對(duì)于決定ARM內(nèi)核MCU性能和功耗主要因素淺析

繼ARM推出Cortex-M0+內(nèi)核后，其32位MCU內(nèi)核增加到了4個(gè)。不久前，恩智浦也宣布取得了Cortex-M0+處理器授權(quán)，成為目前唯一一家能夠提供完整的Cor tex-M0、Cortex-M0+、Cortex-M3和Cor tex-M4系列內(nèi)核MCU的半導(dǎo)體廠商。飛思卡爾在今年3月份也已經(jīng)推出了基于ARM Cortex-M0+的MCU Kinetis L系列。

在ARM內(nèi)核對(duì)MCU統(tǒng)一化進(jìn)程的同時(shí)，各個(gè)廠商要怎樣才能使得各自的產(chǎn)品與眾不同、性能突出呢?恩智浦半導(dǎo)體的Jan JaapBezemer(全球微控制器產(chǎn)品線總監(jiān))表示，除了內(nèi)核外，還有別的資源也能體現(xiàn)差異化，比如內(nèi)存、數(shù)字/模擬IP等。Bezemer說(shuō)：“有些IP是標(biāo)準(zhǔn)的，有些則不是。恩智浦公司花了很多時(shí)間來(lái)開(kāi)發(fā)那些非標(biāo)準(zhǔn)的IP，為的就是能更好地將這些資源加以配置。此外，最應(yīng)該注意的一點(diǎn)是降低內(nèi)存的功耗，因?yàn)樗亲詈碾姷膯卧?。所有以上這些因素一起決定了MCU的性能和功耗?！盡CU負(fù)責(zé)信號(hào)控制，所以對(duì)其而言，信號(hào)數(shù)據(jù)的傳遞效率就顯得十分關(guān)鍵。而對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)的傳遞效率起決定作用的則是器件的架構(gòu)。Bezemer對(duì)此強(qiáng)調(diào)：“我們是ARM7內(nèi)核處理器的最大供應(yīng)商，這一點(diǎn)就足以證明我們器件的架構(gòu)設(shè)計(jì)是非常成功的。并且我們的開(kāi)發(fā)工具、軟件和服務(wù)的支持等等也都是保證MCU產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)差異化競(jìng)爭(zhēng)力的重要因素?！?/p>

以恩智浦LPC11A00為例，在資源配置上都是Cortex-M050MHz的內(nèi)核，但就是因?yàn)樵撈骷诖鎯?chǔ)、串行接口、模擬子系統(tǒng)等方面的配置不同，便使之與其他同類內(nèi)核MCU的性能有很大的差別。LPC11A00是業(yè)內(nèi)唯一真正的EEPROM，它集成了32KB閃存，8KB的SRAM和4KB的EEPROM，同時(shí)還包括基于ROM的32劃分的整數(shù)除法器以及I2C總線驅(qū)動(dòng)程序;在模擬子系統(tǒng)中，還包含了8ch/10位ADC、10位DAC、模擬比較器、片內(nèi)溫度傳感器、片內(nèi)電壓參考和UVLO(UndervoltageLockout)。

同樣，恩智浦最新推出的基于Cor tex-M4的LPC4300在器件架構(gòu)上也體現(xiàn)出的與眾不同，使其特別適用于電機(jī)控制、太陽(yáng)能逆變器、數(shù)字電源和音頻等方面。LPC4300采用的Cor tex-M4+Cortex-M0的雙核架構(gòu)，目的在于減小Cortex-M4帶寬占用，以便于內(nèi)核專心處理數(shù)字信號(hào)控制應(yīng)用中的數(shù)字計(jì)算，而把大量數(shù)據(jù)傳輸和I/O處理任務(wù)交給M0內(nèi)核去處理。這種雙核架構(gòu)以及AHB總線矩陣大大提高了器件性能和效率，使其雙核均可工作在204MHz上。Bezemer說(shuō)：“這種架構(gòu)類似MCU+DSP的體系?，F(xiàn)在，在MCU中加入DSP功能和在DSP處理器中加入MCU功能是大勢(shì)所趨。”

恩智浦開(kāi)發(fā)出一種新型外設(shè)接口IP：SPI閃存接口技術(shù)(SPIFI)，它是該公司基于Cor tex-M3 MCU的一個(gè)亮點(diǎn)，并被LPC1800采用。通過(guò)SPIFI可將外部串行閃存映射到MCU內(nèi)存上，以至于實(shí)現(xiàn)片上內(nèi)存讀取效果。Bezemer表示：“SPIFI為設(shè)計(jì)人員提供了一種創(chuàng)新解決方案，在保持系統(tǒng)性能的同時(shí)達(dá)到簡(jiǎn)化配置、縮小封裝體積、減少板載空間占用和節(jié)約系統(tǒng)成本的目的。關(guān)鍵在于，與片上閃存相比，外部閃存成本要低很多，并且這種方式可以不用CPU干預(yù)即可傳送閃存和RAM的數(shù)據(jù)?！?/p>

以上強(qiáng)調(diào)的都是硬件設(shè)計(jì)上的差異化，其實(shí)軟件的支持也是非常重要的。恩智浦向其所有LPCMCU客戶免費(fèi)提供了由德國(guó)SEGGER公司開(kāi)發(fā)的emWin圖形庫(kù)軟件(這款軟件兼容單任務(wù)和多任務(wù)操作環(huán)境)。由于恩智浦的MCU全都集成了LCD控制器，因此在采用emWin后，UI設(shè)計(jì)可與固件開(kāi)發(fā)分開(kāi)進(jìn)行。在固件開(kāi)發(fā)的同時(shí)便可使用獨(dú)立工具實(shí)現(xiàn)基本UI設(shè)計(jì)，以便提高LCD應(yīng)用的設(shè)計(jì)速度。另外，像恩智浦這樣基于Cortex-M0和M0+的MCU的開(kāi)發(fā)以上海研發(fā)中心為主的這種基于本土設(shè)計(jì)為本土客戶提供需求的產(chǎn)品也是十分重要的，因?yàn)檫@樣的話，便與它們從本土走向全中國(guó)，挖掘更多的市場(chǎng)需求并尋求同本地IDH有更多的合作。