精“芯”之選:一顆為物聯(lián)網(wǎng)而生的MCU
IC Insights最新的研究數(shù)據(jù)顯示,全球MCU市場保持著持續(xù)穩(wěn)定的增長,MCU的出貨量從2015年的220億顆增長至2020年的360億顆,市場規(guī)模也從159億美元增長至207億美元,2021年全球MCU市場規(guī)模將達到223億美元。同比增長超7%,其中與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的工控、醫(yī)療和消費電子領(lǐng)域的貢獻約為36%,可見物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成了MCU市場的一個重要支點。?面對如此誘人的市場蛋糕,MCU廠商自然不敢怠慢,過去十多年間伴隨著物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的興起,一直在研發(fā)滿足物聯(lián)網(wǎng)市場所需的MCU產(chǎn)品。?物聯(lián)網(wǎng)MCU應(yīng)該什么樣?經(jīng)過多年的技術(shù)探索,目前人們對于這類MCU應(yīng)該具備什么樣的特征,已經(jīng)了然于心了。具體來講,打造一顆物聯(lián)網(wǎng)所需的MCU,應(yīng)該從以下幾個方面進行考量:?1. 足夠的算力雖然在物聯(lián)網(wǎng)MCU的選型時,高性能的算力不是“萬能的”,但是沒有足夠的算力則是“萬萬不能的”。隨著物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的功能日益復(fù)雜,特別是邊緣計算概念的興起,主控、通信協(xié)議、HMI……需要算力的地方越來越多,有些應(yīng)用還需要有專門的內(nèi)部DSP和浮點單元(FPU),再有開發(fā)者還要考慮為安全功能留有算力裕量,因此水漲船高,算力也就成了一道越來越高的“門檻”。為了獲得更高的性能,除了在自身的設(shè)計和工藝上挖潛,采用最新的處理器內(nèi)核,也是MCU廠家普遍的技術(shù)升級路徑,所以我們看到今天越來越多的主流物聯(lián)網(wǎng)MCU正在從以前的Arm-Cortex M0 / M0 / M3 / M4架構(gòu)轉(zhuǎn)向更新的Cortex M23 / M33架構(gòu)。?2.?低功耗由于相當(dāng)多的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備是電池供電的,因此如何降低功耗、延長電池續(xù)航時間也就成了MCU這個能耗大戶需要認真面對的問題。為此,一種普遍的做法是為MCU設(shè)置多種能耗模式,對應(yīng)MCU中不同功能模塊的工作和休眠狀態(tài),按需切換,只讓必須激活的功能電路開啟,最大限度地實現(xiàn)節(jié)能。其次,集成和采用各類高性能和低功耗的外圍電路、片上非易失性存儲器等,也是降低系統(tǒng)能耗的好方法。再有,新的Cortex M23 / M33處理器內(nèi)核,也具有更為出色的能效表現(xiàn),可以為MCU實現(xiàn)整體的低能耗加分。?3.?安全性物聯(lián)網(wǎng)的安全性如何強調(diào)都不過分,安全性的保障來源于物理性安全(硬件安全,例如防止黑客侵入保護數(shù)據(jù)安全)以及軟件安全(用戶認證、身份管理、安全網(wǎng)絡(luò)接入等)??梢钥吹剑絹碓蕉嗟奈锫?lián)網(wǎng)MCU將硬件加密、真隨機數(shù)生成、身份認證等安全功能作為自身的標(biāo)配,成為一個“安全”MCU。同時,Cortex M23 / M33通過引入TrustZone的安全機制,也從底層架構(gòu)對安全的和不安全的代碼進行隔離,盡可能打造一個縝密的安全防線。?4.?高集成度除了處理器內(nèi)核和片上存儲器,物聯(lián)網(wǎng)MCU也要考慮將越來越豐富的外設(shè)功能集成進來,包括模擬、接口、安全單元、時鐘管理、定時器、電源管理等。通過集成度的提升,無論是從芯片層面還是系統(tǒng)層面,對于成本和小型化方面的優(yōu)化都是顯著的。?5.?可擴展性由于物聯(lián)網(wǎng)市場具有“碎片化”的特性,MCU產(chǎn)品在設(shè)計時除了要滿足當(dāng)下的應(yīng)用場景,還要考慮更長遠的可擴展性要求,以滿足不斷發(fā)展的應(yīng)用需求。一方面,MCU要基于一個統(tǒng)一的產(chǎn)品平臺開發(fā)出豐富的硬件產(chǎn)品組合;另一方面,也需要在軟件工具鏈以及整個生態(tài)系統(tǒng)和開發(fā)社區(qū)的營建上下功夫,以便可以為不斷變化的市場需求提供針對性的系統(tǒng)化解決方案。
