Cortex突破日系MCU陣營防線，富士通FM3欲搶占電機(jī)控制應(yīng)用先機(jī)

【導(dǎo)讀】11月初，富士通半導(dǎo)體繼東芝半導(dǎo)體之后也正式宣布采用ARM Cortex-M3內(nèi)核的FM3系列MCU面市，并一口氣推出44款產(chǎn)品型號。與東芝不同的是，富士通對新款Cortext-M3 MCU的宣傳顯得更為高調(diào)。一貫以專用內(nèi)核為主的日系MCU供應(yīng)商陣營是否會由此轉(zhuǎn)向通用RSIC微控制器內(nèi)核，引發(fā)業(yè)界廣泛關(guān)注。

11月初，富士通半導(dǎo)體繼東芝半導(dǎo)體之后也正式宣布采用ARM Cortex-M3內(nèi)核的FM3系列$MCU$面市，并一口氣推出44款產(chǎn)品型號。與東芝不同的是，富士通對新款Cortext-M3 MCU的宣傳顯得更為高調(diào)。一貫以專用內(nèi)核為主的日系MCU供應(yīng)商陣營是否會由此轉(zhuǎn)向通用RSIC微控制器內(nèi)核，引發(fā)業(yè)界廣泛關(guān)注。

ARM內(nèi)核一貫以其良好的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)(在全球擁有700多家第三方供應(yīng)商)和低功耗而著稱，而隨著32位Cortex MCU不斷向“亞1美元”價(jià)位逼近，它們在替代8位、16位MCU的戰(zhàn)役中捷報(bào)頻傳。這正是富士通半導(dǎo)體開始布局通用內(nèi)核MCU的主要原因之一。“我們看到了市場對Cortex的需求，隨著產(chǎn)品研發(fā)周期日益縮短，客戶希望采用更加便利的平臺，ARM良好的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)使其開發(fā)工具、中間件、驅(qū)動器等非常容易獲得，這是專用內(nèi)核無法比擬的優(yōu)勢。FM3 MCU可以讓富士通的獨(dú)特技術(shù)優(yōu)勢惠及更廣泛的客戶群?！备皇客ㄊ袌霾控?fù)責(zé)人表示。

在日前舉辦的深圳2010 MCU技術(shù)創(chuàng)新與嵌入式應(yīng)用大會上，ARM的發(fā)言人宣稱，據(jù)最新統(tǒng)計(jì)，2010年Q2一個(gè)季度Cortex-M的出貨量就達(dá)到990萬片，高出2008年全年的總量，預(yù)計(jì)未來3年的年復(fù)合增長率將達(dá)到160%。除了傳統(tǒng)的歐美系MCU廠商，像富士通半導(dǎo)體等擁有獨(dú)特技術(shù)專長的日系MCU供應(yīng)商的加入無疑將對Cortex-M的爆炸性增長起到推波助瀾的作用。

圖1：基于ARM內(nèi)核的芯片出貨量預(yù)測。(資料來源：ARM公司)

競爭法寶：面向差異化的外設(shè)

無論是歐美系、日系還是臺系供應(yīng)商，Cortex MCU之爭最根本的還是外設(shè)之爭。在過去20多年的專用內(nèi)核MCU產(chǎn)品和ASIC/ASSP開發(fā)過程中，富士通半導(dǎo)體積累了大量外設(shè)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，并廣為市場所接受，其中很多特性還是由中國本土團(tuán)隊(duì)自主開發(fā)的，很貼合中國市場的需求。

