論2017年嵌入式的“四季變化”

嵌入式系統(tǒng)是一種“完全嵌入受控器件內(nèi)部，為特定應(yīng)用而設(shè)計的專用計算機(jī)系統(tǒng)”，根據(jù)英國電氣工程師協(xié)會的定義，嵌入式系統(tǒng)為控制、監(jiān)視或輔助設(shè)備、機(jī)器或用于工廠運作的設(shè)備。與個人計算機(jī)這樣的通用計算機(jī)系統(tǒng)不同，嵌入式系統(tǒng)通常執(zhí)行的是帶有特定要求的預(yù)先定義的任務(wù)。由于嵌入式系統(tǒng)只針對一項特殊的任務(wù)，設(shè)計人員能夠?qū)λM(jìn)行優(yōu)化，減小尺寸降低成本。嵌入式系統(tǒng)通常進(jìn)行大量生產(chǎn)，所以單個的成本節(jié)約，能夠隨著產(chǎn)量進(jìn)行成百上千的放大。我們以嵌入式系統(tǒng)的核心MCU來說說2017年嵌入式領(lǐng)域的MCU四個變化。

一、MCU主頻、內(nèi)核大突破還有多核化

在傳統(tǒng)上，我們理解的的MCU都是基于Cortex-M0,M3,M4或者8051 內(nèi)核的MCU，但是今年我們看到，一些MCU領(lǐng)軍廠商如ST、NXP等都推出于基于Cortex-M7內(nèi)核高主頻MCU，把MCU應(yīng)用繼續(xù)拓展。

NXP在今年6月推出了i.MX RT系列跨界處理器，它結(jié)合了高性能和實時功能，支持下一代物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，具有與MCU級可用性相平衡的高度集成和安全性，且價格實惠。i.MX RT處理器的優(yōu)勢很明顯：第一高性能，采用ARM Cortex-M7，主頻高達(dá)600MHz，配備高達(dá)512KB的緊耦合內(nèi)存，中斷延遲低至20nm，可以使?jié)M足目前用戶點一下按鍵就要快速做出反應(yīng)的需求;第二高集成度，集成了2D圖形加速引擎、并行相機(jī)傳感器接口、LCD顯示控制器和3個I2S，適用于GUI和增強版HMI的高級多媒體;第三低功耗，集成直流-直流轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)業(yè)內(nèi)最低動態(tài)功耗;第四使用簡便，采用了MCU的應(yīng)用架構(gòu)，MCU客戶可以利用現(xiàn)有的工具鏈，如MXUXpresso、IAR、Keil，快速開發(fā)和制作原型，而不用再學(xué)習(xí)Linux、安卓，從而節(jié)省設(shè)計時間;第五低成本，10K的轉(zhuǎn)售價格不到3美元。對于這樣的新MCU，國內(nèi)嵌入式系統(tǒng)技術(shù)著名專家周立功教授(廣州周立功單片機(jī)發(fā)展有限公司創(chuàng)始人、廣州致遠(yuǎn)電子股份有限公司董事長)指出：“NXP最新推出的LPC546xx、i.MX6和剛推出來的i.MX RT絕對的創(chuàng)新設(shè)計，性能超群價格便宜，我們看到A7、A8性能再好，但其資源都被Linux吃掉了!而i.MX RT只需要RTOS就可以實現(xiàn)更好的性能，且更便宜。另外，基于RTOS的功耗管理更簡單，大部分菜鳥級開發(fā)人員，不用懂Linux就可以開發(fā)出高性能的產(chǎn)品，這是多大的市場機(jī)會，因此必將成為流行的趨勢!”

“這是兼顧了高性能與低功耗的產(chǎn)品設(shè)計。”他強調(diào)。“未來，Cortex-M7的發(fā)展理念更高性能，向多核發(fā)展，比如M0+M7、M4+M7、DSP+M7...等等。”

二、32位MCU加速取代8位MCU應(yīng)用

目前在MCU領(lǐng)域，8位MCU仍占據(jù)1/3以上份額，在工業(yè)控制、安防、物聯(lián)網(wǎng)、消費類電子等諸多領(lǐng)域，8位MCU的身影依然處處可見，根據(jù)IHS的預(yù)測，2018年8位MCU的市場規(guī)模將增長到78億美元，市場份額繼續(xù)超過MCU市場營收的三分之一以上，因為很多人認(rèn)為8位MCU未來將繼續(xù)維持增長。

不過隨著智能化時代的來臨和安全意識的提升，8位MCU增長將逐漸進(jìn)入強弩之末，以今年來看，32位MCU取代8位MCU就呈現(xiàn)加速勢態(tài)，一個變化是32位MCU大量取代8位MCU在指紋識別領(lǐng)域的應(yīng)用，主要原因是32位MCU利用其更高的處理能力可以縮短算法執(zhí)行時間，最終體現(xiàn)為響應(yīng)速度。同時，32的高處理能力可以整合更多的功能，例如加密認(rèn)證，輔助傳感器等。

一些基于ARM® Cortex®-M4內(nèi)核的MCU提供了完整的DSP指令集和專用浮點運算單元(FPU)，可直接支持三角函數(shù)、濾波和卷積等復(fù)雜運算以加快指紋算法執(zhí)行速度。最高主頻下的工作性能可超過200DMIPS，可以支持高級指紋識別運算的全過程，包括指紋圖像預(yù)處理、分割拼接、數(shù)據(jù)特征提取、特征匹配、交叉比對、識別解鎖等一系列指令，更可顯著提高指紋注冊和匹配效率。所以很多8位MCU指紋識別方案別拋棄換到32位方案。

另外一些基于8位MCU的遙控器方案也因為32位MCU成本下降到與其持平而遭到拋棄。所以32位MCU需求旺盛一些公司缺貨將成為常態(tài)化。

三、高端家電、高端消費電子設(shè)備需要高性能MCU

隨著人工智能技術(shù)逐漸普及和人們對優(yōu)質(zhì)生活的追求提升，高端家電、高端消費電子對高性能MCU需求大增，例如很多冰箱需要做智能化的分析和處理，需要對儲藏的食品做分類和檢測，同時需要聯(lián)網(wǎng)完成智能購物等動作，因此需要跟高性能的MCU，這些MCU除了支持一定的智能運算外還要支持觸摸屏顯示，支持較高的分辨率顯示。針對這樣的需求，本土MCU廠商可以將產(chǎn)品向高端延伸，在兼顧低端市場的同時，向高端市場發(fā)起沖擊!

四、顯示控制及人機(jī)交互應(yīng)用加速

“在過去六個月，32位MCU在手機(jī)及移動支付、智能家居/家電、顯示控制及人機(jī)交互和汽車電子及電機(jī)應(yīng)用方面呈現(xiàn)加速勢態(tài)。”靈動微電子MCU事業(yè)部總經(jīng)理婁方超表示，“其中顯示控制及人機(jī)交互需求極其旺盛，應(yīng)該是潛力很大的市場，在這個市場中，MCU在取代以往的應(yīng)用處理器市場。”

此外 ，在MCU開發(fā)上，各個廠商也努力簡化MCU開發(fā)，例如ST開發(fā)出了STM32CubeMx，不但可以用它搜索選擇滿足需求的芯片，用它配置芯片外設(shè)引腳和功能，配置使用如LWIP、FAT32、FreeRTOS等第三方軟件系統(tǒng)，還可以用它做功耗評估。而婁方超也透露靈動微電子也會推出更好用的新開發(fā)平臺。