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精雕(diāo)细琢(zhuó)打造MCU,开辟属于自己的Cortex-M0+新(xīn)赛道!
文章(zhāng)转载来源:张(zhāng)国斌
原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s/6Foe6C4MND-K9kbXl0SJ6w
Cortex™-M0+是ARM公司(sī)2012年发布(bù)的一款拥有极高能(néng)效的低功耗、低成本微控(kòng)制器内核IP,基于32位ARMv6内核架(jià)构,支持Thumb/Thumb-2子(zǐ)集ISA,单核(hé)心(xīn),如果采(cǎi)用低(dī)成本的90nmLP工(gōng)艺制造,其(qí)核心面(miàn)积区区(qū)0.04平(píng)方(fāng)毫米,每MHz单位频(pín)率消耗(hào)的电流、功耗(hào)分别仅(jǐn)有9μA、11μW,基于该内(nèi)核的MCU可(kě)广泛用(yòng)于家用器具(jù)、白色(sè)家(jiā)电、医疗监(jiān)控、测量、照明、马(mǎ)达控制设备等领(lǐng)域。
发(fā)布(bù)10多年来,基于(yú)Cortex™-M0+的MCU已经大量出货,知名(míng)的半导(dǎo)体(tǐ)厂商如TI 、ST 、NXP等多家MCU厂商都推出(chū)了基于Cortex™-M0+的MCU ,如今,物联网市场如火如荼 ,在大量基(jī)于Cortex™-M0+的(de)MCU已经(jīng)面市的(de)情况下,Cortex™-M0+ MCU在以这片红海(hǎi)中还有发展的(de)空间吗?
答案是:有,近日武汉云开和芯源半导体推出的基于Cortex™-M0+内核CW32L010新(xīn)品系列(liè)就是通过(guò)差(chà)异化(huà)的细节设计开辟了属于自(zì)己的新赛道。
武(wǔ)汉云开和芯源半导体有限公(gōng)司技术(shù)总监张(zhāng)亚(yà)凡(fán)在接受电(diàn)子创新(xīn)网独家专访(fǎng)时表(biǎo)示:“我们此次新品发布打出的口号是“树立M0+产品行业(yè)新标杆(gǎn)”,目前我(wǒ)们提供三种(zhǒng)封装形式,分(fèn)别是QFN20,TSSOP20和SOP16。分(fèn)别针(zhēn)对当前通用应用环境下(xià)的小型化需求、标准兼容需求以及引脚间距大一些、引脚数(shù)要求少一些(xiē)的需求。”
他补充说该产品(pǐn)瞄准的(de)是需求量最大的通(tōng)用20引(yǐn)脚入门级32位MCU市场,最(zuì)大的引脚数(shù)就是(shì)20。和早期(qī)功(gōng)能(néng)简单的8位机相比,云开和芯源半导体提供了高达(dá)64Kbyte的FLASH容量和高达(dá)4Kbyte的RAM容量。
“这是因为很(hěn)多客户发现在开发过(guò)程中,如果用市面上常规(guī)的20引脚产品,Flash配(pèi)置通常为16K,32K,RAM通常为(wéi)2K或者1K,经常(cháng)遇到存(cún)储容量不(bú)够导致开发进行不下去的问题。我们这次得益于华虹在90nm制程上(shàng)Flash技术的长足发展,直接给到客户翻倍的存储容量,让客户(hù)在入门级的MCU上也可以灵(líng)活安(ān)排程(chéng)序和数据存储。”他指出,“除此之外,作(zuò)为一个标准品(pǐn)通用MCU,我们该提(tí)供的配置都有(yǒu)提供(gòng),没有过度的裁剪。比如说应该配备的、各种(zhǒng)定(dìng)时器、ADC、SPI、I2C、UART等等。另外值得注意的是,这是一个标准工(gōng)业级温度范(fàn)围的、具(jù)备(bèi)宽电压工作特(tè)性的、经由正规设计、验证和测(cè)试流程,用正向研发方式做出(chū)来的产品(pǐn),是我们云开和芯源半导(dǎo)体在(zài)MCU技术道路上的一(yī)个(gè)重要里程(chéng)碑。
”据介(jiè)绍(shào),CW32L010系列(liè)采(cǎi)用主频高达48MHz的ARM® Cortex®-M0+内核,配备高速嵌入式存储器(qì),包括多达64K字节FLASH和4K字(zì)节SRAM。该系列(liè)接口丰富,所(suǒ)有型(xíng)号均提供(gòng)完整的(de)通信接(jiē)口(双路UART、一路SPI和一(yī)路I2C),以(yǐ)及(jí)12位高速ADC、四组通用和基(jī)本定时器、一(yī)组低(dī)功耗定时器和一组高级控制PWM定时器。