達到了上面這五方面的要求,MCU產(chǎn)品就算是拿到進入物聯(lián)網(wǎng)市場的“入場券”了。但最終是否能夠在這個市場中安身立命、揚名立萬,還要看MCU廠商能否依托自己的實力和經(jīng)驗,打磨出經(jīng)得住市場考驗的產(chǎn)品。
EFM32PG22:?一顆為物聯(lián)網(wǎng)而生的MCU?Silicon Labs最新推出的EFM32PG22 32位 MCU可以說就是一款符合上述標(biāo)準(zhǔn),“為物聯(lián)網(wǎng)而生”的精品。這款低成本、高性能的解決方案,擁有業(yè)界領(lǐng)先的低功耗、性能及安全性,同時基于易于使用且高精度的模擬功能。EFM32PG22非常適合于那些尺寸受限、對低功耗運行有嚴苛要求的消費和工業(yè)應(yīng)用。圖1:EFM32PG22系統(tǒng)框圖?在性能方面,EFM32PG22基于主頻76.8MHz的高性能32位?Arm Cortex-M33處理器內(nèi)核,自帶DSP指令和浮點單元,可實現(xiàn)高效的信號處理,同時集成有高達512kB的閃存程序存儲器和高達32kBRAM數(shù)據(jù)存儲器,對于常見的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用應(yīng)該是游刃有余。?在低功耗方面,這一直是EFM32系列32位 MCU的強項,EFM32PG22也不例外。從圖1中可以看出,EFM32PG22具有細分的五個功率模式,分別對應(yīng)著不同功能模塊的開啟和關(guān)閉,由此開發(fā)者可以靈活地控制MCU的功率水平,最大限度地降低功耗。
- 在EM0活動模式下(38.4MHz活動模式),運行功耗為26μA/MHz;
- 在EM2深度睡眠模式下(保留8kB RAM,RTC從LFRCO中運行),電流為1.10μA;
- 在EM3深度睡眠模式下(保留8kB RAM,RTC從ULFRCO中運行),電流為0.95μA;
- 在EM4完全關(guān)斷的模式下,電流僅有0.17μA。
- 模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC):12位,1Msps或16位,76.9ksps
- 高達26個帶有輸出狀態(tài)保持和異步中斷功能的GPIO引腳
- 8信道DMA控制器
- 12信道外圍設(shè)備反射系統(tǒng)(PRS)
- 4個16位定時器/計數(shù)器(3個比較/捕獲/PWM通道)
- 1個32位定時器/計數(shù)器(3個比較/捕獲/PWM通道)
- 32位實時計數(shù)器
- 24位低能耗定時器,用于波形生成
- 1個監(jiān)視器定時器
- 2個通用同步/異步接收器/傳輸器(UART / SPI / SmartCard (ISO 7816) /IrDA / I2S)
- 1個增強型通用異步接收器/傳輸器(EUART)
- 2個I2C接口,帶SMBus支持
- 數(shù)字麥克風(fēng)接口(PDM)
- 單點校準(zhǔn)后具有 /-1.5?C精度的芯片溫度傳感器
高性價比的開發(fā)套件為了讓開發(fā)者能夠快速探索和體驗EFM32PG22這款新品,Silicon Labs還配套推出了一款基于EFM32PG22的小型化、高性價比、功能豐富的原型設(shè)計和開發(fā)套件。圖3:EFM32PG22MCU開發(fā)套件
?該開發(fā)板中包括四種不同的環(huán)境傳感器(相對濕度和溫度傳感器、環(huán)境光傳感器、霍爾效應(yīng)傳感器、6軸慣性傳感器),以及立體聲PDM麥克風(fēng)。此外,該開發(fā)板還嵌入了一個8Mb串行閃存、用戶LED和按鍵、SEGGERJ-Link板載調(diào)試器、20引腳2.54mm分支焊盤、Mini Simplicity連接器等,為調(diào)試和功能擴展提供了便利。該開發(fā)套件的推出,也進一步完善了EFM32PG22的設(shè)計生態(tài),讓開發(fā)者上手更便捷。圖4:EFM32PG22MCU開發(fā)套件板載資源?總之,物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的不斷擴展,也為MCU產(chǎn)品的發(fā)展提供了新賽道。一個能夠在這一賽道中領(lǐng)跑的MCU,必須在算力、功耗、安全性、集成度、可擴展性等方面都有全面而均衡的實力。EFM32PG22就是在這場競逐中脫穎而出的一員新秀,如果你正準(zhǔn)備向大批量、低功耗的消費和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域進軍,不妨來認識一下它。
- EFM32PG22 32位微控制器:https://cn.silabs.com/mcu/32-bit/efm32pg22-series-2
- EFM32PG22 MCU開發(fā)套件:https://cn.silabs.com/development-tools/mcu/32-bit/efm32pg22-development-kit