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    1. 精雕细琢打造(zào)MCU,开辟属于自己的Cortex-M0+新赛(sài)道!

      发布(bù)时间:2024-10-29 发(fā)布者:武汉龙8和芯源半导体 内容来源:武(wǔ)汉芯(xīn)源半导体有限公司

      文(wén)章转载来源:张国斌

      原(yuán)文链接(jiē):https://mp.weixin.qq.com/s/6Foe6C4MND-K9kbXl0SJ6w



      Cortex™-M0+是ARM公司2012年发布的一款拥有(yǒu)极高能效的低功耗、低成本微控制器内核(hé)IP,基于32位(wèi)ARMv6内核架构,支持(chí)Thumb/Thumb-2子集ISA,单核心,如果采用低成本的90nmLP工艺制造,其核心面积区(qū)区(qū)0.04平(píng)方毫(háo)米,每(měi)MHz单位频率消耗的电流、功耗分别仅有9μA、11μW,基于(yú)该内核的MCU可广泛用于(yú)家用器具、白色家电、医疗监控(kòng)、测量(liàng)、照明、马达控(kòng)制设备等领域(yù)。

      发布(bù)10多年来,基于Cortex™-M0+的MCU已经(jīng)大量(liàng)出(chū)货,知名的(de)半导体厂(chǎng)商(shāng)如TI 、ST 、NXP等(děng)多家(jiā)MCU厂(chǎng)商都推出了基(jī)于(yú)Cortex™-M0+的MCU ,如今,物联网市场如火如荼(tú) ,在大(dà)量基于(yú)Cortex™-M0+的(de)MCU已经面(miàn)市的情况下,Cortex™-M0+ MCU在以这片红(hóng)海中还有发展(zhǎn)的空间(jiān)吗?

      答案(àn)是:有,近日(rì)武(wǔ)汉龙8和芯源半导体推出的基于Cortex™-M0+内(nèi)核CW32L010新品系列就是通过差(chà)异化(huà)的细节设计开辟了属于自己的新赛道(dào)。


      武汉(hàn)龙8和芯源(yuán)半导(dǎo)体有限(xiàn)公司技(jì)术(shù)总监(jiān)张亚凡在接受电子创新网独家专访时表示:我(wǒ)们此次新品发布打出的口号是“树(shù)立M0+产品(pǐn)行业(yè)新标(biāo)杆”,目前我们提供三种封装形式,分别是QFN20,TSSOP20和SOP16。分别针对当前(qián)通用应(yīng)用环境下的小型化需求(qiú)、标准兼容需求以及引(yǐn)脚间距大一些、引(yǐn)脚数(shù)要求少一些的需求。”

      他补充说该产品瞄准的是需求量最大的(de)通用20引脚入门级32位MCU市场,最大的引脚数就是20。和(hé)早期(qī)功(gōng)能简单的(de)8位机相比,龙8和芯源半导体(tǐ)提供了高达64Kbyte的FLASH容量和高达4Kbyte的(de)RAM容量(liàng)。

      “这是因为很多客户发现在(zài)开发过(guò)程中,如(rú)果用(yòng)市面上常规的20引脚产品,Flash配(pèi)置通常为16K,32K,RAM通常为2K或者(zhě)1K,经常遇到存储容量不够导致开(kāi)发(fā)进行不下去的问(wèn)题。我们这次(cì)得(dé)益于华虹90nm制程上Flash技术的长足(zú)发展,直(zhí)接(jiē)给到客户翻倍的存储(chǔ)容量,让客(kè)户在入门级的MCU上(shàng)也可以灵(líng)活(huó)安排(pái)程(chéng)序和数(shù)据存储。”他指(zhǐ)出,“除此之外,作为一个标准品通用(yòng)MCU,我们该提供的配置都有提(tí)供,没有过(guò)度的裁剪。比如说应该(gāi)配备的、各种定时器、ADC、SPI、I2C、UART等等。另外值得(dé)注意(yì)的是,这(zhè)是一个标(biāo)准工业级(jí)温度范围的、具备宽电压工作特性的、经由正规设计、验(yàn)证和测试流程(chéng),用正向(xiàng)研(yán)发(fā)方式做出来的产品(pǐn),是我们龙8和芯源半导(dǎo)体在MCU技术道路上的一(yī)个(gè)重要里程碑。

      据介绍,CW32L010系列(liè)采用主频高达48MHz的ARM® Cortex®-M0+内核(hé),配备(bèi)高速嵌入式(shì)存储(chǔ)器,包括多达64K字节(jiē)FLASH和(hé)4K字节SRAM。该(gāi)系列接口(kǒu)丰富,所有型号均提供完整的通信接口(UART、一路SPI和一路I2C),以及12位高速ADC、四组通(tōng)用(yòng)和基(jī)本定时器、一组低功耗定时器和一组高级(jí)控制PWM定时器。

