MCU也內(nèi)卷——安全性、TSN一個(gè)也不少

來源：電子工程世界

如今的 MCU 為了跟上時(shí)代發(fā)展的步伐，MCU 公司正在不斷加強(qiáng)外設(shè)組合和安全性，而有些公司甚至增加了時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò) (TSN)。

毫無疑問，當(dāng)今先進(jìn)的 MCU 是數(shù)百個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中各種嵌入式系統(tǒng)的核心。盡管一些 MCU 已經(jīng)提供了看似無窮無盡的計(jì)算能力、外設(shè)組合和內(nèi)存選項(xiàng)組合，但它們?nèi)栽诓粩喟l(fā)展和改進(jìn)其各個(gè)方面的產(chǎn)品。
在本文中，我們將匯總一系列新的基于 Arm 內(nèi)核的 MCU，它們可為工業(yè)系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)、家庭自動(dòng)化和消費(fèi)類白色家電等應(yīng)用帶來新的系統(tǒng)功能 。 

NXP Crossover MCU 嵌入 TSN 開關(guān)

工業(yè) 4.0 的特點(diǎn)是高網(wǎng)絡(luò)流量和多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)上的大數(shù)據(jù)交換。但是讓工業(yè)網(wǎng)絡(luò)無縫協(xié)同工作可能很困難——尤其是在需要時(shí)間敏感的通信時(shí)。 

TSN 為工業(yè) 4.0 應(yīng)用提供關(guān)鍵的以太網(wǎng)確定性。圖片由NXP Semiconductors提供

 盡管以太網(wǎng)已被廣泛用于工業(yè)系統(tǒng)，但它本身并不能提供確定性通信。幸運(yùn)的是，一組統(tǒng)稱為啟用 TSN 的以太網(wǎng)的 IEEE 802 標(biāo)準(zhǔn)在默認(rèn)情況下是確定性的。
考慮到這一切，NXP Semiconductors 在 5 月推出了首款集成 Gbps TSN 開關(guān)的 MCU。這款名為i.MX RT1180 跨界 MCU的雙核設(shè)備嵌入了 800 MHz Arm Cortex-M7 內(nèi)核和 240 MHz Cortex-M33 內(nèi)核。據(jù)該公司稱，i.MX RT1180 提供了所需的多協(xié)議連接，以同時(shí)實(shí)現(xiàn)時(shí)間敏感和實(shí)時(shí)通信。這應(yīng)該使工程師能夠輕松創(chuàng)建統(tǒng)一且安全的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通信環(huán)境。
該芯片支持多種協(xié)議的能力可能是其最重要的特性。它支持符合IEC 60802工業(yè)自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)的最新一代 TSN 標(biāo)準(zhǔn)。支持的基于 TSN 的協(xié)議包括 OPC UA Pub-Sub、Profinet over TSN 和 CC-Link IE TSN。  

i.MX RT1180 跨界 MCU 框圖。圖片由NXP Semiconductors提供（點(diǎn)擊圖片或放大） 提供多達(dá) 5 個(gè) Gbps 端口，包括 TSN 交換機(jī)（第 2 層）上的 4 個(gè)端口和 TSN 端點(diǎn)控制器上的 1 個(gè)端口。同時(shí)還支持實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，如Profinet、EtherCAT、CC-Link IE Field、Ethernet/IP、HSR等。
在安全方面，i.MX RT1180 包括一個(gè)NXP EdgeLock 安全飛地，這是一個(gè)預(yù)配置、自我管理和自主的片上安全子系統(tǒng)，消除了為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)施強(qiáng)大的全系統(tǒng)安全智能相關(guān)的困難。
據(jù) NXP 稱，MCU 為廣泛的工業(yè)操作提供集成解決方案，包括 I/O 管理、電機(jī)控制、緊湊型運(yùn)動(dòng)控制或網(wǎng)關(guān)應(yīng)用。i.MX RT1180 還適用于汽車連接應(yīng)用，其中 i.MX RT1180 可以充當(dāng)不同汽車 ECU 之間的智能開關(guān)。 

