高性能MCU重塑行業(yè)的5大特性

自動化工廠和智能汽車的進(jìn)一步發(fā)展需要高級聯(lián)網(wǎng)、實(shí)時處理、邊緣分析和更先進(jìn)的電機(jī)控制拓?fù)洹＿@些功能的加入使得對高性能微控制器 (MCU) 的需求快速增長，這種微控制器需要超越傳統(tǒng)MCU并提供類似處理器的功能。本文將介紹高性能Sitara? AM2x MCU幫助設(shè)計工程師克服當(dāng)前和未來系統(tǒng)挑戰(zhàn)的五大特性，如圖1所示。

圖1 Sitara AM2x高性能MCU的優(yōu)勢

實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的性能

MCU最近在內(nèi)存大小、模擬功能集成和低功耗方面取得了不少進(jìn)步。但在很多應(yīng)用中，快速處理大量實(shí)時控制和傳感器數(shù)據(jù)的能力同樣重要。在自動化工廠中，可編程邏輯控制器(PLC)和機(jī)器人電機(jī)控制系統(tǒng)的處理要求已從每個內(nèi)核大約100MHz增加到400MHz以上，并可能在未來三到五年內(nèi)達(dá)到1GHz以上。

在一些應(yīng)用場景中，MCU還需要更高的性能來滿足處理需求，包括：

●   日益增加的工業(yè)通信，因?yàn)闄C(jī)器和中央數(shù)據(jù)系統(tǒng)需要通過各種協(xié)議共享大量數(shù)據(jù)。

●   邊緣分析以進(jìn)行預(yù)測性維護(hù)，使工廠平穩(wěn)運(yùn)行。

通過提高每個MCU內(nèi)核的時鐘速度以及在同一芯片上集成多個MCU內(nèi)核，Sitara AM2x MCU可滿足更高的性能要求。AM2434有四個內(nèi)核，每個內(nèi)核以800MHz運(yùn)行，與傳統(tǒng)MCU相比，它能夠在工廠車間實(shí)現(xiàn)更快且更復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理、更低的延遲控制以及高速通信。例如，更快、更順暢地控制機(jī)械臂可以提高操作安全性、生產(chǎn)效率、質(zhì)量和吞吐量。

提升實(shí)時處理和分析

隨著現(xiàn)代工廠自動化程度的提高，對實(shí)時數(shù)據(jù)分析和控制的需求也在增加。很多傳統(tǒng)系統(tǒng)通過多個MCU來處理這些不同的功能。高性能MCU，尤其是具有多核架構(gòu)的MCU，可以通過在單個設(shè)備上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和實(shí)時控制功能來實(shí)現(xiàn)更多系統(tǒng)集成。

Sitara AM2x MCU集成了快速數(shù)據(jù)采集功能和精確的實(shí)時控制外設(shè)，從而進(jìn)行高速輸入和處理數(shù)據(jù)。想象一下，一個單獨(dú)的MCU控制機(jī)械臂的電機(jī)，還集成了音頻、電流和位置傳感接口，以提高機(jī)器人與人類協(xié)作的安全性，這一切都是在沒有其他MCU協(xié)助下實(shí)現(xiàn)的。或者集成音頻輸入及聲音識別和分類的MCU，可提高樓宇安全系統(tǒng)中的邊緣智能。通過在單個芯片上實(shí)現(xiàn)多種處理能力，高性能 MCU 不僅可以使工業(yè)系統(tǒng)更智能，而且更實(shí)惠且更易于設(shè)計。

簡化設(shè)計和實(shí)現(xiàn)軟件復(fù)用

MCU的定義特征包括簡單的系統(tǒng)設(shè)計和軟件開發(fā)。Sitara AM2x MCU對易于使用的軟硬件的期望不會改變，即使MCU性能和集成度變得與處理器更相似。

借助Sitara AM2x MCU，工程師可繼續(xù)獲得以下體驗(yàn)：

●   簡單的軟件開發(fā)環(huán)境和工具（例如基于實(shí)時操作系統(tǒng)的軟件），支持跨平臺重用，從而減少開發(fā)時間和成本。

●   高效的實(shí)時任務(wù)管理和更簡單的電源管理架構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)更具成本效益的電源管理解決方案。

●   經(jīng)過優(yōu)化的速度和低延遲功能，這得益于集成型隨機(jī)存取存儲器 (RAM)。

實(shí)時傳感和響應(yīng)應(yīng)用程序（例如PLC）必須處理時間限制的問題，以確保安全和連續(xù)運(yùn)行。這意味著系統(tǒng)需要針對最壞情形下所需的時間進(jìn)行設(shè)計。提供易于使用的軟件可幫助您快速有效地設(shè)計此類系統(tǒng)。

通過存儲器的靈活性優(yōu)化系統(tǒng)成本

傳統(tǒng)MCU具有板載非易失性存儲器，例如閃存。但是，從自動化工廠到自動駕駛等應(yīng)用中不斷增加的數(shù)據(jù)處理需求給存儲器的可擴(kuò)展性帶來了難題。此外，更快的中央處理器帶來了兩個難題：

●   系統(tǒng)性能完全依賴閃存速度和性能，尤其是在系統(tǒng)需要進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)讀寫的情況下。

●   受限于當(dāng)前可以支持非易失性存儲器的處理工藝，例如16nm。

基于外部非易失性存儲器架構(gòu)的靈活性，MCU設(shè)計工程師可以從中受益。借助Sitara AM2x MCU，您無需更改MCU或重新設(shè)計電路板，就能滿足不斷增長的存儲器需求，從而實(shí)現(xiàn)更靈活的設(shè)計并降低開發(fā)成本。AM2x器件的大型板載RAM和簡單的軟件架構(gòu)解決了外部存儲器的延遲和性能問題。

提高系統(tǒng)功效

傳統(tǒng)MCU以低功耗著稱，隨著應(yīng)用轉(zhuǎn)向高性能MCU，降低功耗仍然至關(guān)重要。電源效率體現(xiàn)在設(shè)計師很重視的兩個方面：

●   每瓦性能（有源功耗效率）。散熱超過2W至3W通常會導(dǎo)致傳統(tǒng)MCU系統(tǒng)在成本、重量和占用空間方面的問題，尤其是那些需要主動冷卻措施（如散熱器和風(fēng)扇）的系統(tǒng)。因此，性能的提高不能與成比例的功耗增加相伴。高性能Sitara AM2x MCU可支持超過5,000 DMIPS/W的性能。

●   低功耗（關(guān)斷）模式。MCU通常在較低占空比的環(huán)境中運(yùn)行，鑒于高性能MCU采用先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)設(shè)計，其漏電流影響高于傳統(tǒng)MCU。設(shè)計人員需要在電源門控技術(shù)和低功耗模式（如睡眠、深度睡眠、關(guān)機(jī)、僅實(shí)時時鐘和輸入/輸出喚醒）方面不斷創(chuàng)新。

結(jié)束語

高性能MCU讓處理器級別的計算性能更加可得，將為設(shè)計人員和客戶系統(tǒng)開啟新的機(jī)會。隨著應(yīng)用的不斷演變和設(shè)計工程師在其系統(tǒng)中充分發(fā)揮高性能MCU的潛力，MCU創(chuàng)新者、產(chǎn)品設(shè)計人員和消費(fèi)者都將體驗(yàn)到高性能MCU所帶來的好處。