嵌入式系統(tǒng)設(shè)計人員在為特定項目選擇最合適的微控制器單元（MCU）時非常了解這種感覺，因為有一系列令人難以置信的選項可供選擇。每個供應商可能有多個系列（通?；谕耆煌?a target="_blank">處理器架構(gòu)），每個系列都提供無數(shù)種變體（引腳、封裝、外設(shè)、內(nèi)存等）。除此之外，將應用程序從其中一個系列遷移到另一個系列可能非常耗時且容易出現(xiàn)問題，以至于甚至從未嘗試過這種重新定位，即使遷移到不太復雜的設(shè)備可以節(jié)省資金，或者遷移到更強大的設(shè)備可以支持更多功能?；谒羞@些，設(shè)計師有時會感到“被寵壞了”也就不足為奇了（而且不是以一種好的方式）。

另一方面，確實有必要涵蓋廣泛的要求和部署。一些應用需要超低成本MCU，而另一些則需要超低功耗，許多現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需要包含片上無線連接的MCU。此外，目前正以指數(shù)級速度增長的一個技術(shù)領(lǐng)域是智能MCU，它能夠執(zhí)行極高水平的計算，同時提供高水平的安全性。這些MCU通常還需要執(zhí)行復雜的人工智能（AI）和機器學習（ML）任務。所有這些都需要在“邊緣”進行，這是互聯(lián)網(wǎng)與現(xiàn)實世界相遇的地方（或“橡膠與道路相遇的地方”）。

適用于智能家居、城市和工廠的智能MCU

后一類MCU的目標部署包括智能家居、智能城市和智能工廠，包括新興的工業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)邊緣應用。我們已經(jīng)熟悉了語音助手和智能恒溫器之類的東西，它們學會了適應我們在家中的獨特要求。下一步將是擁有智能設(shè)備，如洗衣機和烘干機，可以在潛在問題發(fā)生之前檢測到它們，并提醒其所有者對其進行維修是個好主意。不久之后，一些設(shè)備，例如電動烤面包機，同時支持視覺和語音，因此它們可以識別多個用戶并相應地展示他們的烤產(chǎn)品（面包，百吉餅，羊角面包，華夫餅......）。

您是否曾經(jīng)坐在紅綠燈前沮喪地擺動拇指，因為十字路口沒有任何綠燈的車輛？這不應該發(fā)生在智慧城市的情況下。此外，使用位于路口的攝像頭，智能MCU應該能夠看到您的汽車接近，意識到?jīng)]有其他交通，并在您到達路口之前將燈更改為綠色。

在智能工廠的情況下，執(zhí)行反應性維護不再可行 - 這意味著等待某些東西損壞然后修復它 - 因為工廠的整個運營可能會中斷。同樣，定期維護 - 包括在任何事情發(fā)生故障之前按照重要的時間表檢查事物并更換可能仍有使用壽命的零件 - 在人員和材料方面可能很快成為非常昂貴的選擇。一種更高效、更具成本效益的方法是預測性維護，智能MCU采用AI和ML技術(shù)來監(jiān)控機器，檢測異常，識別潛在問題，并發(fā)出適當?shù)木瘓?，如下所示：“強烈建議在接下來的3小時內(nèi)更換泵#24中的主軸承，否則預測災難性故障將在72小時+/- 6小時內(nèi)發(fā)生。

多處理器和加速器內(nèi)核

如果您希望為智能MCU創(chuàng)建規(guī)范，一個好的起點是32位Arm Cortex-M33處理器內(nèi)核，該內(nèi)核配備強大的浮點單元（FPU），并結(jié)合了TrustZone安全性，程序員可以使用它來更輕松地實現(xiàn)軟件隔離并創(chuàng)建現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備所需的安全基礎(chǔ)。

當今的許多高端應用程序都可以從擁有兩個處理器內(nèi)核中受益 - 也許是第二個“裸骨”Arm Cortex-M33內(nèi)核，可以負責處理任何低級后臺任務，從而釋放主處理器專注于高優(yōu)先級活動。

