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  • 精雕细琢打造MCU,开辟属于自己(jǐ)的Cortex-M0+新赛(sài)道!

    发布时间:2024-10-29 发布者:武汉开云和芯源半导体 内容来源:武汉开云和芯源半导体有限公司

    文章转(zhuǎn)载来(lái)源(yuán):张国斌(bīn)

    原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s/6Foe6C4MND-K9kbXl0SJ6w



    Cortex™-M0+是(shì)ARM公司2012年发布的一(yī)款(kuǎn)拥(yōng)有极高能效的低功耗、低成本微控制器(qì)内核IP,基于32位ARMv6内(nèi)核架构(gòu),支持Thumb/Thumb-2子集ISA,单(dān)核心,如果采用(yòng)低成本的90nmLP工艺制造,其核心面积区区0.04平(píng)方毫米(mǐ),每MHz单位频率消耗的电(diàn)流、功耗分别仅有(yǒu)9μA、11μW,基(jī)于该内核的MCU可广(guǎng)泛用于家用器(qì)具、白(bái)色家电、医疗监控、测量、照明、马达控制设备等(děng)领(lǐng)域。

    发布10多(duō)年来,基(jī)于Cortex™-M0+的MCU已经大量出货,知名(míng)的半导体厂(chǎng)商如TI 、ST 、NXP等多家(jiā)MCU厂商(shāng)都(dōu)推出了基于Cortex™-M0+的MCU ,如今,物联网市场如(rú)火(huǒ)如荼 ,在大量基(jī)于(yú)Cortex™-M0+的MCU已经面市的情况下,Cortex™-M0+ MCU在以这片红海中还有(yǒu)发展的空间吗?

    答(dá)案是(shì):有(yǒu),近(jìn)日武汉开云和芯源半导体推出(chū)的(de)基于Cortex™-M0+内核CW32L010新品系列就是(shì)通过差(chà)异化的细节设计开辟了属于自己的新赛道。


    武汉开云和芯源半导体有限公司技术总监张亚凡在(zài)接受(shòu)电子创新(xīn)网独(dú)家专访时表示(shì):我们此次(cì)新(xīn)品发(fā)布打出的口(kǒu)号是“树立(lì)M0+产品行业新标杆”,目前我们提(tí)供三种封装形式(shì),分别是(shì)QFN20,TSSOP20和SOP16。分(fèn)别针对当前通用(yòng)应用(yòng)环(huán)境下的小(xiǎo)型化需求、标准兼(jiān)容需求以及引脚间距大(dà)一(yī)些(xiē)、引(yǐn)脚数要求(qiú)少一些的需求。”

    他补充说该(gāi)产品瞄准的是需求量最大的通用20引(yǐn)脚入门级32位MCU市场,最(zuì)大的(de)引(yǐn)脚数就是20。和早(zǎo)期功(gōng)能简单的8位机相(xiàng)比(bǐ),开云和芯源半导体(tǐ)提供了高达64Kbyte的(de)FLASH容量和高达(dá)4Kbyte的RAM容量。

    “这(zhè)是因为很多(duō)客户发(fā)现在开发过程中,如(rú)果用市(shì)面上常(cháng)规的20引脚产品,Flash配置(zhì)通常为16K,32K,RAM通(tōng)常(cháng)为2K或(huò)者1K,经常遇到存储容量不够导致开发(fā)进(jìn)行不(bú)下去的问题。我(wǒ)们这次得(dé)益于华虹90nm制程上Flash技术的(de)长足发(fā)展,直接给(gěi)到客(kè)户翻倍的存(cún)储容(róng)量,让客户在入门级的MCU上(shàng)也可以灵活安排程序和数据存储。”他指出,“除此之(zhī)外,作为一个标准品通用(yòng)MCU,我们该提(tí)供的配置都有提供,没有过(guò)度的裁剪。比(bǐ)如(rú)说(shuō)应该(gāi)配备(bèi)的、各种定(dìng)时器、ADC、SPI、I2C、UART等等。另外值得注意的(de)是,这是(shì)一个(gè)标准工业级温度范围(wéi)的、具(jù)备宽电压(yā)工作(zuò)特性的(de)、经由正规(guī)设计(jì)、验证和测(cè)试流程,用正向研发方式做出来的产品,是(shì)我们开云和芯源半导体(tǐ)在MCU技术道路上的一个(gè)重要里程(chéng)碑。

    据介绍,CW32L010系列采(cǎi)用主频高达48MHz的ARM® Cortex®-M0+内核(hé),配备高速嵌入式存储(chǔ)器,包括(kuò)多达64K字节FLASH和4K字节SRAM。该系列接口丰富,所(suǒ)有型(xíng)号均提供完整的通信接口(UART、一路SPI和一(yī)路I2C),以及12位高(gāo)速ADC、四(sì)组(zǔ)通(tōng)用和基本定时器、一组低功耗定时器和(hé)一组(zǔ)高级控制PWM定时器(qì)。