此外,CW32L010支持(chí)在(zài)-40℃至85℃的工作温度范(fàn)围(wéi)内运行,供电电压范(fàn)围为1.62V至5.5V,同时具备Sleep和DeepSleep两种低功耗模式。
此外(wài),它还有如(rú)下特点:
1、64K超大Flash存储容量, 数据保(bǎo)持时间(jiān)长达25年,支持擦(cā)写保护、读保护和安全(quán)运行库保护功能。
2、黑客级代码安全防护:创新的安全(quán)特性 - 允许用(yòng)户划定一块(kuài)指令存储区域,仅通过指令(lìng)总线取指令执行,禁止(zhǐ)数据总线访问,即使攻击者尝试通过(guò)下载间谍程序挟持内核(hé)也无法访(fǎng)问该(gāi)区域,有效(xiào)保护敏感算法和(hé)关键功能。
3、极限超低功(gōng)耗(hào):待机电流低(dī)至0.3uA - 高(gāo)温待机电(diàn)流仅为1.2uA,远低于竞品(pǐn)平均水平。
4、全(quán)新设计的高级定时器:兼容G4相关IP - 新增PWM移相、多点比较等功能(néng),单个高级定(dìng)时器支持多达6对互补(bǔ)PWM输出,灵活调整PWM边(biān)沿位置(zhì)。
5、高(gāo)精度RTC补偿:补(bǔ)偿精(jīng)度达0.060ppm - 支持亚秒级读数,优化了RTC补偿机(jī)制。
6、全面升(shēng)级的低功耗串口:支(zhī)持LIN、RS485硬件使能 - 接收数据时可灵活配置接口电(diàn)平,产生(shēng)关键字中断和帧超时(shí)中断,支持(chí)多种(zhǒng)硬件功能。
7、出色的Latch Up测(cè)试成绩:高(gāo)温闩锁(suǒ)门限(xiàn)测(cè)试成绩高达±600mA - 远高于行业一般水平(píng),提(tí)供强大的ESD防护能力,是相比竞品一(yī)般水平的(de)3~6倍。
8、高性(xìng)能ADC:16路ADC输入(rù),采样率可达(dá)2M – 各通道采(cǎi)样保持时间可(kě)独立配置,适(shì)应不同应用(yòng)需(xū)求。
9、内部时钟源特性优异:内置RC时钟源技术特性(xìng)优于竞品 - 无论是HSI还是LSI,都(dōu)表现出色,降低了(le)对外(wài)置晶体的依赖,优化了(le)成本。
张亚凡特别指出该新品超低功耗评估指(zhǐ)标非常多,一般将待(dài)机电(diàn)流(常温/高温)、全(quán)速运行电(diàn)流(liú)等几(jǐ)个主要指标(biāo)拿(ná)出来比较,CW32L010采用(yòng)特别工艺制程,将待机电流控制在0.3uA,特别是高温待机电流是竞品平均水平的1/4~1/8。
精雕细琢打造产(chǎn)品,细(xì)节见真章(zhāng)
他表示在高速ADC方(fāng)面,CW32L010的ADC配置比以前增(zēng)加了一个功能:就是(shì)每个采样(yàng)通道都是可以独立配置采(cǎi)样保持时间的(de),他说这也是客(kè)户提的(de)要(yào)求。因为如果这个功能没有的话,客户在对(duì)不同的信号源进(jìn)行采样的时候,就得被迫用同一种采样保持(chí)时间,那实际工作的时候就(jiù)存在众口难调的问(wèn)题,有些内阻比较(jiào)大的信号(hào)源要求比较长的采样保持时间,如(rú)果加信号调理(lǐ)的话(huà)就又需要额外的开支(zhī)了。现在的设计比较好,不同的通(tōng)道独立配置(zhì)时间,让ADC配置(zhì)的适应性灵活性更强了(le)。
在这次新品发布(bù)会(huì)上,武汉(hàn)芯(xīn)源(yuán)半(bàn)导体提出了在安全方(fāng)面新品是“黑客级安(ān)全代码(mǎ)防护”,对此(cǐ)张亚(yà)凡表示(shì)作为(wéi)专业的MCU,必然考虑用户的代码及知识产(chǎn)权(quán)保护。尽管(guǎn)目前大(dà)多数(shù)MCU都支持多种安全等级,阻(zǔ)止通过SWD/ISP接口读取Flash内(nèi)容(róng)。但(dàn)通过(guò)下载(zǎi)间谍程序,用挟持内核的方式对Flash指令(lìng)区做数据(jù)访问一般都被允许。CW32L010则可(kě)以阻止这个入侵,云开和芯源半导体独创性的允许用户划定一块指令存储区域,在(zài)这(zhè)个区域内只能通过(guò)指令总线取指令执(zhí)行(háng),但不(bú)允许(xǔ)通过数据总线访问数据,用户可以将敏感的(de)代码库存(cún)储在这个区(qū)域,只能调用,无法(fǎ)复刻。除此之外,CW32全(quán)系列产(chǎn)品,符合IEC60730,IEC61508 功能安全设计规范(fàn)。
