關(guān)于MCU的異構(gòu)集成的介紹和分析

MCU目前出現(xiàn)兩大陣營(yíng)，一種是傳統(tǒng)的通用型MCU，另一種是SoC型MCU，它們分別在新興市場(chǎng)發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)。各大半導(dǎo)體巨頭也迅速地進(jìn)入MCU的異構(gòu)集成領(lǐng)域，這會(huì)對(duì)嵌入式產(chǎn)業(yè)及產(chǎn)品以及技術(shù)發(fā)展帶來(lái)哪些巨大影響？

1針對(duì)MCU新出現(xiàn)的趨勢(shì)，工程師們這樣選型

現(xiàn)在的MCU主要分為兩類：專用的SoC型MCU和通用型MCU。SoC型MCU在市場(chǎng)上的產(chǎn)品很多，這類芯片的出現(xiàn)，從廠家的研發(fā)到推廣的力度，都比通用型MCU要大和強(qiáng)。像TI公司目前ARM類的MCU就是以SoC的MCU為主，并且針對(duì)IoT 領(lǐng)域。

恩智浦與Freescale 合并后，在SoC 型MCU的研發(fā)力度比以前要大。恩智浦現(xiàn)在兩條腿在走路，一方面擁有通用型的MCU（比如54xx系列），另一方面擁有SoC型的MCU。目前的市場(chǎng)現(xiàn)狀是：堅(jiān)持通用型線路的MCU生產(chǎn)廠商為數(shù)不多，ST公司的Cortex-M0/M3/M4/ M7系列還在此行列，目前擁有900多種產(chǎn)品；Silicon Labs的Gecko （小壁虎）系列也一直在走通用型路線，最近幾年，Silicon Labs專注在無(wú)線領(lǐng)域SoC型MCU上，內(nèi)核還是沿用小壁虎的內(nèi)核，外圍電路集成藍(lán)牙和ZigBee功能，Silicon Labs比較擅長(zhǎng)關(guān)于IoT的Thread網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧。

從開發(fā)者的角度來(lái)講，該選擇通用型MCU還是SoC型MCU呢？可以從以下4方面來(lái)考慮：

①?gòu)募夹g(shù)的角度選擇MCU：審視所要做的產(chǎn)品所涉及的無(wú)線協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)是否成熟。如果技術(shù)很成熟，又有許多成熟的產(chǎn)品在應(yīng)用，無(wú)論是RF的硬件技術(shù)還是IP軟件技術(shù)，我們選SoC型MCU的風(fēng)險(xiǎn)比較小，因?yàn)槠浒阉泄δ芗稍谝黄穑坏┏霈F(xiàn)問(wèn)題，依靠廠家才能幫助解決。反之，如果工程師在做一款新的通信標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，那么還是選擇通用型MCU+外圍無(wú)線通信模塊的組合方式為好，這樣當(dāng)通信的硬件或軟件不成熟時(shí)，我們可以更改外圍電路部分，主控模塊的軟件部分則不用做修改。

②根據(jù)產(chǎn)品來(lái)選擇MCU：當(dāng)工程師要設(shè)計(jì)尺寸特別小的可穿戴設(shè)備時(shí)，比如智能手環(huán)或手表，肯定會(huì)首選SoC型的MCU，比如選擇集成了藍(lán)牙芯片的里邊攜帶一顆ARM Cortex M3或M4的MCU，這樣的好處是不僅節(jié)省了很多元器件，減小了整個(gè)PCB尺寸，而且功耗更低，給產(chǎn)品帶來(lái)更大的競(jìng)爭(zhēng)性。如果是工業(yè)類產(chǎn)品，對(duì)尺寸無(wú)特殊要求，那么可以任意選擇MCU的類型。

③考慮已有的產(chǎn)品平臺(tái)：工程師要考慮到，企業(yè)是否已有通用的MCU平臺(tái)，企業(yè)往往不止開發(fā)一款或一個(gè)系列的IoT產(chǎn)品，而是有多條產(chǎn)品線，數(shù)十人或幾百人的團(tuán)隊(duì)在做項(xiàng)目。如果公司已有通用型平臺(tái)，那么就要選擇一款通用型的MCU，像恩智浦的LPC系列。在企業(yè)已有大量已經(jīng)開發(fā)好的軟件的狀態(tài)下，就不會(huì)特別贊成工程師們選擇SoC型MCU。

④根據(jù)價(jià)格和供貨角度選擇MCU：通用型的MCU市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，MCU本身的價(jià)格會(huì)更便宜；做整體方案時(shí)，要考慮供應(yīng)鏈的問(wèn)題，在選擇某個(gè)公司的某一款SoC型 MCU時(shí)，替代性比選擇通用型MCU加外圍通信模塊的方案余地要小，若廠家的依賴度更大，當(dāng)廠家的價(jià)格或供貨周期出現(xiàn)問(wèn)題，那么對(duì)產(chǎn)品正常的發(fā)貨和影響會(huì)很大。通用MCU可替代性要好些，供貨問(wèn)題也是工程師朋友選擇MCU的時(shí)候要注意的地方。