    此外,CW32L010支持在-40℃至(zhì)85℃的工作温度范围内运行(háng),供电电压范围为(wéi)1.62V至5.5V,同时具备Sleep和DeepSleep两种低功耗模式。

    此外,它还有如下特点:

    1、64K超大Flash存储(chǔ)容量, 数据保持时间长达25年,支持(chí)擦写保护(hù)、读(dú)保(bǎo)护和安全运(yùn)行库(kù)保护功能

    2、黑(hēi)客级代码安全防护:创新的(de)安全特性(xìng) - 允许用户划定一块指令存储区(qū)域,仅通过指令总线取(qǔ)指(zhǐ)令执行,禁(jìn)止数据总线访(fǎng)问(wèn),即使攻击(jī)者尝(cháng)试通过下(xià)载间谍程序挟持内核也无法(fǎ)访问该区域,有(yǒu)效保护敏(mǐn)感(gǎn)算法和(hé)关键功能。
    3、极限超低功耗:待机电流低至0.3uA - 高温待机电流仅为1.2uA,远低于(yú)竞品平(píng)均(jun1)水(shuǐ)平。
    4、全新设计的高级定时器:兼容G4相(xiàng)关(guān)IP - 新(xīn)增PWM移相、多点比(bǐ)较等功能(néng),单个高级定时器支持多达6对(duì)互补PWM输(shū)出,灵(líng)活调整PWM边沿位置(zhì)。
    5、高精度RTC补偿(cháng):补偿精度达0.060ppm - 支持(chí)亚秒(miǎo)级读数,优化了RTC补偿机制(zhì)。
    6、全面升级的低功耗串口:支(zhī)持LIN、RS485硬(yìng)件使能 - 接收数据时(shí)可灵活配置接口电平,产生关键字中断(duàn)和帧超时中断,支持多种硬件功能(néng)。

    7、出色的Latch Up测试成绩高(gāo)温闩(shuān)锁门限测试成绩高达±600mA - 远高于行业(yè)一般(bān)水平,提供强大的ESD防护能力,是相比(bǐ)竞品一般水平的3~6倍

    8、高性能ADC:16路ADC输入,采样(yàng)率可(kě)达(dá)2M  各通道采样保持时(shí)间可独立配(pèi)置,适应不同应用需(xū)求(qiú)。
    9、内部(bù)时(shí)钟源特性优异:内置RC时钟源技术特性(xìng)优于竞品 - 无论是HSI还是LSI,都表现出色,降低了对外(wài)置晶体的(de)依赖,优化了成(chéng)本。
    张亚凡特(tè)别指(zhǐ)出该新(xīn)品超低功耗评估指标非常多,一般将待机电流(常温/高(gāo)温)、全速运行电(diàn)流等几个(gè)主要指标拿出来比较,CW32L010采用特(tè)别工艺制程,将待机电流(liú)控制在0.3uA,特别是(shì)高(gāo)温(wēn)待机电(diàn)流是竞品平均水平的1/4~1/8。

    精雕细琢打造产品,细节(jiē)见真章(zhāng)

    他表(biǎo)示在高速ADC方面(miàn),CW32L010ADC配置比(bǐ)以前增(zēng)加了一(yī)个功(gōng)能:就是每个采样通道都是(shì)可以独立配置采样保(bǎo)持时间的,他说这也是客户提(tí)的要求。因为如果这个功能没有的话,客(kè)户在(zài)对不同的(de)信号(hào)源进行采样的时候,就得被迫用同一种采样保持(chí)时间,那实际工作的时候就存在众(zhòng)口难调的问题,有些内(nèi)阻比较大的信号源(yuán)要求比(bǐ)较长的采(cǎi)样保(bǎo)持时间,如果(guǒ)加信号(hào)调理的话就(jiù)又需(xū)要额外(wài)的开支了。现在的设计比较好,不同的(de)通道独立配置时间,让ADC配置的适应性灵活性更强了。

    在这次新品发(fā)布会上(shàng),武汉开云和芯源半导体提出了在安全方面新品是“黑(hēi)客级安全代码防护”,对此张亚凡表示作为专业的MCU,必然考(kǎo)虑用户的代码及知识产权保护。尽管目前大多数(shù)MCU都支持多种安(ān)全等级,阻止通过SWD/ISP接口(kǒu)读(dú)取Flash内容。但通过下载间谍程序,用挟(jiā)持内核的(de)方式对Flash指令区做(zuò)数据访问一般都被允许。CW32L010则(zé)可以阻止这个(gè)入(rù)侵,开云和芯源半(bàn)导(dǎo)体独创性的允许用户(hù)划定(dìng)一块指令存储区域,在(zài)这个区域内只能通过指令(lìng)总线取指(zhǐ)令执行(háng),但不允许通过(guò)数据总线访(fǎng)问(wèn)数据,用(yòng)户可以将敏感的(de)代码库存储在这个区域,只(zhī)能调用(yòng),无(wú)法复刻。除此之外,CW32全系(xì)列产品,符合IEC60730,IEC61508 功能安全设计规范(fàn)。