此次發(fā)布的FM3 MCU分為兩個(gè)系列：高性能MB9BF500/400/300/100系列強(qiáng)調(diào)高性能、高速，可用于工業(yè)自動化應(yīng)用伺服控制、變頻控制、電動汽車、太陽能逆變器、智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集器等等工業(yè)應(yīng)用，能夠增強(qiáng)系統(tǒng)功效；標(biāo)準(zhǔn)MB9AF100系列強(qiáng)化了低功耗性能的設(shè)計(jì)，可以很好地滿足節(jié)能設(shè)計(jì)需求，適合用于白色家電(空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)等)、數(shù)字消費(fèi)類設(shè)備和辦公自動化設(shè)備等。兩個(gè)系列的外設(shè)基本相似，如圖2所示，特別值得一提的是以下3個(gè)特性，體現(xiàn)了富士通半導(dǎo)體有別于其他Cortex-M3 MCU的獨(dú)到之處，也可以從中管窺富士通半導(dǎo)體的通用32位MCU產(chǎn)品策略。

圖2：FM3系列MCU的特性。

1.上至5.5V的寬操作電壓

FM3系列可在2.7V～5.5V的電源下工作，而大多數(shù)其他廠商的Cortex-M3 MCU不能用于5V系統(tǒng)，僅能在3.6V或更低的電源下工作。FM3滿足了市場上只能用于5V系統(tǒng)的微控制器的需求，是工業(yè)自動化設(shè)備和大型家電的最佳選擇。明年，富士通半導(dǎo)體還將推出支持1.8V-3.6V的超低功耗系列，進(jìn)一步拓展32位MCU產(chǎn)品的適用范圍。

2. 業(yè)界最快、汽車級性能的高速閃存

對于這些MCU產(chǎn)品，富士通半導(dǎo)體采用的是和汽車用MCU產(chǎn)品同樣的高性能NOR閃存，具備至少10萬次擦/寫次數(shù)(這只是一個(gè)保守?cái)?shù)字)，并能保持?jǐn)?shù)據(jù)長達(dá)20年，而且提供數(shù)據(jù)加密保存支持，確保了IP的安全性。該閃存還是同類產(chǎn)品中讀取速度最快的，具備高達(dá)60MHz的無時(shí)滯頻率響應(yīng)，因而大大提高了CPU的性能?；陂_源的基準(zhǔn)測試程序Dhrystone2.1 benchmark的結(jié)果顯示，在60MHz工作頻率下，富士通Cortex-3M產(chǎn)品的性能(MIPS)比競爭對手的產(chǎn)品提高了30%。

3.用于高精度馬達(dá)控制的外設(shè)模塊

富士通的FR微控制器家族的外設(shè)性能在馬達(dá)控制應(yīng)用方面一直廣受褒揚(yáng)，為滿足高精度馬達(dá)控制的精準(zhǔn)要求，富士通進(jìn)一步改善外設(shè)模塊，使之適用范圍更廣。尤其是搭載了高精度和高速度的12位A/D 轉(zhuǎn)換器(+/-2LSB 1.0μs轉(zhuǎn)換)后，MCU的高精度采樣使馬達(dá)控制更加精準(zhǔn)，應(yīng)用到高精度高速伺服馬達(dá)及工業(yè)自動化應(yīng)用下的其它設(shè)備時(shí)更能展示其真正潛能。FM3 MCU的3單元12位A/D的通道多達(dá)16路，更能提高位置精度和馬達(dá)控制的精準(zhǔn)性。此外，以往業(yè)界慣常使用CPU通過軟件檢測馬達(dá)的轉(zhuǎn)子位置，而FM3系列擁有的新型馬達(dá)轉(zhuǎn)子位置傳感計(jì)數(shù)器，可以進(jìn)行自動化檢測并能減輕CPU負(fù)荷。使用該產(chǎn)品可降低變頻系統(tǒng)的功耗。

成就中國廠商180度變頻節(jié)能設(shè)計(jì)目標(biāo)

盡管富士通算是最早推出Cortex-M3 MCU的日系廠商之一，但相對搶先一步的歐美同業(yè)，如何做到后來者居上，則不僅要在產(chǎn)品本身下功夫，還得找準(zhǔn)市場切入點(diǎn)。電機(jī)控制、中國成為富士通市場戰(zhàn)略的兩大關(guān)鍵詞，該公司希望憑借其差異化的外設(shè)加上全方位的解決方案和本地深度支持，在一貫擁有口碑的電機(jī)控制應(yīng)用市場搶占先機(jī)。

