嵌入式世界通常形成一系列重要產(chǎn)品公告的背景，今年是嵌入式世界大會(huì)10周年紀(jì)念日。展覽，也不例外。在德國(guó)紐倫堡展覽中心舉辦了三天，吸引了900多家參展商和超過(guò)20，000名專(zhuān)業(yè)觀眾。在本文中，我們將介紹微控制器領(lǐng)域中最重要的公告。

雖然每年都會(huì)帶來(lái)微控制器（MCU）設(shè)計(jì)和支持方面的創(chuàng)新，但這些創(chuàng)新通常都是由深遠(yuǎn)的趨勢(shì)驅(qū)動(dòng)的。不久之前，這些趨勢(shì)可以通過(guò)“更小，更快，更便宜”來(lái)概括，但今天它們最好描述（雖然不那么簡(jiǎn)潔），因?yàn)閷?duì)低功耗的需求，軟件開(kāi)發(fā)日益復(fù)雜，以及更高的集成度。智能外設(shè)。每一款新的和創(chuàng)新的MCU，以及今年在Embedded World上宣布的許多演進(jìn)發(fā)展，都有這些趨勢(shì)的基礎(chǔ)。

具體而言，電池供電應(yīng)用現(xiàn)在是MCU制造商的重要推動(dòng)因素，這意味著待機(jī)和主動(dòng)模式下的超低功耗至關(guān)重要。這一趨勢(shì)塑造了新公司的發(fā)展，例如Energy Micro，以及那些更成熟的公司，包括德州儀器和意法半導(dǎo)體?？蛻魧?duì)更好的軟件開(kāi)發(fā)支持的需求也體現(xiàn)在對(duì)新MCU和現(xiàn)有產(chǎn)品線的支持上，例如賽普拉斯半導(dǎo)體的PSoC系列。最后，市場(chǎng)對(duì)更大程度整合的渴望使得一些公司 - 硅實(shí)驗(yàn)室和英飛凌僅舉兩例 - 讓已經(jīng)擁擠的ARM Cortex-M競(jìng)技場(chǎng)進(jìn)入‘遲到’。在這里，我們展示了所有這些趨勢(shì)和發(fā)展的綜述，正如今年嵌入式世界大會(huì)上宣布的那樣。

ARM支持者

雖然看起來(lái)無(wú)所不能，但ARM對(duì)微控制器市場(chǎng)的滲透率仍然僅占可用市場(chǎng)總量的15％左右;這個(gè)數(shù)字反映了每年出貨的數(shù)百萬(wàn)臺(tái)設(shè)備，這些設(shè)備有利于16位或更可能的8位架構(gòu)。話雖如此，ARM自己的數(shù)據(jù)顯示，現(xiàn)在每個(gè)月都有超過(guò)1億個(gè)ARM內(nèi)核出貨。如果該數(shù)字包括未被歸類(lèi)為MCU的標(biāo)準(zhǔn)部件，則將接近2億。

在未來(lái)幾年內(nèi)，目標(biāo)市場(chǎng)份額為40％，ARM的上市途徑仍然是其授權(quán)商，因此今年嵌入式世界的許多重要公告都是由Cortex-M系列推出的，這并不奇怪。

也許最重要的（盡管可能最不令人驚訝）是Silicon Labs憑借其Precision32系列混合信號(hào)MCU進(jìn)入32位市場(chǎng)。該MCU嵌入了ARM Cortex-M3內(nèi)核，被譽(yù)為最靈活的32位MCU。造成這種情況的部分原因在于獲得專(zhuān)利的“橫桿”技術(shù)，幾乎可以將任何外圍設(shè)備連接到任何引腳。增加這種靈活性的是一種開(kāi)發(fā)環(huán)境，它采用支持自動(dòng)代碼生成的GUI前端，允許工程師“拖動(dòng)”。將外圍設(shè)備放入設(shè)計(jì)并以可視方式配置它們，然后自動(dòng)生成源代碼。