      此外,CW32L010支持在-40℃至85℃的工作温度范围(wéi)内运行(háng),供电电压范围为1.62V至5.5V,同时具备Sleep和DeepSleep两(liǎng)种低功耗模(mó)式(shì)。

      此外(wài),它还有(yǒu)如下特点:

      1、64K超大Flash存储容(róng)量, 数据保持时间长(zhǎng)达25年,支持擦写保护、读保护和安全运行库保护功能

      2、黑客级代码安全防(fáng)护:创新的安全特性 - 允许(xǔ)用户划定一块指令存储区域(yù),仅通过指令总线取指令执行,止数据总线访问,即使(shǐ)攻击(jī)者(zhě)尝(cháng)试通过(guò)下载(zǎi)间谍程序挟持内核也(yě)无法访问该区域,有效(xiào)保护敏感算法和关键(jiàn)功能。
      3、极限(xiàn)超低功耗(hào):待机电流(liú)低至0.3uA - 高温待机电流仅为1.2uA,远低于竞品平均水平。
      4、全新(xīn)设计的高级定时(shí)器:兼容G4相关(guān)IP - 新增PWM移(yí)相、多点(diǎn)比较等功能,单个高级定时器支(zhī)持多达(dá)6对(duì)互补(bǔ)PWM输(shū)出(chū),灵活调(diào)整PWM边沿(yán)位置。
      5、高精度RTC补偿(cháng):补偿精度达0.060ppm - 支持亚(yà)秒级读数,优化了RTC补偿机制。
      6、全面升级(jí)的(de)低功(gōng)耗串口:支持LIN、RS485硬件使能 - 接收数(shù)据时可灵活配置接口电平,产生关键字(zì)中断和帧超时中断(duàn),支持多(duō)种硬件功能(néng)。

      7、出色的Latch Up测试成(chéng)绩高温闩(shuān)锁门限(xiàn)测试成绩高达±600mA - 远高于行业一般水(shuǐ)平,提供(gòng)强(qiáng)大的ESD防护(hù)能力,是(shì)相比竞品一般水平的3~6倍

      8、高性能ADC:16路(lù)ADC输(shū)入,采样率(lǜ)可达2M  各通道采样保持时(shí)间可独(dú)立配置,适应不同应用需求(qiú)。
      9、内部时钟源特性优异(yì):内置(zhì)RC时钟(zhōng)源技术特性优于竞(jìng)品 - 无(wú)论(lùn)是(shì)HSI还(hái)是(shì)LSI,都(dōu)表现出色,降低了对外置(zhì)晶体的依赖,优化了(le)成本(běn)。
      张亚凡特别指出该(gāi)新品超低功耗评估指(zhǐ)标非常多,一般(bān)将待机电流(liú)(常温/高温)、全速运行电(diàn)流等几个主(zhǔ)要指标拿出来比较,CW32L010采用(yòng)特别工艺(yì)制程,将待(dài)机电(diàn)流控制在0.3uA,特别是高温待(dài)机电流是竞品平均水平的1/4~1/8。

      精雕(diāo)细琢打造产品,细节见真章

      他表示在高速ADC方(fāng)面,CW32L010ADC配置比以前增(zēng)加了一个功能:就是每个(gè)采样通道都是可以独立配置采样保持时间的,他说这(zhè)也是客(kè)户提的要(yào)求。因为如果(guǒ)这个功(gōng)能没有的(de)话,客户在对不同的信号(hào)源(yuán)进行(háng)采样的时候,就得被迫(pò)用(yòng)同一种(zhǒng)采样(yàng)保持时间,那实际工作的时候(hòu)就存在众(zhòng)口(kǒu)难调的(de)问(wèn)题,有些内阻比较大的信号源要求比较长的(de)采样保持时间,如果(guǒ)加信号调理的话就又需要额(é)外的开支了。现在的设(shè)计(jì)比较好,不同(tóng)的通道独(dú)立(lì)配置时间(jiān),让ADC配置(zhì)的适应性灵活性更强了。

      在这(zhè)次新品发布会上,武汉龙8和芯源(yuán)半导体提(tí)出(chū)了在安全方(fāng)面新品是“黑客级安全代码(mǎ)防护”,对此张亚凡表示作为(wéi)专业的MCU,必(bì)然考虑用户的代码及(jí)知(zhī)识产权保(bǎo)护。尽管目前大多数(shù)MCU都支持多种(zhǒng)安(ān)全等级,阻止通过SWD/ISP接口读取Flash内容。但通过下(xià)载(zǎi)间谍程序,用挟持内(nèi)核的方式对Flash指(zhǐ)令区做数据访问一般都被允许。CW32L010则可以阻(zǔ)止这(zhè)个入(rù)侵(qīn),龙8和芯源半导体独创性的(de)允许用户(hù)划定一块指(zhǐ)令存(cún)储区域(yù),在这个区域内只(zhī)能通(tōng)过指令总线取指令(lìng)执(zhí)行,但不允许通过(guò)数据总线访(fǎng)问(wèn)数据(jù),用户可以将敏感的代码库存储(chǔ)在这个区域,只能(néng)调用,无(wú)法复刻。除此之外(wài),CW32全系列产品(pǐn),符合IEC60730,IEC61508 功能安全(quán)设计规范。

