如果要回顧2012年以及展望2013年，您會選擇哪幾個詞作為電子行業(yè)的關鍵詞?相信還沒人去做過這樣的調查統(tǒng)計，不過不出意外的話，筆者相信至少有這樣兩個關鍵詞必將入選最熱門的關鍵詞：智能終端，移動互聯(lián)。您同意嗎?
近年來，無論是政府還是企業(yè)，都在力主推廣各種智能化概念——智能電網、智能交通、智能家居、智能監(jiān)控……同時，基于各種智能便攜式終端的移動互聯(lián)網應用層出不窮?？v觀不久前閉幕的2013年消費電子展(CES2013)，最熱門的展品幾乎無不與這兩個關鍵詞相關——今年CES最熱門的產品為智能手機和平板電腦，各種智能家電產品也數(shù)不勝數(shù)，甚至還有吃飯的叉子和湯匙也“被智能化”。
智能化和移動互聯(lián)網的發(fā)展趨勢帶動了傳統(tǒng)的電器產品設計轉變，正如在近期召開的易維訊“2013產業(yè)和技術展望媒體研討會”的主題演講中，飛思卡爾亞太區(qū)市場營銷和業(yè)務拓展經理黃耀君所指出——隨著應用復雜度的增加，32位微控制器(MCU)正在很多領域替代傳統(tǒng)的8位和16位MCU。而該轉變趨勢背后，還有很多難以從8位、16位和32位這樣簡單數(shù)字變化所能包含的更多技術發(fā)展新趨勢。
超過50%的新推MCU基于ARM平臺
正如黃耀君所言，32位微控制器越來越多地進入傳統(tǒng)8位和16位控制器所長期占據的市場，特別是近年來智能終端的爆發(fā)下，這種趨勢尤其明顯。“32位控制器成本的迅速降低也促成了這種轉變，目前一些32位微控制器成本已經進入50美分以下的區(qū)間。除了替代8/16位控制器外，一些中端、高端的MCU產品也正在一些傳統(tǒng)DSC具有優(yōu)勢的領域中逐漸占據上風。”黃耀君指出，“目前全球新推的32位MCU中，幾乎超過50%的產品是基于ARM平臺的。”
復雜的嵌入式系統(tǒng)將涉及到實時操作系統(tǒng)、中間件、應用程序、硬件電路，等等，幾乎沒有一家公司能完成所有的設計，只有基于像ARM這樣的開放的公共處理器平臺才能形成如此良好、豐富的生態(tài)系統(tǒng)，所有的公司一起貢獻良好的開發(fā)環(huán)境，實現(xiàn)快速的系統(tǒng)設計和創(chuàng)新。“例如以前基于8位/16位控制器設計，如果因為供貨原因需要修改設計，將會很麻煩，而基于ARM內核的32位處理器很方便，有大量第三方提供技術支持。”黃耀君指出。
飛思卡爾針對不同的應用需求，提供豐富的微控制器產品系列
作為全球最大的微控制器產品提供商之一，飛思卡爾公司的PX系列Power Architecture架構微控制器、ColdFire等已經在業(yè)界獲得廣泛應用，甚至已經成為一些行業(yè)標準產品。“但這并不影響飛思卡爾提供基于ARM平臺的領先控制器，”黃耀君指出，“而且我們是業(yè)內率先推出基于Cortex-M0+和M4控制器產品的半導體公司。飛思卡爾的Kinetis系列MCU產品組合共提供了超過200個基于ARM Cortex-M結構的低功耗、高性能、可兼容的微控制器。”
“我們的Kinetis系列從入門級到功能豐富的產品，都提供可支持飛思卡爾塔式開發(fā)工具平臺以及付贈的MQX RTOS和基于Processor Expert 的CodeWarrior IDE編碼自動發(fā)生器的高精度混合信號、FlexMemory(EEPROM)，低功耗、連接性、人機互交(HMI)和安全等等特性，以及非常齊全的外設選擇。并獲得業(yè)界領先的IAR系統(tǒng)、KEIL、Green Hills以及許多其他合作伙伴的支持。”黃耀君表示。
基于開放的公共處理器平臺，良好的生態(tài)系統(tǒng)將促進更快的產品技術創(chuàng)新。
廣泛的產品組合+更高的產品特性滿足設計需求升級
面對快速變化的市場需求，嵌入式系統(tǒng)廠商對半導體產品方案也提出越來越多不同于以往的產品功能和特性需求。“客戶的要求越來越高，例如功耗越來越低，封裝尺寸越來越小，多個串口，部分應用要求把高壓驅動、安全功能、無線模塊等功能加入進去。”黃耀君指出。在演講中，他總結了近年來客戶對控制器的需求變化的幾大趨勢：
l 要求免費的的操作系統(tǒng)支持，例如Linux、uCOSII、FreeRTOS、MQX，等.