然而，Precision32系列與其他基于Cortex-M3的MCU的區(qū)別在于其混合信號(hào)功能。 Silicon Labs利用其在混合信號(hào)方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)來(lái)集成一些有用的功能，這些功能還可以顯著降低任何應(yīng)用的總BoM成本。這些包括一個(gè)電壓調(diào)節(jié)器，允許MCU直接從USB端口供電;上拉電阻和USB端接電路;無(wú)晶體振蕩器，可用于USB端口以及為處理器內(nèi)核提供時(shí)鐘;和電容式觸摸電路。在圖1中，我們看到Precision32系列中實(shí)現(xiàn)的交叉開(kāi)關(guān)技術(shù)如何在不影響性能的情況下實(shí)現(xiàn)幾乎任何引腳輸出，所有這些都可以通過(guò)GUI實(shí)現(xiàn)。

圖1：Silicon Labs新推出的Precision32系列專(zhuān)利Crossbar技術(shù)幾乎可以讓任何外設(shè)使用任何引腳。

除高性能模擬外，Precision32系列還擁有比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手Cortex-M3產(chǎn)品更多的低功耗模式，表明它可以比同類(lèi)競(jìng)爭(zhēng)器件降低5到100倍的睡眠電流。這些電平在實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）運(yùn)行時(shí)僅為0.35μA，而在高達(dá)80 MHz時(shí)鐘頻率下僅消耗275μA/MHz有功電流。圖2以圖形方式顯示了低功耗模式如何幫助延長(zhǎng)電池供電應(yīng)用的使用壽命。

圖2：Precision32系列的低功耗模式針對(duì)電池供電應(yīng)用。

Precision32系列最初將有兩種變體：用于USB應(yīng)用的SiM3U和用于非USB應(yīng)用的SiM3C。基于Eclipse的開(kāi)發(fā)環(huán)境包括一個(gè)編譯器，調(diào)試器和“儀表板”，用于訪問(wèn)最新文檔，如數(shù)據(jù)表。它還支持標(biāo)準(zhǔn)ARM庫(kù)，CMSIS以及一系列第三方編譯器和調(diào)試器。

SiLabs IDE的主要區(qū)別之一是“AppBuilder”，它允許工程師以圖形方式配置外設(shè)，設(shè)置時(shí)鐘模式，并在自動(dòng)生成代碼之前自定義引腳。作為32位市場(chǎng)的新進(jìn)入，SiLabs已經(jīng)從更習(xí)慣于使用8位MCU架構(gòu)的工程師的角度解決了為相對(duì)更復(fù)雜的架構(gòu)編寫(xiě)代碼的問(wèn)題。一個(gè)正在發(fā)展成為ARM許可證持有者趨勢(shì)的主題。賽普拉斯在其PSoC系列中使用Cortex-M3內(nèi)核，使用Embedded World宣布其IDE的最新擴(kuò)展，PSoC Creator 2.0現(xiàn)在包括組件包。第一包包括SD卡接口和免版稅的FAT文件系統(tǒng)，圖形LCD驅(qū)動(dòng)器和免版稅圖形庫(kù)，4線電阻式觸摸界面和增強(qiáng)型數(shù)字濾波器支持。賽普拉斯表示，它打算每六到八周發(fā)布一個(gè)新的元件包。

Atmel還專(zhuān)注于Cortex-M3內(nèi)核并減輕了工程師的工作量，為其SAM3系列推出了兩款新型號(hào)，這是該系列首次增加了CAN功能。在SAM3N和SAM3X這兩個(gè)新系列中，X系列集成了以太網(wǎng)PHY，同時(shí)提供雙CAN接口和高速USB On The Go PHY; Atmel聲稱將SAM3與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手區(qū)分開(kāi)來(lái)的功能。新器件還提供高達(dá)512 KB的閃存密度 - 在發(fā)布時(shí)，Precision32限制為256 KB。

或許更重要的是，Studio 6是Atmel IDE的最新版本，現(xiàn)在在一個(gè)統(tǒng)一的IDE中支持公司的基于AVR和ARM Cortex的MCU，旨在為工程師提供從8位到32位的“無(wú)縫”遷移架構(gòu)。提供圖形設(shè)計(jì)界面和自動(dòng)代碼生成的統(tǒng)一開(kāi)發(fā)環(huán)境是ARM兄弟會(huì)的明確趨勢(shì)，展示了對(duì)更高級(jí)別軟件抽象的需求以及標(biāo)準(zhǔn)指令集架構(gòu)的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。然而，難怪每個(gè)IDE都與核心周邊的外圍設(shè)備緊密集成，因?yàn)榇蠖鄶?shù)設(shè)計(jì)環(huán)境都是免費(fèi)提供的。

