。根据TI 2020年财报，该部门业务收入为25.7亿美元。 TI的嵌入式处理器主要针对工业和汽车领域，范围从简单的低成本MCU到高性能专用处理器。 MCU包括基于Arm的MCU、低功耗MCU MSP430、实时控制MCU C2000和无线MCU，而处理器包括基于Arm的MPU和DSP。通过丰富的处理器品种，我们可以更好地满足工业和汽车领域客户的个性化需求，包括功耗、集成度、计算能力、网络能力、安全性、成本等不同指标。

责任编辑：彭静