將MCU與MPU結(jié)合：集性能、控制、通信于一體的MCU新品

近年來，工業(yè)和汽車行業(yè)逐漸強調(diào)“實時控制”這一概念，而在智能制造逐漸落地之時也對時間敏感這一特性開始有了新的追求。

日前，TI（德州儀器）針對現(xiàn)代電子系統(tǒng)對MCU（單片機）產(chǎn)品性能、實時控制能力及通信多樣性的要求下，發(fā)布Sitara? AM2x MCU產(chǎn)品。

突破設(shè)計瓶頸：MCU與MPU相結(jié)合

根據(jù)德州儀器 (TI) 中國區(qū)嵌入式與DLP®應(yīng)用技術(shù)總監(jiān)師英的介紹，之所以發(fā)布此次新品源于行業(yè)發(fā)展愈發(fā)增長的需求。具體來說，在性能上新興應(yīng)用需要更高等級的系統(tǒng)集成和邊緣智能，在控制上工業(yè)和汽車系統(tǒng)依賴實時控制和決策，在通信上分布式通信和自動化趨勢需要更高的網(wǎng)絡(luò)帶寬。

因此，Sitara AM2x MCU應(yīng)對的是以上的性能、控制、通信的挑戰(zhàn)。事實上，Sitara這一系列產(chǎn)品線一直以來在工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，且擁有悠久的歷史。

AM2x作為Sitara系列下全新推出的MCU，兼具處理器級計算性能和MCU的設(shè)計簡易性，集成了實時處理、控制和通信功能，同時易于獲取的工具和軟件有助于簡化開發(fā)流程。數(shù)據(jù)顯示，相比于基于閃存的 MCU，工程師可以利用的處理能力提高了10倍。

從技術(shù)角度來看，AM2x是利用傳統(tǒng)MCU與傳統(tǒng)MPU相結(jié)合實現(xiàn)以上表述的特性。師英告訴記者，TI將高性能的ARM內(nèi)核CPU、高性能RAM和DDR、信號處理加速器、工業(yè)通訊這種高速實時總線的接口聯(lián)合在一起，再加入實時外設(shè)及功能安全和信息安全，設(shè)計出AM2x系列的處理器。

那么，既然這款產(chǎn)品特性分別取自MCU和MPU，TI為何又將它界定為MCU？師英為記者解釋，傳統(tǒng)的界定方式中，MCU是將CPU、Flash、RAM和各種外設(shè)集成在單片芯片上，MCU適合處理某項單一任務(wù)；而MPU的CPU，包括CPU的運行和取值，對于內(nèi)存管理的架構(gòu)是完全不一樣的，從應(yīng)用上來講，MPU在很多場合下需要在較復(fù)雜的操作系統(tǒng)上運行。

“但是我想澄清一下，現(xiàn)發(fā)布的 Sitara AM2x系列產(chǎn)品兼具處理器級的高性能和MCU的設(shè)計簡易性，是不同功能和外設(shè)的合體。AM2x系列主要是應(yīng)用于需要高速運算，實時控制，實時通訊等場景。”

應(yīng)對特定場景：一個MCU勝任所有要求

實際上，觀察行業(yè)實現(xiàn)TSN（時間敏感性網(wǎng)絡(luò)）的不同方法很多，包括FPGA、ASIC等。AM2x則是強調(diào)在一個MCU上可實現(xiàn)處理、控制和聯(lián)網(wǎng)功能，根據(jù)師英的解釋，通過這種集成方式可以解決一些特定應(yīng)用場景下的設(shè)計挑戰(zhàn)，還可以幫助客戶將整個系統(tǒng)的設(shè)計成本和設(shè)計的復(fù)雜性降低下來。

具體來說，AM2x擁有以下特性：

1、高性能處理：高達800MHz的單核或多核處理器在實現(xiàn)快速計算的同時，保證小于1W的低功耗；

2、實時控制：AM2x利用集成的信號處理加速器和先進的模擬、控制和通信外設(shè)能夠?qū)崿F(xiàn)控制、工業(yè)通訊和智能化；

3、工業(yè)通信：全面支持 Ethernet/IP、EtherCAT、Profinet、IO-Link 主站和千兆以太網(wǎng)等常見協(xié)議，客戶無需支付任何第三方額外費用使用這些SDK協(xié)議，也可選擇SDK之外其他第三方協(xié)議；

4、安全性：產(chǎn)品符合工業(yè)和汽車市場的安全要求，并能夠?qū)崿F(xiàn)超高的系統(tǒng)安全等級（SIL 3或ASILD）；

5、易用性：AM2x不僅將所有的功能和性能都集成在一個芯片內(nèi)，也提供了大量簡單易用的開發(fā)工具和生態(tài)系統(tǒng)，支持各種協(xié)議?；蚴堑谌焦ぞ?。

本次發(fā)布會上，TI宣布發(fā)布AM2xMCU系列第一款產(chǎn)品型號AM243x，包括17mm × 17mm或11mm × 11mm封裝的AM2431、AM2432、AM2434三個不同變種的預(yù)量產(chǎn)版。