2支持多種無(wú)線協(xié)議的SoC正在開啟全新物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代

Silicon Labs微控制器產(chǎn)品高級(jí)營(yíng)銷經(jīng)理

將各種功能集成到MCU中有許多益處，包括更低的解決方案成本、更小的占板面積和更高的功能集成度，進(jìn)而可產(chǎn)生更高的性能和更低的功耗。為了滿足物聯(lián)網(wǎng)（IoT）市場(chǎng)的需求，市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了一類全新的、高度集成的、支持多協(xié)議連接的無(wú)線MCU。我們認(rèn)為，這類多協(xié)議無(wú)線MCU（也稱多協(xié)議SoC）正是異構(gòu)MCU的一種形式。

作為將硬件和軟件工程工作結(jié)合在一起的結(jié)果，我們看到能夠支持多種無(wú)線協(xié)議的無(wú)線MCU和SoC實(shí)現(xiàn)了快速增長(zhǎng)。這些多協(xié)議器件開啟了全新的物聯(lián)網(wǎng)功能，例如在其他無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化的設(shè)備配對(duì)和藍(lán)牙信標(biāo)功能。多協(xié)議SoC也支持在所部署設(shè)備的生命周期中對(duì)它們進(jìn)行無(wú)線更新，并且提供了一種簡(jiǎn)單的方法可以與傳統(tǒng)的專有協(xié)議協(xié)同工作。開發(fā)人員力圖在簡(jiǎn)化終端節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的同時(shí)添加無(wú)線連接功能，目前，來(lái)自多家供應(yīng)商的、先進(jìn)的多協(xié)議、多波段SoC正在為他們提供更大的靈活性和更多的開發(fā)選擇。

Silicon Labs的多協(xié)議Wireless Gecko SoC可以為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供靈活的無(wú)線連接和價(jià)格/性能選擇。Wireless Gecko產(chǎn)品系列集成了強(qiáng)大的ARM Cortex-M4內(nèi)核、節(jié)能的Gecko技術(shù)、高達(dá)19.5dBm輸出功率的2.4GHz無(wú)線收發(fā)器，以及先進(jìn)的硬件加密技術(shù)。Wireless Gecko SoC提供用于網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的最佳Thread和ZigBee協(xié)議棧、用于專有協(xié)議的直觀的無(wú)線軟件接口、用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接的Bluetooth Smart，以及用于簡(jiǎn)化無(wú)線開發(fā)、配置、調(diào)試和低功耗設(shè)計(jì)的Simplicity Studio工具，從而加速無(wú)線產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。

3提供全套軟硬件系統(tǒng)解決方案，助力工程師研發(fā)項(xiàng)目

歸根結(jié)底，客戶要尋找的是一個(gè)能滿足其所有需求的全套系統(tǒng)解決方案。我們并不必費(fèi)盡心思地將各種各樣的功能物理集成到單顆MCU中；我們要做的是構(gòu)建滿足客戶需求并能簡(jiǎn)化和縮短開發(fā)過(guò)程的解決方案。這些系統(tǒng)解決方案并非專注于獨(dú)立元件，而是專注于一個(gè)融合軟硬件的完整解決方案，它能輔助嵌入式設(shè)計(jì)人員更快地從階段A進(jìn)行到階段B。這是我們從客戶那里了解到的他們的期望，以及我們所看到的市場(chǎng)風(fēng)向。

Silicon Labs提供的解決方案有集成多種功能的單顆芯片或可加快應(yīng)用原型開發(fā)的交鑰匙方案，從而使設(shè)計(jì)周期更短，更具成本效益。這種解決方案的重點(diǎn)是，通過(guò)降低客戶對(duì)特定設(shè)計(jì)領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)的要求，使不同行業(yè)的客戶均能受益。客戶現(xiàn)在可以將連接或安防等元素看作一個(gè)個(gè)功能模塊，在設(shè)計(jì)的整個(gè)生命周期隨意添加而無(wú)需重新設(shè)計(jì)，進(jìn)而輕松擴(kuò)展應(yīng)用的功能。

全套系統(tǒng)解決方案通過(guò)利用集成硅晶片、開發(fā)硬件和軟件工具的生態(tài)系統(tǒng)，使得某一應(yīng)用能在多個(gè)不同項(xiàng)目中重用。此外，在基于MCU的解決方案中，更高級(jí)別的集成允許工程師通過(guò)減少BOM和設(shè)計(jì)的總尺寸來(lái)滿足設(shè)計(jì)的成本目標(biāo)。例如，可將一款單片機(jī)與一臺(tái)射頻收發(fā)器集成到一個(gè)片上系統(tǒng)中，減小電路板尺寸，降低總功耗及設(shè)計(jì)復(fù)雜度，從而加快智能家居應(yīng)用的開發(fā)過(guò)程。

