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精(jīng)雕细(xì)琢打造MCU,开(kāi)辟(pì)属于自(zì)己的Cortex-M0+新(xīn)赛(sài)道!

发布(bù)时间:2024-10-29 发布者:武汉九游平台和芯源半导体 内容来源:武汉九游平台和芯源半导体有限(xiàn)公司

文章转(zhuǎn)载来源(yuán):张国斌(bīn)

原文链(liàn)接:https://mp.weixin.qq.com/s/6Foe6C4MND-K9kbXl0SJ6w



Cortex™-M0+是ARM公司2012年(nián)发布的一(yī)款(kuǎn)拥有(yǒu)极高能效的低功耗、低成(chéng)本微控制器内核IP,基于32位ARMv6内核(hé)架构(gòu),支(zhī)持Thumb/Thumb-2子集ISA,单核心,如果采用低成(chéng)本的90nmLP工艺制(zhì)造,其(qí)核心面积区区0.04平(píng)方毫米(mǐ),每MHz单位频率消耗的(de)电流(liú)、功耗(hào)分别仅有(yǒu)9μA、11μW,基(jī)于该内核的MCU可广泛用于(yú)家用器具、白色家电、医疗监控、测量、照(zhào)明、马达控制设备等领域。

发布10多年来,基于Cortex™-M0+的MCU已经大量出货,知名的半导体厂商如TI 、ST 、NXP等多家MCU厂商都推出(chū)了基于Cortex™-M0+的(de)MCU ,如今,物联网市场如火如荼 ,在大量基于Cortex™-M0+的(de)MCU已经面市的情况下(xià),Cortex™-M0+ MCU在以这片红海中还有发展的空间(jiān)吗?

答案是(shì):有,近日武汉九游平台和芯源半导体推出的基于Cortex™-M0+内核CW32L010新品系列就是通过差异(yì)化的(de)细节设计开(kāi)辟了属于自己的新(xīn)赛道。


武汉九游平台和芯源半导体有限公(gōng)司技术总(zǒng)监张亚凡在接受电(diàn)子(zǐ)创新网独家(jiā)专访时表示:我们(men)此次新品发(fā)布打(dǎ)出的口(kǒu)号(hào)是“树立M0+产品行业(yè)新标杆”,目前我(wǒ)们提供三种封装(zhuāng)形式,分别是(shì)QFN20,TSSOP20和SOP16。分别(bié)针对当前通用(yòng)应用环境(jìng)下的小型化需求、标准兼容需求(qiú)以及引脚间(jiān)距大一(yī)些、引脚数要求少一些(xiē)的(de)需求。”

他(tā)补充说该产品瞄准的是需求(qiú)量最大的通用20引脚入门级32位MCU市场,最大(dà)的(de)引脚数(shù)就是20。和早期功能简单的8位机相比,九游平台和芯源半导体提供了高达64Kbyte的FLASH容量和(hé)高达4Kbyte的RAM容量。

“这(zhè)是因(yīn)为很多客户发现(xiàn)在开发过程中,如果用市面上常(cháng)规的20引脚产品(pǐn),Flash配(pèi)置通常为16K,32K,RAM通常(cháng)为2K或者1K,经常遇到(dào)存储(chǔ)容量不够导致开发(fā)进行不下(xià)去的问题。我们这(zhè)次得益于华(huá)虹90nm制程上Flash技术的(de)长足发展,直接给到客户翻倍(bèi)的(de)存储容量,让(ràng)客(kè)户在入门级的MCU上也可以(yǐ)灵活安(ān)排程(chéng)序和数据存储。”他指出,“除(chú)此之(zhī)外,作为一个(gè)标(biāo)准品通(tōng)用MCU,我们(men)该提供的配置都(dōu)有提供,没有过度的(de)裁剪。比如说应该配备的、各种定时器、ADC、SPI、I2C、UART等等(děng)。另外(wài)值得注意(yì)的(de)是,这是一个(gè)标准工业级温(wēn)度范围的、具(jù)备宽(kuān)电压工作特性的、经由正规(guī)设计、验证和测试流程,用正向研(yán)发(fā)方(fāng)式做出来的产品,是我们九游平台和芯源半(bàn)导体在MCU技术(shù)道路(lù)上的一个重要里程碑。

据介绍(shào),CW32L010系列采用主频高达48MHz的ARM® Cortex®-M0+内核,配备高速嵌入式存(cún)储(chǔ)器,包括多达64K字节FLASH和4K字节(jiē)SRAM。该系列接口丰富,所有型号(hào)均提供完整的通信接口(UART、一路SPI和(hé)一路I2C),以及(jí)12位高速ADC、四组通用和基(jī)本定时器、一组低功(gōng)耗定时(shí)器(qì)和一组(zǔ)高级控制PWM定时器。