根據(jù)師英的介紹，AM243x中擁有最多4個Cortex-R5F的CPU內(nèi)核，由4個R5F內(nèi)核和內(nèi)部加速器和協(xié)處理器總共可以提供高達6000DMIPS的計算能力，且在6000DMIPS的運算下芯片功耗不會超過1W。

記者注意到，AM243xMCU在運算核心上主要是Cortex-R5F、Cortex-M4F和加速器的組合。通常來說Cortex-R處理器側(cè)重于實時性和安全性，這也是產(chǎn)品實現(xiàn)實時控制和安全性的主要源泉；Cortex-M處理器則側(cè)重于超低設(shè)計面積和超低功耗上，主要用于產(chǎn)品的協(xié)處理。

另外，產(chǎn)品采用外接閃存，內(nèi)部沒有集成閃存。據(jù)記者了解，擴展外部閃存接口是通用接口，只要符合業(yè)界標準的閃存均可接入工作。另外，芯片上集成了完整的安全機制，包括Security Boot和加密的加速器?？蛻衾迷撔酒O(shè)計系統(tǒng)時，可以根據(jù)系統(tǒng)信息安全的設(shè)計目標，來靈活配置內(nèi)置安全模塊或外部閃存安全模塊。

聚焦客戶需求：易于使用的MCU產(chǎn)品

AM2x系列定位在工業(yè)自動化、PLC、電機控制、機械臂、機器人或工業(yè)多協(xié)議這種廣泛的高速通訊接口的一些應(yīng)用。這些場景中雖已有很多產(chǎn)品，但再面對日益增長的工業(yè)電子系統(tǒng)設(shè)計需求下，傳統(tǒng)MCU是無法滿足的。在面對既需要實時控制，又需要高速運算和高速實時通訊的產(chǎn)經(jīng)下，AM2x讓客戶擁有一個靈活簡單高性能的選項。

作為一款MCU產(chǎn)品，工程師的開發(fā)體驗是至關(guān)重要的，AM2x真正做到了簡單易用。師英告訴記者，TI會提供基于AM2x系列產(chǎn)品的FreeRTOS實時操作系統(tǒng)及各種驅(qū)動，工業(yè)多協(xié)議或電機驅(qū)動，各種特定應(yīng)用場合的軟件包支持。

當然，AM2x作為一款通用MCU，還可以運行各種形式的軟件，大家也可以選各種不同級別和規(guī)模的RTOS。

值得一提的是，AM2x產(chǎn)品在TI官方網(wǎng)站上不僅提供豐富的示例代碼和設(shè)計資源，也提供完整的產(chǎn)品在線培訓(xùn)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，名為MCU+ Academy。這個系統(tǒng)下，工程師可以自己定義要學(xué)習(xí)的課程和內(nèi)容進度，完成對于處理器、配套的工具和SDK的學(xué)習(xí)，并配套測驗、編程練習(xí)和任務(wù)練習(xí)。

師英告訴記者，在面對多變復(fù)雜的應(yīng)用場景，越來越多的需求會將高速計算處理能力、實時控制、實時高速通信、功能安全和信息安全等功能進行集成，很多工業(yè)甚至汽車的應(yīng)用場景已出現(xiàn)，基于這樣的市場需求TI會為客戶提供更多的設(shè)計選項。

無線連接在工業(yè)汽車中愈發(fā)重要，Sitara系列是否會向此方面進發(fā)？面對記者的提問，師英表示，“首先是看應(yīng)用場景的需求，在我們的客戶或者是市場的應(yīng)用場景里，TI還是會一直收到各種各樣的關(guān)于功能和接口的需求。另外從TI的角度來看，無線或有線的技術(shù)我們都是具備的。對于TI來講，可以非常容易就實現(xiàn)一個高集成度、高靈活度的產(chǎn)品。我們致力于定義和設(shè)計適合不同應(yīng)用場景的產(chǎn)品，所以如果未來市場有這樣的需求，我們不排除這種可能性。”

記者注意到，此前TI曾發(fā)不過Sitara AM64x系列，也聚焦于實時控制上，不過定位上略有區(qū)別。根據(jù)師英的介紹，AM2x可以提供免費的RTOS，這個SDK是完整免費的，同時AM2x也可在沒有操作系統(tǒng)的情況下運行，基于用戶自己的任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)，或是直接的計算器控制來運行。AM2x的設(shè)計目標是與實時操作系統(tǒng)一起工作或在沒有操作系統(tǒng)的情況下工作。這符合MCU客戶的期望——易于使用，沒有高級操作系統(tǒng)的復(fù)雜性。AM64x使用A系列Arm內(nèi)核和Linux等高級操作系統(tǒng) (HLOS)，而Sitara AM2x系列MCU通常使用R系列或M系列的Arm內(nèi)核。

總結(jié)來看，TI一直以來聚焦行業(yè)需求，SitaraAM2xMCU就是這樣一款易于使用且順應(yīng)客戶需求的產(chǎn)品。反觀Sitara的整個產(chǎn)線，從復(fù)雜到簡單，客戶的選擇將會非常靈活。