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精雕细琢打(dǎ)造(zào)MCU,开辟属(shǔ)于自己的Cortex-M0+新赛(sài)道(dào)!

发布时(shí)间(jiān):2024-10-29 发布者(zhě):武汉luck18新利和芯源半导体 内容来源:武汉luck18新利和芯源半(bàn)导体有限(xiàn)公司

文章转(zhuǎn)载来源:张国斌

原(yuán)文链接:https://mp.weixin.qq.com/s/6Foe6C4MND-K9kbXl0SJ6w



Cortex™-M0+是ARM公(gōng)司2012年发布的(de)一款拥有极高(gāo)能效的低功耗、低成本微控制器(qì)内(nèi)核IP,基于32位ARMv6内核架构,支持Thumb/Thumb-2子(zǐ)集ISA,单核心,如果采用低成本(běn)的90nmLP工艺制造,其核心面积区区0.04平方毫米,每MHz单位频率消耗(hào)的电流、功耗分别仅有9μA、11μW,基于该内核的MCU可广泛用于家用(yòng)器具(jù)、白色(sè)家电、医疗监控、测量(liàng)、照明、马达控(kòng)制设备(bèi)等领域。

发布10多(duō)年来(lái),基(jī)于Cortex™-M0+的MCU已经(jīng)大量出货,知名的(de)半导体厂商如TI 、ST 、NXP等多(duō)家(jiā)MCU厂商都推出了基(jī)于Cortex™-M0+的MCU ,如(rú)今,物联(lián)网市(shì)场(chǎng)如火(huǒ)如荼 ,在大量基于Cortex™-M0+的(de)MCU已(yǐ)经面市的情况(kuàng)下,Cortex™-M0+ MCU在以这片红(hóng)海中还有发展的(de)空间吗?

答案是:有,近日武汉luck18新利和芯源半导体推出的基于Cortex™-M0+内(nèi)核CW32L010新(xīn)品系列就是通过差异化的细节设计(jì)开辟了(le)属于(yú)自己(jǐ)的新赛道。


武汉luck18新利和芯源半导体(tǐ)有限公司技术总监张亚(yà)凡在接受电子创新网独家专(zhuān)访时表示:我们此次新品发布打出的口号是“树立M0+产品行业新标杆”,目前我(wǒ)们提供三种(zhǒng)封装形(xíng)式,分别是QFN20,TSSOP20和(hé)SOP16。分(fèn)别针对当前通用应(yīng)用环境下的小型化需求、标准兼容需求以(yǐ)及引脚间距大一些、引脚数要(yào)求少一些的(de)需求。”

他(tā)补充说该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,最大的引脚数就是(shì)20。和早期功能简单的(de)8位机相比,luck18新利和芯源半(bàn)导(dǎo)体(tǐ)提供了高达64Kbyte的FLASH容量和高达4Kbyte的RAM容(róng)量。

“这是因为(wéi)很(hěn)多客户发现在开发过程中(zhōng),如果用市面(miàn)上常规的(de)20引脚产品,Flash配置通常为16K,32K,RAM通常为2K或者1K,经常遇到存储容(róng)量不(bú)够导(dǎo)致开发进(jìn)行不下去的问题。我们这次得益于(yú)华虹90nm制程(chéng)上(shàng)Flash技术的长足(zú)发展(zhǎn),直接给到(dào)客户翻倍的存储容量,让客户在入门级的MCU上也可以灵(líng)活(huó)安排程序和数据存储。”他指出,“除此之外,作(zuò)为(wéi)一(yī)个标准品通用MCU,我们该(gāi)提供的配置都有提供,没有(yǒu)过度(dù)的裁剪。比(bǐ)如说应该(gāi)配备(bèi)的、各种定时器、ADC、SPI、I2C、UART等等。另外(wài)值得注意的是,这是一个标准工(gōng)业级温度范围的、具备宽电压工作特性的、经由正(zhèng)规(guī)设(shè)计、验(yàn)证和(hé)测试流程,用(yòng)正向研发方(fāng)式做出来(lái)的产品,是我们芯(xīn)源半导体在MCU技术(shù)道路上(shàng)的一个重要里程碑(bēi)。

据介(jiè)绍,CW32L010系(xì)列采(cǎi)用(yòng)主频高达48MHz的(de)ARM® Cortex®-M0+内核,配备高速嵌入式存储器,包(bāo)括(kuò)多(duō)达(dá)64K字节FLASH和4K字节SRAM。该系列接口丰富,所有型号均提(tí)供完(wán)整的通信接口(kǒu)(路(lù)UART、一路SPI和一路I2C),以及12位高速ADC、四组通用和基本定时器、一(yī)组低功(gōng)耗定时器和一组(zǔ)高(gāo)级控(kòng)制(zhì)PWM定时器。