此外,CW32L010支持在-40℃至85℃的工(gōng)作温度(dù)范(fàn)围内运(yùn)行,供电电(diàn)压范围为1.62V至(zhì)5.5V,同时具备(bèi)Sleep和DeepSleep两种低功耗模式(shì)。

此外,它还(hái)有如下特点(diǎn):

1、64K超(chāo)大Flash存储容(róng)量(liàng), 数据保持时间长达25年,支持擦写保(bǎo)护、读保(bǎo)护和安全运行库保护功能

2、黑客级代码安全防护:创新的(de)安全特性 - 允(yǔn)许用户划定一块指令存储区域(yù),仅通过指(zhǐ)令总线取指令执行,止数(shù)据总线访问,即使攻击者尝试通过下载间谍程序挟(jiā)持(chí)内核也无法(fǎ)访问该区域,有效(xiào)保护敏(mǐn)感(gǎn)算(suàn)法和关键功能(néng)。
3、极(jí)限超低功(gōng)耗:待(dài)机电流(liú)低至(zhì)0.3uA - 高温(wēn)待机电流仅(jǐn)为1.2uA,远低于竞品(pǐn)平均水平。
4、全(quán)新(xīn)设计的(de)高级定时器:兼容G4相关IP - 新增PWM移相(xiàng)、多点比(bǐ)较等功能,单个高级(jí)定时器(qì)支(zhī)持多达6对互补(bǔ)PWM输出,灵活调整PWM边沿(yán)位置。
5、高精度RTC补偿(cháng):补偿精(jīng)度达0.060ppm - 支持亚秒级读数,优化了(le)RTC补偿机制。
6、全面升级(jí)的低功耗串口:支持LIN、RS485硬件使能 - 接收(shōu)数(shù)据时可灵活配置接口电平,产(chǎn)生(shēng)关键字中断和帧超(chāo)时中断,支持多种(zhǒng)硬(yìng)件(jiàn)功能。

7、出色的Latch Up测试成绩高温(wēn)闩锁门限测试成绩(jì)高(gāo)达±600mA - 远高于行业一般水平,提供强大的ESD防护能力,是相比竞品一般(bān)水平的3~6倍(bèi)

8、高(gāo)性(xìng)能ADC:16路ADC输入,采样率可(kě)达(dá)2M  各通道采样保持(chí)时间可独立配置,适应不同应用需求。
9、内(nèi)部时钟(zhōng)源特性优异:内置(zhì)RC时钟源技(jì)术特性优(yōu)于(yú)竞(jìng)品 - 无论是(shì)HSI还(hái)是LSI,都表现出色,降低了对外置晶体的依(yī)赖,优(yōu)化了(le)成(chéng)本(běn)。
张亚凡特别指出该新(xīn)品超(chāo)低功耗评估指标非常多,一般将(jiāng)待机电流(常温/高(gāo)温)、全速运行电流等(děng)几个主要指(zhǐ)标拿(ná)出来(lái)比较,CW32L010采用特别工艺制程,将待机电流控制在0.3uA,特(tè)别(bié)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(pǐn),细(xì)节见真章

他表示在高速ADC方(fāng)面(miàn),CW32L010的(de)ADC配置比以前增加了(le)一个功能(néng):就是每(měi)个采样通道都是可以独立配置(zhì)采样保持时间的(de),他说(shuō)这也是客户提的要求。因(yīn)为如果(guǒ)这个功能没有的话(huà),客(kè)户在对不(bú)同的信(xìn)号源进(jìn)行采样的(de)时候(hòu),就得被迫用(yòng)同(tóng)一种采样保持时间,那(nà)实际工作(zuò)的(de)时候(hòu)就(jiù)存在(zài)众口难调的问题,有些内阻比较(jiào)大的信号源(yuán)要求比较长的采(cǎi)样保(bǎo)持时间,如果加信号调理的话(huà)就又需要(yào)额外的开支了。现在(zài)的设计比较好,不同的(de)通道(dào)独立(lì)配置时间,让ADC配置的(de)适应性(xìng)灵活性更强了。

在这次新品发布会上,武汉九游平台和芯源(yuán)半导体提(tí)出了在安全方面新品是“黑客级(jí)安全代码防护”,对(duì)此张亚凡表示作(zuò)为专业(yè)的MCU,必然(rán)考虑用户(hù)的(de)代码及知识产(chǎn)权保护。尽管(guǎn)目(mù)前大(dà)多数MCU都支持多种安全等级,阻止通过SWD/ISP接口(kǒu)读取Flash内容。但(dàn)通过下载间谍程序(xù),用挟持内(nèi)核的方式对Flash指令区(qū)做数据(jù)访问一般都被(bèi)允许。CW32L010则可以(yǐ)阻(zǔ)止这个入侵,九游平台和芯源半导体独创性的允许用户(hù)划定一块(kuài)指令存储区域(yù),在这个区域内(nèi)只能通过指令(lìng)总线取指令执(zhí)行(háng),但不允(yǔn)许(xǔ)通过数据总线访问数据,用户(hù)可以将(jiāng)敏感的代码库存储在这(zhè)个区域,只(zhī)能调用,无(wú)法复(fù)刻。除此之外,CW32全系列产品,符合IEC60730,IEC61508 功能(néng)安(ān)全设计规范。