雖然Cortex-M3已經(jīng)從許可證持有者和行業(yè)中獲得了巨大的提升，但Cortex-M4可能需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能達(dá)到顯著的滲透率。這主要是由于缺乏可用的產(chǎn)品，但ARM認(rèn)為該行業(yè)已經(jīng)用了大約一年的時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)，現(xiàn)在預(yù)計(jì)將看到Cortex-M4的重大發(fā)展。今年早些時(shí)候，英特爾長(zhǎng)期授權(quán)的英飛凌宣布推出首款使用ARM Cortex內(nèi)核的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，而它選擇的是M4，這是第一次開(kāi)發(fā)，可能有很多。與SiLabs一樣，英飛凌認(rèn)為僅提供另一款基于Cortex的MCU系列還不夠;需要區(qū)別對(duì)待。因此，英飛凌推出的第一款基于Cortex的MCU系列 - XMC4x--采用了支持浮點(diǎn)的Cortex-M4F變體，專(zhuān)門(mén)針對(duì)工業(yè)控制應(yīng)用，可以充分利用核心的額外計(jì)算能力。

然而，雖然XMC4x系列的目標(biāo)是電機(jī)控制，但MCU所消耗的功率可能不如所控制電機(jī)的功率效率重要，但Energy Micro也選擇在最新系列中使用Cortex-M4F。超低功耗MCU。 Wonder Gecko系列（圖3）是該公司首次使用M4核心，但仍保持其他產(chǎn)品的超低功耗憑證，其中增加了60個(gè)Wonder Gecko設(shè)備，現(xiàn)在數(shù)量超過(guò)240個(gè)變種。據(jù)記載，在活動(dòng)模式下僅消耗180μA/MHz，僅在RTC運(yùn)行時(shí)消耗400 nA，這不僅可以很好地抵抗其他Cortex-M4F器件，還可以替代Cortex-M3替代品。

圖3：Energy Micro最新的Gecko系列使用Cortex-M4F內(nèi)核。

盡管Cortex-M3（在某種程度上是M4）受到了很多關(guān)注，但Cortex-M0還在Cortex系列的“低端”發(fā)布了聲明。這是ARM代碼兼容的Cortex系列中最小的，也許是“功能最少”的變體，但它提供它被視為為許多制造商提供完整的“性能路線圖”的重要部分。恩智浦長(zhǎng)期以來(lái)一直在提供基于Cortex-M0的MCU，可以說(shuō)是Cortex領(lǐng)域中超低功耗和超小型封裝的首選制造商。其最新產(chǎn)品LPC1100XL和LPX11E00代表了第四代恩智浦Cortex-M0系列，XL（代表超低功耗）將有效電流消耗從130μA/MHz降至110μA/MHz，同時(shí)運(yùn)行到50 MHz。它還將Flash頁(yè)面大小從2 KB減少到256字節(jié)，并使用恩智浦計(jì)劃在其MCU范圍內(nèi)推出的新型低功耗“嵌入式閃存”技術(shù)（圖4）。 LPC11E00使用另一種專(zhuān)有存儲(chǔ)器技術(shù)來(lái)模擬EEPROM，最高可達(dá)4 KB。恩智浦表示，它將滿足對(duì)需要外部EEPROM的應(yīng)用的需求。

圖4：恩智浦最新的LPC1100XL系列使用Cortex-M0實(shí)現(xiàn)“極低功耗”操作。

STMicroelectronics重新推出其Cortex路線圖，大量推出STM32 F0系列，這是第一款實(shí)現(xiàn)Cortex-M0系列的產(chǎn)品，該產(chǎn)品已于2010年底預(yù)先公布。它需要STM32系列中的MCU數(shù)量與其他制造商一樣，ST正在使用Cortex-M0來(lái)彌合8位和16位用戶與現(xiàn)有32位用戶之間的差距。幾年前，當(dāng)ARM首次針對(duì)MCU市場(chǎng)時(shí)，人們經(jīng)常提到典型應(yīng)用無(wú)法利用額外的處理能力。隨后，基于Cortex-M的設(shè)備普及的第一個(gè)應(yīng)用空間是那些需要顯著處理性能的應(yīng)用空間，因此M3的使用范圍更廣。現(xiàn)在，該行業(yè)已經(jīng)越來(lái)越習(xí)慣于32位范式 - 應(yīng)用程序變得越來(lái)越苛刻 - M0可以說(shuō)對(duì)制造商來(lái)說(shuō)更加可行。 ST還選擇采用STM32 F0系列的“混合信號(hào)”路徑，集成了12位ADC，12位DAC和兩個(gè)與DAC緊密耦合的可編程模擬比較器。 ST聲稱這提供了比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的設(shè)備更高的模擬功能。