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

此外,它还有如(rú)下(xià)特点:

1、64K超大Flash存储容量, 数据保持时间长达25年,支持擦写保护、读保护(hù)和安全运行库保护功能(néng)。

2、黑客级代码安(ān)全防护:创新的安全特性(xìng) - 允许用(yòng)户划定(dìng)一块指令存储区域(yù),仅通过指令总线取指令执行,止数据总线访问,即使攻(gōng)击者尝试通过(guò)下载间谍程序挟持内(nèi)核也无(wú)法访问该区(qū)域,有效保护敏感算(suàn)法和关键功能。
3、极限超低功耗:待机电流低至(zhì)0.3uA - 高温待机电流仅为(wéi)1.2uA,远低于竞品平均水平。
4、全新设计的高级定(dìng)时器:兼容(róng)G4相(xiàng)关IP - 新增PWM移相、多点(diǎn)比(bǐ)较等功能,单个高级定时器(qì)支(zhī)持多(duō)达6对(duì)互补(bǔ)PWM输(shū)出,灵(líng)活(huó)调整PWM边沿位置。
5、高精度RTC补偿:补偿(cháng)精度达0.060ppm - 支持(chí)亚秒级读(dú)数(shù),优(yōu)化了RTC补偿(cháng)机制。
6、全面(miàn)升级的低功耗(hào)串(chuàn)口:支持LIN、RS485硬件使能 - 接收数(shù)据时可灵活配置接口电平,产(chǎn)生关键字中(zhōng)断和帧超时中断,支持多种硬件功能。

7、出色的Latch Up测试成(chéng)绩:高温闩锁(suǒ)门(mén)限(xiàn)测试(shì)成绩高达±600mA - 远高于行业一般水平,提供强大的ESD防护能力,是相比竞品一般水(shuǐ)平的3~6倍。

8、高性能ADC:16路(lù)ADC输入,采样(yàng)率可达(dá)2M  各通道采样(yàng)保持时(shí)间可独立配置,适应不同(tóng)应用(yòng)需求。
9、内部时(shí)钟源特性优异(yì):内置RC时钟源技术特性优于竞(jìng)品 - 无论(lùn)是HSI还是LSI,都表(biǎo)现出(chū)色,降低了对外置晶体的依赖(lài),优化了成(chéng)本。
张亚凡特别(bié)指出该新(xīn)品超低功耗评(píng)估指标(biāo)非常(cháng)多,一般将待机电流(常温/高(gāo)温)、全(quán)速运(yùn)行(háng)电流等几(jǐ)个主要指标(biāo)拿出(chū)来比较,CW32L010采用特(tè)别工(gōng)艺制程,将待机电流控制在0.3uA,特别是(shì)高温待机电流是竞品平均水平的1/4~1/8。

精雕细琢打造产品(pǐn),细节见(jiàn)真(zhēn)章

他表示(shì)在高(gāo)速ADC方面,CW32L010的(de)ADC配置比以前增加了一(yī)个功(gōng)能(néng):就是每个采样(yàng)通道都(dōu)是(shì)可以独立配置采样保持时间的,他说这也是客户提的要求。因为如(rú)果这个功(gōng)能没有(yǒu)的话,客(kè)户(hù)在对(duì)不同的(de)信号源(yuán)进行采(cǎi)样的时(shí)候,就得被迫(pò)用同一种采(cǎi)样保(bǎo)持时(shí)间,那实际工作(zuò)的(de)时候(hòu)就存在众(zhòng)口难调的(de)问(wèn)题,有些内阻比较大的信号源要(yào)求比较长的(de)采样保持时间(jiān),如果加信号调理的(de)话就又(yòu)需要(yào)额外(wài)的开支了(le)。现在的设(shè)计比(bǐ)较好,不同(tóng)的通(tōng)道独立(lì)配置时间,让ADC配置的适应性灵活性更(gèng)强了。

在这次新品发(fā)布会上,武汉(hàn)luck18新利和芯源半导体提出了在(zài)安全方面新品是(shì)“黑客(kè)级安(ān)全代(dài)码防护(hù)”,对此张亚凡表(biǎo)示作为专业的(de)MCU,必然考虑用户的代码及(jí)知(zhī)识产权保护。尽管目(mù)前大(dà)多数(shù)MCU都支持多种安(ān)全等级,阻止(zhǐ)通(tōng)过SWD/ISP接口读取Flash内容。但通过下载间谍(dié)程序,用挟持(chí)内核的方式对Flash指令区做数(shù)据访问一般都被允许。CW32L010则可以阻止这个(gè)入侵,luck18新利和芯源半(bàn)导(dǎo)体独创性的允许用户划定一块(kuài)指令存储区域,在这个区域(yù)内只能通过指(zhǐ)令总线(xiàn)取指令执行,但不允(yǔn)许通过数据总线访问数据,用户可以将敏感的代码库(kù)存(cún)储在这(zhè)个区域,只能调用,无法复刻(kè)。除此之外(wài),CW32全系列(liè)产(chǎn)品(pǐn),符合(hé)IEC60730,IEC61508 功能安全设计规范。