此外,他还强调该(gāi)MCU的IO口带有滤(lǜ)波防抖,“我们用(yòng)MCU的时候经常会用IO口(kǒu)来检测按键、或者(zhě)继(jì)电(diàn)器触点的状态变(biàn)化,传统上的思(sī)路是,按键产生中断的时候(hòu)不要(yào)立即马上去处(chù)理他,要延(yán)迟10个毫秒左(zuǒ)右再去判(pàn)断(duàn)一次,如果(guǒ)两次判断都是有(yǒu)动作,那再去(qù)处(chù)理(lǐ)也不(bú)迟。今天这个由软件来做(zuò)的按(àn)键防抖功能,我们用硬件来完成了。”他解释说,“我们是怎(zěn)么做的呢?我们的IO口的信号传输到中断系统的通道,可以选择去通过一个数字滤波器,而这个(gè)数字滤波器(qì)的刷新时钟可以在上面这些时(shí)钟源(yuán)里面去自由(yóu)选(xuǎn)择。那(nà)如果我们选择(zé)了这个(gè)速度比较低(dī)的LSI作为这个时钟源(yuán),那就相当于(yú)用比较慢的(de)速度(dù)对这个输(shū)入信号进行了多次(cì)的确认(rèn),相当于节省了(le)软件的开销了。同样的,如果外部有滤波电容的(de)话也就不再需要原先那么(me)大的,这是(shì)节省了硬件开销了。”

此外,他表示该MCU的内部时钟(zhōng)源的(de)温(wēn)度特性和校准(zhǔn)结果非常优(yōu)秀,“我(wǒ)们都知道,我们这(zhè)个规格的MCU,配置外部晶体的(de)客户是很少的。系统稳定运行(háng)的时钟源基本都靠(kào)内部(bù)的RC振荡器来提(tí)供。这里如果没有设计好的话,很容易出现时钟偏差,严重的(de)时候还(hái)会影响串行通信波特率上(shàng)不(bú)去,以及(jí)电机转(zhuǎn)速不准确,时序响应不及时等等问(wèn)题(tí)。而(ér)我们做到的内部时钟的出(chū)厂精度是完全满足(zú)客(kè)户的苛刻要求(qiú)的,目前(qián)没有客户对这个性能(néng)指标不(bú)满意,在国(guó)内工艺制程里面也很难找到对应(yīng)的参数成绩。”他(tā)解释说。

针对未来产品规划,他表(biǎo)示(shì):有的客户说,CW32L010很好,但是(shì)RAM容量4K还是偏少了一(yī)点,引脚数还是少了一点(diǎn)。那我们下一个产品会解决这个问题,那就是(shì)CW32L011,它被(bèi)设计为最大32个引(yǐn)脚,内置6Kbyte的RAM,同时它是(shì)我们第(dì)一颗96M主(zhǔ)频的(de)Cortex-M0+产(chǎn)品。”

此(cǐ)外,他透露:另外为了更好的适应电(diàn)机控制应用,我们还会出一颗48Pin的产品(pǐn),在继承(chéng)了CW32L011的96M主(zhǔ)频(pín)的同时,还增(zēng)加了两路DAC、两路OPA、以及8Kbyte的RAM,DMA控制器(qì)以(yǐ)及除法开(kāi)方硬件单元(yuán),Cordic三角(jiǎo)函数计算器等等(děng)硬(yìng)件,使(shǐ)得她在应对电机控制应用的时(shí)候更加(jiā)的游刃(rèn)有余。”

受益于物联网以及电(diàn)子产品(pǐn)智能化的发展,近几(jǐ)年(nián)全球MCU市场规模呈现(xiàn)增(zēng)长的趋势。根据Precedence Research的数据,2022年全球MCU市场约为282亿美元(yuán),预计2030年有望(wàng)达582亿(yì)美元,未来 8年CAGR为9.48%;同(tóng)时(shí)根据IHS和IC Insights也预测(cè)2022年中国(guó)MCU市(shì)场规模约为390亿元,同(tóng) 比增长7.7%,预计2026年将有(yǒu)望(wàng)突破500亿元,未来增长潜力巨大。

在这个巨大的增量市场中,虽然玩家众(zhòng)多,但是只要在产品上以(yǐ)客户需(xū)求为导向,精雕细琢,精心打造,总能开(kāi)辟(pì)出(chū)属于(yú)自己的新赛(sài)道。

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