超越ARM

雖然很容易假設(shè)所有新開(kāi)發(fā)都是基于ARM的，但事實(shí)是其他核心 - 可授權(quán)和專(zhuān)有 - 繼續(xù)在MCU領(lǐng)域占有一席之地。具體而言，Microchip繼續(xù)開(kāi)發(fā)其專(zhuān)有的8位和16位系列 - PIC12和PIC24。 PIC12系列中的新系列具有創(chuàng)新的外設(shè)，通過(guò)公司稱之為“互補(bǔ)輸出發(fā)生器”（COG），為比較器和PWM（脈沖寬度調(diào)制器）提供非重疊的互補(bǔ)波形。 Microchip稱，這在電機(jī)控制應(yīng)用中特別有用。此外，PIC24 Lite產(chǎn)品組合的擴(kuò)展采用了該公司的極低功耗（XLP）技術(shù)，將有源和休眠電流分別降至1.5 V時(shí)的150μA/MHz和25°C時(shí)的30 nA（典型值）。 Microchip還使用嵌入式世界（Embedded World）推出PIC32系列的最新產(chǎn)品，該產(chǎn)品系列使用授權(quán)的MIPS 32位內(nèi)核; MX1和MX2是低引腳數(shù)版本，但具有專(zhuān)用的音頻和電容式觸摸傳感外設(shè)，以及USB OTG（圖5）。

圖5：Microchip最新的PIC32產(chǎn)品具有專(zhuān)用的音頻和電容式觸摸外設(shè)。

然而，今年嵌入式世界最積極的產(chǎn)品推出獎(jiǎng)必將通過(guò)其推出的“Wolverine”系列MSP430 MCU推向德州儀器。 MSP430系列基于專(zhuān)有的16位內(nèi)核，并且有一段時(shí)間針對(duì)低功耗應(yīng)用，包括使用能量收集技術(shù)的智能傳感器 - 從低功耗的角度來(lái)看可能是最苛刻的應(yīng)用。與其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手和現(xiàn)有的MSP430系列相比，Wolverine家族聲稱將電力需求“削減”50％。

這些聲明可能是合理的（至少目前為止），因?yàn)樗暦Q在RTC模式下有效電流小于100μA/MHz和360 nA。當(dāng)然，這些聲明將在“可比較”的警告下進(jìn)行，并且它使用可能難以挑戰(zhàn)的專(zhuān)有核心，特別是基于Cortex-M0核心的設(shè)備。然而，數(shù)據(jù)顯示，更重要的是該工藝在很寬的溫度范圍內(nèi)合格，這意味著功率要求穩(wěn)定在25oC以上。 TI稱，這與其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的工藝并非如此，其中功率要求隨溫度顯著增加。 TI表示已成功推出功率/溫度曲線的“拐點(diǎn)”，因此消耗的電流持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)。

該工藝被描述為混合信號(hào)超低泄漏和超低功耗工藝，已針對(duì)任何溫度進(jìn)行了優(yōu)化。因此，在更高的溫度下，TI預(yù)計(jì)功耗會(huì)有超過(guò)50％的改善，盡管在發(fā)布時(shí)這種情況還不合格。

Wolverine的另一個(gè)重要方面是利用FRAM存儲(chǔ)器，它確定了部件運(yùn)行速度的上限，但是TI表示它的目標(biāo)頻率范圍在25到50 MHz之間，使用Wolverine，由于其在溫度下的穩(wěn)定性，因此專(zhuān)注于工業(yè)應(yīng)用。

一段時(shí)間以來(lái)，更小，更快，更便宜的趨勢(shì)已經(jīng)讓位于新趨勢(shì)：低功耗，更智能的硬件和更簡(jiǎn)單的軟件。今年嵌入式世界的公告突出了這一點(diǎn)，它們看起來(lái)將會(huì)持續(xù)一段時(shí)間。當(dāng)然，制造商很清楚他們?nèi)匀槐仨殱M足這些新的需求，同時(shí)觀察對(duì)更小，更快，更便宜的設(shè)備的需求。