另一個考慮因素是，許多應用涉及大量復雜和計算密集型數(shù)字信號處理（DSP）。雖然這可以通過Cortex-M33內(nèi)核中的任何一個來執(zhí)行，但使用特殊的DSP內(nèi)核或協(xié)處理器可以更有效地執(zhí)行（更高的性能，同時消耗更少的功率）。同樣，許多應用程序需要對數(shù)據(jù)流進行編碼和解碼。同樣，這些任務可以使用Cortex-M33內(nèi)核或DSP內(nèi)核或協(xié)處理器執(zhí)行，但可以使用專用的編解碼器加速器內(nèi)核更有效地執(zhí)行。

最后但并非最不重要的一點是，我們來到邊緣的AI和ML任務。一般而言，人工智能的用例，特別是機器學習功能，正在改變我們與設(shè)備和機器的交互方式。Cortex-M33 處理器具有可擴展性和靈活性，足以運行任何類型的 AI/ML 工作負載，但神經(jīng)處理單元 （NPU） 內(nèi)核形式的專用人工神經(jīng)網(wǎng)絡加速器可以以數(shù)十倍的速度完成工作，同時消耗一小部分功率，從而使其他內(nèi)核可以自由地執(zhí)行最適合的任務。

智能MCU的代表性示例

智能MCU的一個代表性例子是恩智浦的新型MCX N系列。MCX N 系列的不同成員提供各種組合或一個或兩個 Cortex-M33 處理器，以及 DSP 和其他加速器內(nèi)核和外設(shè)。在這些討論的背景下，特別令人感興趣的是，一些成員提供了一個專用的NPU內(nèi)核，該內(nèi)核具有用于實時推理的高效計算架構(gòu)，從而支持本地檢測和決策，而無需與云通信。

MCX N 系列還具有具有不可變核心安全功能的 EdgeLock? 安全子系統(tǒng)。作為硅信任根的一部分，它具有側(cè)信道保護的加密加速引擎、密鑰管理和設(shè)備證明。預配置的安全和密鑰管理策略使設(shè)備制造商能夠簡化認證路徑，避免代價高昂的錯誤，并縮短開發(fā)時間。

事實上，MCX 產(chǎn)品組合包括四個 MCU 系列。除了專為安全、智能應用而設(shè)計的 MCX N Advanced 系列之外，MCX A Essential 系列還經(jīng)過優(yōu)化，可為電機控制等廣泛應用提供關(guān)鍵功能，在這些應用中，成本限制、高精度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器等高級模擬功能以及快速上市是關(guān)鍵考慮因素。

同時，MCX W 無線系列提供低功耗窄帶連接，包括低功耗藍牙?。其節(jié)能無線電旨在簡化向物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備添加無線連接的過程，有助于延長小型連接系統(tǒng)的電池壽命。最后但并非最不重要的一點是，MCX L 超低功耗系列專為功耗關(guān)鍵型應用而設(shè)計。這些器件具有業(yè)界最低的靜態(tài)和動態(tài)功耗之一，與傳統(tǒng)MCU相比，有助于顯著延長電池壽命。

智能未來的到來

我們開始了這個專欄，討論被寵壞的選擇問題。就恩智浦而言，客戶可以選擇LPC和Kinetis MCU系列兩種行業(yè)領(lǐng)先的微控制器產(chǎn)品。

MCX 產(chǎn)品組合結(jié)合了 LPC 和 Kinetis MCU 系列的最佳功能，重新定義了面向智能連接邊緣和工業(yè)應用的通用 MCU 的未來。除了提供從 LPC 和 Kinetis MCU 系列到 MCX 域的無縫遷移之外，還可以輕松地跨 MCX 產(chǎn)品組合中的器件遷移應用。

現(xiàn)在的選擇很簡單。智能未來就在眼前，像MCX N系列這樣的智能MCU將成為為我們?nèi)找嬷悄艿募彝?、智能城市和智能工廠提供動力的關(guān)鍵。

審核編輯：郭婷