    此外,他还(hái)强调该MCU的IO口带有滤(lǜ)波(bō)防(fáng)抖,“我们(men)用MCU的时候经常会用(yòng)IO口来(lái)检测按键、或者继电器触点的状(zhuàng)态变(biàn)化,传统上的思路是,按(àn)键产生中断的时(shí)候不要立(lì)即(jí)马上去处理他,要(yào)延迟10个毫秒左右再去判断(duàn)一(yī)次,如果两次判断(duàn)都是有动(dòng)作,那再去处(chù)理也不迟。今天这个(gè)由(yóu)软件来做的按键(jiàn)防抖功(gōng)能,我们用硬件来完成了。”他(tā)解释说(shuō),“我(wǒ)们是怎么做的呢?我们的IO口的信号传输到中断系统的通道(dào),可以选择(zé)去通过一个数字滤波器(qì),而这个数字滤波器的刷新时钟可以在上面这些时(shí)钟源里面去(qù)自由选择。那如(rú)果我(wǒ)们(men)选择了这个(gè)速(sù)度比较低(dī)的LSI作为这(zhè)个时钟源,那(nà)就相当于(yú)用比较(jiào)慢的(de)速(sù)度对(duì)这个输入信号(hào)进行了多次的确(què)认,相当于(yú)节省了软件的(de)开销了。同样的(de),如果外部有滤(lǜ)波电容的话也就不(bú)再(zài)需要原先那么大的,这是节省了(le)硬(yìng)件开销了。”

    此(cǐ)外,他表示该(gāi)MCU的内部时钟(zhōng)源的温度特性和(hé)校准结果非常优秀,“我们都知道,我们这个规格的(de)MCU,配(pèi)置外部晶体的客户是很少的。系(xì)统稳定(dìng)运行的(de)时钟源基(jī)本都靠内部的RC振荡器来提供。这里如(rú)果没有设计好的话,很容(róng)易出现时钟偏差,严重的时候还(hái)会影响串行通信波特率上不去,以及电(diàn)机转速不准确,时(shí)序响应不及时等等问题(tí)。而我们做到的内(nèi)部时钟的出厂精度(dù)是完全满足客户的苛刻要求的,目前(qián)没有客户对这(zhè)个性能指标不(bú)满意,在(zài)国内工(gōng)艺制(zhì)程(chéng)里面也很难找到对(duì)应(yīng)的参(cān)数成绩。”他(tā)解释说。

    针对未来产品规划(huá),他表示(shì):有的客户(hù)说,CW32L010很好,但是(shì)RAM容量4K还是偏少了一点(diǎn),引(yǐn)脚数还是少了一点。那我们(men)下一个产品(pǐn)会解决这个问题,那就(jiù)是(shì)CW32L011,它(tā)被设计为最大32个(gè)引脚,内置6Kbyte的(de)RAM,同时(shí)它是我们第一颗96M主频的Cortex-M0+产品。”

    此外,他透露:另(lìng)外为了更(gèng)好的适应(yīng)电(diàn)机(jī)控(kòng)制应用,我们还会出一颗48Pin的产品,在继承了CW32L011的96M主频的同时,还增加了两路(lù)DAC、两路OPA、以及8Kbyte的RAM,DMA控制器以及除法开方硬(yìng)件单(dān)元,Cordic三(sān)角(jiǎo)函数计算器等(děng)等硬件,使得她在应对电机控制(zhì)应用的时候(hòu)更(gèng)加的游刃有余。”

    受(shòu)益于物联网以及(jí)电子产品智能化(huà)的发展,近(jìn)几年(nián)全球MCU市场规模呈现增长的趋势(shì)。根据Precedence Research的(de)数据,2022年(nián)全球MCU市场(chǎng)约为(wéi)282亿美(měi)元,预计(jì)2030年(nián)有望达582亿美元,未来(lái) 8年(nián)CAGR为9.48%;同时根(gēn)据IHS和IC Insights也预测(cè)2022年中(zhōng)国MCU市场(chǎng)规模(mó)约为390亿元(yuán),同 比增长7.7%,预计2026年将有望突破500亿元,未来(lái)增长潜(qián)力巨大。

    在这(zhè)个巨大的(de)增(zēng)量市场中,虽(suī)然玩家众多,但是(shì)只要在产品上以客户需求为导向,精雕细琢,精心打造,总能开辟(pì)出属于(yú)自(zì)己的新赛(sài)道。

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