這些技術(shù)改變降低了設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)賦予設(shè)計(jì)人員更大的靈活性，不僅使設(shè)計(jì)更快投放市場(chǎng)，而且還降低了系統(tǒng)成本。幾乎所有行業(yè)（如消費(fèi)電子、醫(yī)療、工業(yè)自動(dòng)化及汽車等）均能從集成中獲益。

4異構(gòu)集成推動(dòng)嵌入式與IoT行業(yè)的整體進(jìn)步

嵌入式應(yīng)用的眾口難調(diào)與IoT應(yīng)用的高速發(fā)展，是推動(dòng)異構(gòu)集成的原動(dòng)力。通用CPU的通用性決定了它不能面面俱到，因此，加入專用的協(xié)處理器或可編程硬件加速引擎，順理成章就成為取長(zhǎng)補(bǔ)短的首選。比如高端的音頻DSP和專用的安全處理單元，對(duì)于需要安全連接的智能語(yǔ)音識(shí)別和音頻設(shè)計(jì)非常有好處；而圖形圖像專用硬件的集成，則打開了MCU平臺(tái)進(jìn)入高級(jí)HMI和視覺(jué)應(yīng)用的大門。

近年來(lái)，隨著IoT與萬(wàn)物互聯(lián)的爆發(fā)，需要無(wú)線和高頻相關(guān)的硬件設(shè)計(jì)，以及多種傳感器的使用。在MCU中集成無(wú)線模塊、傳感器融合算法加速引擎等，滿足了IoT節(jié)點(diǎn)和穿戴設(shè)備的需要。說(shuō)起異構(gòu)集成自然要提到異構(gòu)多核，這類集成留給用戶發(fā)揮的空間最大。比如M4與M0+的集成，M0+可以做任務(wù)分擔(dān)、負(fù)載均衡、硬件加速、組件隔離等多種應(yīng)用場(chǎng)景，提高了能效和性能。A7+M4的異構(gòu)，則更多發(fā)揮M核在能效和實(shí)時(shí)性的優(yōu)勢(shì)。

恩智浦在異構(gòu)集成領(lǐng)域擁有全方位的產(chǎn)品和解決方案。比如雙核的LPC4300與LPC54100系列通用MCU，集成了ZigBee、BLE和傳感器算法加速的多款無(wú)線MCU(如QN/JN/KW產(chǎn)品系列)，在新發(fā)布的i.MX RT上集成了可用于顯示和攝像的像素處理加速管道，以及i.MX 7系列的A7+M4等配置。在今后的產(chǎn)品路線圖中，恩智浦會(huì)在多種異構(gòu)集成上持續(xù)創(chuàng)新，助力行業(yè)的整體進(jìn)步。

目前的市場(chǎng)現(xiàn)狀是，通用型MCU和SoC型MCU共同存在。最近一段時(shí)間，SoC型MCU的種類會(huì)更多一些，廠家也更多一些，這是因?yàn)镮oT在無(wú)線通信領(lǐng)域的發(fā)展會(huì)隨著標(biāo)準(zhǔn)不斷地快速更新，比如華為推出的NB-IoT芯片，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)更為激烈，需要更多的專用型芯片。通用型MCU用途比較廣泛，當(dāng)然也會(huì)在市場(chǎng)中繼續(xù)存在。

從嵌入式硬件從業(yè)者的角度來(lái)講，MCU的SoC集成化會(huì)使硬件工程師的比例加速減少，這也是嵌入式行業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)，不可逆轉(zhuǎn)，底層軟件的工程師也比5年前要減少。想在未來(lái)存活，硬件工程師就要做到更專業(yè)。不過(guò)也不用為此悲觀，比如SoC型的MCU是針對(duì)專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的，它越簡(jiǎn)單、越好用，面對(duì)的市場(chǎng)也會(huì)越窄，這樣就需要更多對(duì)射頻器件與MCU的接口設(shè)計(jì)、天線調(diào)試、數(shù)據(jù)的采集、濾波處理等技術(shù)有特別好理解的專業(yè)工程師來(lái)調(diào)試、修改、投產(chǎn)，做好做精。廠家不可能讓元件器自動(dòng)具備這些功能，嵌入式硬件工程師們還會(huì)有更廣闊的舞臺(tái)。MCU的發(fā)展時(shí)時(shí)刻刻在變化，一切都以市場(chǎng)化為導(dǎo)向，相信萬(wàn)物互聯(lián)的時(shí)代會(huì)帶給MCU更多的可能性。