l 免費的高質量中間件支持，以及免費提供各種程序及算法庫資源
l 控制器所集成的RAM與FLASH的比例要求已經從1/32、1/16逐漸上升到1/8、1/6，甚至1/4
l 允許通過串口和USB接口實現(xiàn)程序加載，支持固件在線升級
l 更強的EMC兼容性——IEC61000-4-4和IEC61000-4-2分別要求最低4.8KV EFT和8KV ESD，一些應用要求10KV、12KV
l 可靈活擴展的通用控制器，滿足各種存儲器大小要求以及管腳兼容，以便隨系統(tǒng)要求的提高輕松升級
l 為滿足大批量應用提供專用MCU，這些MCU需要盡量多實現(xiàn)功能集成(例如智能電表應用、物聯(lián)網應用，等)
l 無線MCU——以SoC或SiP形式，支持各種無線通信方式，如Sub-GHz、ZigBee、藍牙，等
l 具備更強的DSP功能以及更多的外設功能，例如集成DSP協(xié)處理器、多內核功能
l 集成人機界面(HMI)及多媒體功能
事實上，設備商在不斷追求更強大的功能和極致性能的過程中，嵌入式系統(tǒng)設計對控制器平臺提出了越來越苛刻的要求，幾乎所有的嵌入式微控制器產品都在試圖滿足這些需求趨勢，當然每款控制器產品的側重點會有不同。在演講中，黃耀君重點分享了飛思卡爾的Kinetis通用MCU系列以及專用MCU系列的在滿足這些市場需求方面的主要技術特性：
Kinetis L系列微控制器不僅汲取了新型ARM Cortex-M0+處理器的卓越能效和易用性，而且體現(xiàn)了Kinetis 32位微控制器產品優(yōu)越的性能、多元化的外設、廣泛的支持和可擴展性。同時將出色的動態(tài)和停止電流與卓越的工藝處理性能、選擇廣泛的片內閃存密度與豐富的模擬、連接和HMI外設選項相互結合，從8位和16位MCU的限制中釋放了關鍵的功耗設計能力。Kinetis L系列MCU還能夠和基于ARM Cortex-M4 Kinetis K系列的硬件和軟件相互兼容，為提供性能、存儲和特性集成擴展遷移路徑。[!--empirenews.page--]
Kinetis K 系列MCU組合更強調高性能和可兼容性，有超過200個基于ARM® Cortex™-M結構的低功耗產品。它的設計具有可擴展性能，集成連接性、通信、人機互交(HMI)和安全等等特性。這個系列的產品的特性是高集成，它包含多種快速16位模擬/數(shù)字轉換器、數(shù)字/模擬轉換器和可編程增益放大器，以及強大、經濟有效的信號轉換器。還支持飛思卡爾塔式開發(fā)工具平臺和免費提供的MQX實時操作系統(tǒng)。
飛思卡爾Kinetis系列通用微控制器為各種嵌入式應用提供了豐富的選擇。
Kinetis X系列是業(yè)界基于ARM® Cortex™-M4內核構建、速度最快的微控制器。該器件系列具有先進的連接特性和HMI外設，內含軟件可以支持帶有強大圖形用戶界面的網絡系統(tǒng)。Kinetis X系列MCU配置了一系列的軟件和工具，其中包括飛思卡爾的塔式系統(tǒng)開發(fā)平臺、附贈的MQX RTOS和基于Processor Expert的CodeWarrior IDE自動代碼生成器和來自IAR Systems、KEIL、Green Hills和其他合作伙伴的廣泛支。
Kinetis W 系列專用微控制器主要針對物聯(lián)網、智能家居等應用。增加了無線連接性支持，擴展了Kinetis K系列基于ARM® Cortex™ -M4的成功之處，將業(yè)界領先的 sub-1 GHz和2.4 GHz 射頻收發(fā)器與Cortex™-M4內核成功集成，并針對無線應用進行了優(yōu)化，提供了一個強大、可靠、安全的和低功耗的嵌入式無線解決方案。提供了一個可測量移動路徑的更高性能的儲存器和特征集合。
Kinetis M 系列專門支持廣泛的經濟高效的單相或兩相電表設計而設計，基于32位ARM Cortex-M0+內核微控制器。所有 Kinetis M 系列微控制器都包含一個模擬前端，使 CPU 的電源計算可以達到 0.1% 的精確度。為適應多個地區(qū)，模擬前端是可配置的，它包含4個24位Σ-Δ模數(shù)轉換器、兩個低噪聲可編程增益放大器，支持2000至1的動態(tài)范圍、一個帶有較低漂移溫度范圍和相移補償?shù)木茈妷簠⒖家院喕_的功率計算。