此外,他还强调(diào)该MCU的IO口带有滤(lǜ)波防(fáng)抖,“我们(men)用MCU的时候经常(cháng)会用IO口(kǒu)来(lái)检测按键(jiàn)、或者继电器触点的状态(tài)变化,传统上的思路是,按键产生中断(duàn)的时候不要立即(jí)马上去处理他,要(yào)延迟10个毫秒(miǎo)左右(yòu)再去判断一(yī)次,如果两次判断(duàn)都(dōu)是(shì)有动(dòng)作,那再(zài)去处理也不迟。今天这个由(yóu)软件来做的按键(jiàn)防(fáng)抖功能,我们(men)用(yòng)硬件来完成了。”他解释说,“我们是怎(zěn)么(me)做的呢(ne)?我们的(de)IO口(kǒu)的信号传输到中断系统的通道,可以选(xuǎn)择去通过一个数字滤波器,而这个数字滤波器的刷新时钟可以在上面(miàn)这(zhè)些时钟源里(lǐ)面去自由选择。那如果(guǒ)我们选择(zé)了这个速(sù)度比较低的LSI作为这(zhè)个时钟源,那就相当于用比较慢的速度(dù)对这个输入信号进行了多(duō)次的确认,相当于节省了软(ruǎn)件的开销了。同样的,如果外部有滤波(bō)电容(róng)的话也就不再需(xū)要原先那么大的,这是节省了硬件开销了。”
此外(wài),他表示该MCU的内(nèi)部时钟源的温(wēn)度特性和校(xiào)准结果非常(cháng)优秀,“我们都知道,我们这(zhè)个规格的(de)MCU,配置(zhì)外部晶(jīng)体(tǐ)的(de)客户是很少的。系统稳定运行的时(shí)钟源基本(běn)都靠内部的RC振(zhèn)荡器来提(tí)供(gòng)。这里(lǐ)如果没有(yǒu)设(shè)计好的话,很容易出(chū)现时(shí)钟(zhōng)偏差,严重的时候(hòu)还会影响串行通信波特率上不去(qù),以及电机转速(sù)不准确,时(shí)序响应不及时等等问题。而我(wǒ)们做到的内部时钟(zhōng)的出厂精度是完(wán)全满足客户的苛刻要求的(de),目前没有(yǒu)客户对(duì)这个性能指标(biāo)不满意,在(zài)国内工艺制程(chéng)里面也很(hěn)难找(zhǎo)到对应的参数成(chéng)绩(jì)。”他解释说。
针对未来产品(pǐn)规(guī)划,他表示:“有(yǒu)的客户说,CW32L010很好(hǎo),但是(shì)RAM容(róng)量(liàng)4K还是偏少了(le)一(yī)点(diǎn),引(yǐn)脚(jiǎo)数还是(shì)少了一点。那我们下一个产品会解决这个问题,那就是CW32L011,它被设计为最大(dà)32个引脚,内置6Kbyte的RAM,同时它是(shì)我们第一(yī)颗96M主频的(de)Cortex-M0+产品。”
此外,他透(tòu)露:“另外为了更(gèng)好的适应电机控制应用,我(wǒ)们还会出一颗48Pin的(de)产品(pǐn),在继承(chéng)了(le)CW32L011的(de)96M主(zhǔ)频的同时,还增加(jiā)了两路(lù)DAC、两路OPA、以及8Kbyte的RAM,DMA控制(zhì)器(qì)以及除法开方硬件(jiàn)单元,Cordic三角函数计算器(qì)等等硬件,使得她在应对电机控制应用的时候更加的游(yóu)刃有(yǒu)余。”
受益于(yú)物联(lián)网(wǎng)以及电子产品智(zhì)能化(huà)的发展(zhǎn),近几年全球(qiú)MCU市(shì)场规模呈现增长(zhǎng)的(de)趋势。根据Precedence Research的数(shù)据,2022年全球MCU市场约为282亿美元(yuán),预计2030年有望达582亿美元,未来 8年CAGR为9.48%;同时根据IHS和IC Insights也(yě)预测2022年中国MCU市场规模(mó)约(yuē)为390亿元(yuán),同 比增长(zhǎng)7.7%,预计2026年(nián)将有(yǒu)望突(tū)破500亿元,未来增长潜力巨大。
在这个巨大的增量(liàng)市场中(zhōng),虽(suī)然玩家众(zhòng)多,但是只要在产品上以客户(hù)需求为导向(xiàng),精(jīng)雕细琢(zhuó),精心打造,总能开辟出属于(yú)自己的新赛道(dào)。