此外(wài),他还强调该MCU的IO口带有滤波防抖,“我们用MCU的时候经常(cháng)会用IO口来检测按键、或者继电器触点的状态变化,传统(tǒng)上的思(sī)路(lù)是,按键产生中断的时(shí)候不要立即(jí)马上去处(chù)理他,要延迟10个(gè)毫秒左右再去判断一次,如果(guǒ)两次判断都(dōu)是(shì)有动作,那再去处(chù)理也(yě)不迟。今天这个由软件来做的按(àn)键(jiàn)防抖功能,我们用硬件来完(wán)成了(le)。”他解(jiě)释说(shuō),“我们(men)是怎么做的呢?我们的(de)IO口的(de)信号传输(shū)到中断系统的通道,可以选择去通(tōng)过一个数字(zì)滤波(bō)器,而(ér)这个(gè)数字滤波器的刷新时钟可(kě)以(yǐ)在上面这些时钟源里面去自由选择。那如果我们选择了这个速度比较低的(de)LSI作为(wéi)这个时钟源(yuán),那(nà)就相(xiàng)当(dāng)于用比较慢的速(sù)度对这(zhè)个(gè)输(shū)入(rù)信(xìn)号进行了多(duō)次的确认,相当于节(jiē)省了(le)软(ruǎn)件的开销(xiāo)了。同样的,如果外部有滤波电(diàn)容(róng)的话也就不再(zài)需要原先(xiān)那么大的,这是节(jiē)省了硬件开销了。”

此外,他表示该MCU的内部时钟源(yuán)的(de)温度特性和校准结果非常优秀,“我们都知道,我们这个规(guī)格的MCU,配置外部晶体的(de)客户是很少的。系(xì)统稳(wěn)定(dìng)运行的时钟(zhōng)源基本都靠内(nèi)部的RC振荡器来提供(gòng)。这里如果没有设计好的话,很容易出现时钟偏(piān)差,严重(chóng)的时(shí)候还会影响串行(háng)通信波特率上不(bú)去,以(yǐ)及(jí)电机转速不准(zhǔn)确,时序(xù)响(xiǎng)应不及(jí)时等(děng)等问(wèn)题。而我们做到的内(nèi)部时钟的出厂精度(dù)是完全(quán)满足客户的苛(kē)刻要求的(de),目(mù)前没有客户对这个性能指标不满意,在国内工艺制程里面也很(hěn)难找到对(duì)应的参数成绩。”他解(jiě)释说。

针对未来产品规划(huá),他表示:有的客户说,CW32L010很好,但(dàn)是RAM容量4K还(hái)是偏少了一点(diǎn),引脚数还是少了一点。那我们下一个产品(pǐn)会(huì)解决这个问题,那就是CW32L011,它被设(shè)计为最大32个引(yǐn)脚,内置(zhì)6Kbyte的RAM,同时它(tā)是我(wǒ)们(men)第一颗96M主(zhǔ)频的Cortex-M0+产品(pǐn)。”

此外,他透露:另外为了更好的(de)适应电(diàn)机控制应(yīng)用,我们还(hái)会出一颗(kē)48Pin的(de)产品,在继承了CW32L011的96M主频的同时,还增加了两路DAC、两路OPA、以及8Kbyte的RAM,DMA控制器以及除法开(kāi)方(fāng)硬件单元,Cordic三角函(hán)数计(jì)算器等等(děng)硬件,使得她在应对电机控制(zhì)应用的时候更加的游刃有余。”

受益于(yú)物联网(wǎng)以及电子产品智能化的发展,近几年(nián)全球MCU市场规模(mó)呈(chéng)现增长的趋势。根据Precedence Research的数(shù)据,2022年全球MCU市场约(yuē)为282亿美元,预(yù)计(jì)2030年(nián)有(yǒu)望达582亿美元(yuán),未来 8年(nián)CAGR为9.48%;同时根(gēn)据IHS和IC Insights也预测2022年中国MCU市场规模约为390亿元,同(tóng) 比增长(zhǎng)7.7%,预计2026年将有望突(tū)破500亿元,未来增长潜(qián)力(lì)巨(jù)大。

在这个巨大的增(zēng)量(liàng)市(shì)场(chǎng)中,虽(suī)然玩家众多,但是只要在产品上以客户需求(qiú)为导向,精(jīng)雕细琢,精(jīng)心打造,总(zǒng)能开辟出属于自(zì)己(jǐ)的新赛(sài)道。

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