Vybrid系列提供基于ARM Cortex A5+Cortex M4多核或ARM Cortex A5單核的產品選擇，涵蓋產品讓客戶由Kinetis MCU入門級產品升級到帶有片上SRAM的MPU，以及適用于工業(yè)市場高度集成、異構雙核的MPU產品。 每一種Vybrid系列器件都含有成套參考設計、應用筆記、板級支持包(BSP)和中間件。Vybrid平臺支持客戶構建既可以單獨或同時運行如Linux或MQX等高級操作程序的系統(tǒng)。這樣，結合豐富域與實時域之間的通信API，以及便于調試這類系統(tǒng)的工具鏈，可以顯著縮短客戶實現(xiàn)收入的時間。
應用案例分析——Kinetis K53在心電監(jiān)測儀上的應用
作為全球最主要的微控制器供應商之一，飛思卡爾的微控制器產品研發(fā)上具有豐富IP和應用開發(fā)經驗，特別是在各種算法資源、OS(免費提供強大的MQX RTOS)以及強大的技術支持團隊上。“飛思卡爾200多款Kinetis系列微控制器廣泛應用在消費電子、工業(yè)控制、醫(yī)療保健和網絡通信等領域，這些產品針對主要的應用在外設集成、功能和性能優(yōu)化上均有業(yè)界領先的優(yōu)勢。”黃耀君指出。在研討會上，黃耀君還重點分享了幾個典型的應用案例，下面介紹其中基于Kinetis K53的心電圖儀應用。
如圖所示，通過飛思卡爾Kinetis K53處理器，患者不需要去醫(yī)院里面去做心電圖，只需要用蘋果的iPhone智能手機或iPad平板電腦，通過飛思卡爾的控制板以及幾根電極，就可以輕松地實現(xiàn)心電圖的自我檢測應用，把心電圖形和心率在手機中清楚地顯示出來。
通過飛思卡爾的控制板以及幾根電極，就可以輕松地實現(xiàn)心電圖的自我檢測
該Demo針對的應用主要是實現(xiàn)心電監(jiān)測的家用便攜式醫(yī)療保健產品，便攜式產品的首要要求就是低功耗和便攜性，Kinetis K50系列針對便攜式醫(yī)療應用進行優(yōu)化設計的一些獨特的功能特性優(yōu)勢使其成為此類應用的理想之選。Kinetis K50系列基于Cortex-M4內核，在實現(xiàn)了高性能和高集成度條件下，本身就具備了非常好的低功耗特性。所集成的DSP和浮點單元功能讓設計工程師可以實現(xiàn)輕松快速實現(xiàn)復雜算法，較短的時間內實現(xiàn)心電圖監(jiān)測，使設備大部時間內處于休眠模式從而節(jié)省功能。
Kinetis K50系列高集成度還使其在便攜式醫(yī)療應用上具備整體尺寸以及BOM成本上的優(yōu)勢。內部集成了模擬測量引擎，包括嵌入運算放大器與跨阻抗放大器，以及高分辨率的模數(shù)轉換器和數(shù)模轉換器。16位模數(shù)轉換器提供了所有心電監(jiān)測或類似家庭健康監(jiān)測應用所需的高分辨率和精確度。而K50內置的運算放大器和跨阻抗放大器可以很方便設計師實現(xiàn)采集信號的調理，不僅設計上更簡單，而且有助于降低噪聲干擾。
K50系列器件內含128～512KB的Flash，以及最多128KB的SRAM，并且結合飛思卡爾在K50系列中使用的創(chuàng)新FlexMemory技術，可以將這部分設置為EEPROM和/或Flash，并可以同時作為主程序的存儲器。這對于像心率監(jiān)測儀、血糖儀等便攜式醫(yī)療設備而言非常重要，因為必須持續(xù)進行監(jiān)測數(shù)據的寫入。
Kinetis K50微控制器系列內部集成了大量便攜式醫(yī)療應用所需的外設。
本文總結：
“2013年，32位MCU的性能將進一步提高：內核方面，Cortex-M0會向M0+升級，Cortex-M3會向M4升級;資源上向多核和多存儲方向演進，而高端的Cortex-A8/A9/A15會向A5X(ARM V8架構)升級。”黃耀君指出，“目前飛思卡爾已經有相關的新品研發(fā)，相信很快就會有新產品推出。”越來越豐富的ARM生態(tài)系統(tǒng)正在為工程師帶來便利，我們期待飛思卡爾在新的一年有更給力的微控制器產品提供給工程師。
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