談到電機(jī)控制，不得不提幾個(gè)富士通MCU獨(dú)有的特性。首先是多脈沖發(fā)生器(MPG)，目前業(yè)界只有富士通能做到。通過用配置好的硬件模塊來檢測電機(jī)位置信號，轉(zhuǎn)換驅(qū)動信號，進(jìn)行電機(jī)閉環(huán)控制。[!--empirenews.page--]

其次是多功能定時(shí)器(MFT)模塊，包括AD模塊和波形發(fā)生模塊：

·高速AD采集，僅需1us完成；

·2組獨(dú)立AD，變頻方案使用第一組4通道，第二組8通道由客戶自由使用不會受變頻影響；

·自由設(shè)定由驅(qū)動波形觸發(fā)，保證在最適當(dāng)時(shí)候采樣信號；

·自由設(shè)定PWM波形的周期和寬度；

·三組6通道PWM驅(qū)動信號周期和反向由硬件同步；

·硬件死區(qū)時(shí)間，寬度自由設(shè)定；

·傳感器信號硬件捕捉和驅(qū)動信號觸發(fā)。

再者，MCU集成了變頻驅(qū)動的算法，并提供源代碼級別的參考和定制。這一特性較之“DSP+MCU”的模式大大降低了設(shè)計(jì)門檻和系統(tǒng)復(fù)雜度。由于變頻技術(shù)和算法是富士通中國本地團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)，因而可根據(jù)中國客戶的需求改動算法，并且固件系統(tǒng)是拆成若干軟件模塊形式，客戶可以靈活選擇，組成自己的系統(tǒng)。這種本地深度技術(shù)支持服務(wù)是其他競爭對手無法做到的。

圖3：基于FM3的電機(jī)驅(qū)動開發(fā)平臺和解決方案。

富士通半導(dǎo)體還提供全方位的基于FM3的電機(jī)驅(qū)動開發(fā)平臺和解決方案，包括：既支持單芯片也支持雙芯片的硬件系統(tǒng)；底層外設(shè)驅(qū)動+中間件核心算法+高端附加功能的固件系統(tǒng)；另外，富士通的電機(jī)調(diào)試軟件工具除了可以設(shè)置參數(shù)，還可以向示波器一樣繪制任意波形，方便觀測波形變量，提高了調(diào)試的便利性，這一點(diǎn)也是大多數(shù)同類產(chǎn)品沒有的。

180度直流變頻方案正受到很多中國白家電廠商的追捧，富士通半導(dǎo)體也與領(lǐng)先的制造商展開了合作，很快將有相關(guān)產(chǎn)品上市。據(jù)悉，富士通可提供完整的180度直流變頻方案，其優(yōu)點(diǎn)是采用32位高速高性能芯片，2相電流檢測，反饋更安全可靠、算法自主研發(fā)且國內(nèi)領(lǐng)先，支持三相永磁同步馬達(dá)和直流無刷馬達(dá)壓縮機(jī)驅(qū)動。由于提供死區(qū)補(bǔ)償和轉(zhuǎn)子位置估算更準(zhǔn)確，富士通變頻方案的正弦波電流波形相比同類型方案更加平滑，因?yàn)殡娏髡{(diào)節(jié)更優(yōu)化，相同環(huán)境和系統(tǒng)，富士通方案功耗也更少，效率更高。

算法可為變頻方案競爭的重中之重。富士通180度變頻核心控制算法包括上圖所示的這些重要組成部分，可從以往的專用內(nèi)核MCU平臺快速移植到FM3通用32位MCU平臺上，從而將幫助加速180度直流變頻的普及，為家電和工業(yè)設(shè)備的節(jié)能降耗作貢獻(xiàn)。