      此(cǐ)外,他还强调该MCU的IO口带有滤(lǜ)波防抖(dǒu),“我(wǒ)们用MCU的时候(hòu)经(jīng)常(cháng)会用IO口来(lái)检(jiǎn)测(cè)按键、或者(zhě)继电器触点的(de)状态(tài)变化,传(chuán)统(tǒng)上的思路是(shì),按键产生中(zhōng)断的时候不要立即马(mǎ)上去处理他,要(yào)延迟10个(gè)毫秒左右再去判(pàn)断一次,如果两次判断都是(shì)有(yǒu)动作,那再去处理也不迟(chí)。今天这个由软件来做的按(àn)键防抖功能,我们用硬件来(lái)完成了。”他解释(shì)说,“我们是怎么做的呢(ne)?我们的IO口(kǒu)的信号传输到(dào)中(zhōng)断系统的(de)通道,可以选择(zé)去(qù)通过一个数字滤波器,而这(zhè)个数(shù)字滤波器的(de)刷新时钟可以在(zài)上面这些(xiē)时(shí)钟源里面去自由选择。那如果我(wǒ)们(men)选择了这个(gè)速度比较低的LSI作(zuò)为这个时钟源,那(nà)就(jiù)相当于(yú)用(yòng)比较慢的速度对这个输入信号进行(háng)了多次的确(què)认(rèn),相当于节省了软(ruǎn)件(jiàn)的开销了(le)。同样的,如果外部有滤波电容的(de)话也就不再(zài)需要原先那么大的,这是节省了硬(yìng)件开销了。”

      此(cǐ)外,他表(biǎo)示(shì)该MCU的内部时钟源的温(wēn)度特性(xìng)和校(xiào)准结果非(fēi)常(cháng)优秀,“我们都知道,我们这个(gè)规格的(de)MCU,配置外部(bù)晶体的客(kè)户是很(hěn)少的。系统稳(wěn)定运行的时钟源基本都靠内部的RC振荡器来提供。这里如果没有(yǒu)设(shè)计好的话,很容易出(chū)现时钟(zhōng)偏(piān)差,严(yán)重(chóng)的时候还(hái)会影响(xiǎng)串行通信波特(tè)率上不(bú)去,以及电机转速(sù)不准确(què),时(shí)序响应不及时等等问题。而我们做(zuò)到的内部时钟的出厂精度(dù)是完全满足客(kè)户的苛刻要(yào)求的(de),目前(qián)没有客户对这个(gè)性(xìng)能指(zhǐ)标不满意(yì),在(zài)国内工艺制(zhì)程里面也很难找(zhǎo)到对应(yīng)的参数成绩。”他解(jiě)释说。

      针对未来产品(pǐn)规划,他表示:有的客户说,CW32L010很好,但是(shì)RAM容量4K还是偏少了一点(diǎn),引脚数还是少了一点。那我们(men)下一个产品会(huì)解决这个问题,那就是CW32L011,它被设计为最大32个引脚,内置(zhì)6Kbyte的RAM,同时(shí)它是我们第一颗96M主频的Cortex-M0+产品。”

      此外,他(tā)透露:另外为了更好的适应(yīng)电机控制应(yīng)用,我(wǒ)们还会出(chū)一颗(kē)48Pin的(de)产品(pǐn),在继承了CW32L011的96M主频的同(tóng)时,还增加了两路DAC、两(liǎng)路OPA、以(yǐ)及8Kbyte的RAM,DMA控制器以及除法开方硬(yìng)件单(dān)元,Cordic三角函(hán)数(shù)计算器等等硬件,使得她在应对电(diàn)机控制(zhì)应用的时(shí)候更加的(de)游(yóu)刃有(yǒu)余。”

      受益于物(wù)联网以及电(diàn)子产(chǎn)品智能化的发展,近几年全(quán)球MCU市场(chǎng)规模呈现增长的(de)趋势(shì)。根据Precedence Research的(de)数据,2022年(nián)全(quán)球MCU市场约为282亿美元(yuán),预计2030年(nián)有望达582亿美元(yuán),未来 8年CAGR为9.48%;同(tóng)时根据IHS和IC Insights也预(yù)测2022年中国MCU市场(chǎng)规模约为390亿元,同 比增长7.7%,预计2026年(nián)将有望突破500亿元,未来增长潜力巨大。

      在这个巨大(dà)的增量市场中(zhōng),虽然(rán)玩家众(zhòng)多,但是只要在产品上以客户需求为导向,精雕细琢,精心打造,总(zǒng)能开(kāi)辟出属于自己的(de)新(xīn)赛道。

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