通過 NIST 加密程序認(rèn)證的瑞薩 MCU

對(duì)于基于 MCU 的設(shè)計(jì)，尤其是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)而言，安全性是一項(xiàng)至關(guān)重要的功能，因?yàn)楦鶕?jù)定義，它們是連接系統(tǒng)。MCU 供應(yīng)商與時(shí)俱進(jìn)的一種方法是根據(jù)行業(yè)內(nèi)各種標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)維護(hù)的安全標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其產(chǎn)品進(jìn)行認(rèn)證。  
為此，瑞薩電子于 5 月宣布，其 RA 系列32 位 Arm Cortex-M MCU 已通過美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院 (NIST) 加密算法驗(yàn)證計(jì)劃 ( CAVP ) 的認(rèn)證。具體來說，該公司的 RA6M4、RA6M5、RA4M2 和 RA4M3 MCU 中的安全引擎已通過 CAVP 認(rèn)證。這增加了 RA MCU 芯片中的其他幾個(gè)物聯(lián)網(wǎng)安全功能。該公司表示，使用經(jīng)過認(rèn)證的 SCE9 保護(hù)模式所需的驅(qū)動(dòng)程序已添加到 RA 系列靈活軟件包 (FSP) v3.6.0 及更高版本中。
瑞薩表示，RA MCU過去曾獲得 PSA 認(rèn)證的 2 級(jí)認(rèn)證和物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)安全評(píng)估標(biāo)準(zhǔn) (SESIP) 認(rèn)證。但這項(xiàng)新的 NIST CAVP 認(rèn)證旨在驗(yàn)證加密算法，包括高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn) (AES)、散列、Rivest Shamir Adleman (RSA) 和橢圓曲線加密 (ECC) 密鑰生成和嵌入在安全性中的多種模式RA MCU 的引擎。
通過這項(xiàng)新認(rèn)證，MCU 配備了安全密鑰管理工具，該工具負(fù)責(zé)為現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)品的安全安裝、更新、支持開發(fā)、生產(chǎn)配置和密鑰更新準(zhǔn)備密鑰。
瑞薩表示，最近進(jìn)行了一項(xiàng)獨(dú)立評(píng)估，將 RA MCU 的 SCE9 保護(hù)模式操作與業(yè)界領(lǐng)先的安全元件進(jìn)行了比較。提供詳細(xì)評(píng)估評(píng)估的白皮書。 

瑞薩展示即將推出的基于 Arm Cortex-M85 的 MCU

在為其當(dāng)前的 MCU 產(chǎn)品配備最新的安全機(jī)制的同時(shí)，瑞薩正在通過提供其即將推出的基于 ArmCortex-M85 處理器內(nèi)核的 MCU 的演示來展望其下一組產(chǎn)品。在上個(gè)月的Embedded World 2022上，瑞薩電子首次提供了 MCU 現(xiàn)場(chǎng)演示。 

 Arm Cortex-M85 處理器內(nèi)核的框圖。圖片由Arm提供

 Arm 于 4 月宣布，Arm Cortex-M85 處理器內(nèi)核采用 Helium 技術(shù)。瑞薩電子表示，憑借先進(jìn)的 DSP/ML 功能，該處理器可加速計(jì)算密集型應(yīng)用程序。據(jù)該公司稱，其即將推出的基于 M85 的 RA 系列 MCU 將為眾多市場(chǎng)的苛刻應(yīng)用需求提供完全確定性、低延遲、實(shí)時(shí)的操作。瑞薩表示，新的 MCU 計(jì)劃于 2023 年發(fā)布。 

用于消費(fèi)類電器等的新型東芝 MCU

最后但同樣重要的是，在春季中期，東芝宣布其 M3H 集團(tuán)中的 21 款新 MCU 作為該公司TXZ+ 系列高級(jí)設(shè)備的新產(chǎn)品。M3H 系列 MCU 基于 40 nm 工藝構(gòu)建，嵌入了 120 MHz Arm Cortex-M3 內(nèi)核。對(duì)于內(nèi)存，這些芯片提供高達(dá) 512 KB 的代碼閃存和高達(dá) 32 KB 的數(shù)據(jù)閃存，具有 100k 的寫入周期耐久性。 
新的 MCU 還提供了豐富的接口和電機(jī)控制選項(xiàng)。其中包括 UART、I 2 C、編碼器和可編程電機(jī)控制。東芝表示，M3H 組器件適用于廣泛的應(yīng)用，包括家用電器、電機(jī)和工業(yè)設(shè)備。集成了數(shù)字 LCD 驅(qū)動(dòng)器，預(yù)計(jì)將減少工程師啟用顯示功能和促進(jìn)對(duì)比度調(diào)整所需的組件數(shù)量。 

新型 M3H MCU 非常適合家用電器和消費(fèi)電子產(chǎn)品中的應(yīng)用。圖片由東芝提供

 同時(shí)，新的 MCU 還具有高速、高精度的 12 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)。ADC 允許為 ADC 的 21 個(gè) ADC 輸入通道中的每一個(gè)設(shè)置單獨(dú)的采樣和保持時(shí)間。
東芝表示，ADC 還可用于控制交流電機(jī)和無刷直流電機(jī)。這是結(jié)合 MCU 上的高級(jí)可編程電機(jī)控制電路完成的，該電路可以與 12 位 ADC 同步運(yùn)行。
自診斷功能嵌入在芯片上的 ROM、RAM、ADC 和時(shí)鐘單元的設(shè)備中。這有助于工程師獲得 IEC60730 B 類功能安全認(rèn)證。 

終極片上系統(tǒng)？

由于它們?cè)诠δ苌咸峁┝巳绱硕嗟南到y(tǒng)，因此在許多方面，MCU 都是最終的片上系統(tǒng)。然而，MCU 供應(yīng)商似乎一直在尋找新的方法來增強(qiáng)其 MCU 產(chǎn)品系列的處理能力、外設(shè)組合和安全功能。

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