國(guó)產(chǎn)機(jī)器人主控芯片：高性能不落下風(fēng)，國(guó)產(chǎn)替代正當(dāng)時(shí)

聊過(guò)了那么多一流國(guó)際大廠的機(jī)器人驅(qū)控芯片，我們終于將視線調(diào)轉(zhuǎn)回國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體廠商。目前看來(lái)，長(zhǎng)于控制的MCU仍然是國(guó)內(nèi)機(jī)器人廠商最先考慮的選擇，也是國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體廠商做機(jī)器人應(yīng)用最多的一塊領(lǐng)域。畢竟在單個(gè)工業(yè)機(jī)器人中內(nèi)建的控制器平均約有八成為MCU，剩下的才是MPU、DSP等高效能處理元件。

首先，在機(jī)器人應(yīng)用這個(gè)市場(chǎng)潛力大并且利潤(rùn)較高的領(lǐng)域，驅(qū)動(dòng)芯片大頭仍然是之前我們提到的那些品牌，但“國(guó)產(chǎn)替代”也的確為國(guó)內(nèi)MCU廠商創(chuàng)造了大好的商機(jī)。國(guó)內(nèi)不少M(fèi)CU廠商以ARMCortex-M4系列為代表的產(chǎn)品打入了機(jī)器人市場(chǎng)，并且在成本周期等多重因素的影響下受到各個(gè)機(jī)器人廠商的青睞，國(guó)內(nèi)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)芯片的增長(zhǎng)空間依然很大。那我們就從國(guó)產(chǎn)機(jī)器人應(yīng)用的MCU看起。

兆易創(chuàng)新GD32F4

兆易創(chuàng)新的GD32系列在諸如工業(yè)控制、電機(jī)驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域已經(jīng)有很多應(yīng)用了，整個(gè)系列有M3的內(nèi)核、M4的內(nèi)核、M23的內(nèi)核以及RISC-V內(nèi)核。這里我們選取GD32Cortex-M4內(nèi)核的GD32F4系列產(chǎn)品，相較眾多國(guó)際廠商的M4內(nèi)核產(chǎn)品性能如何。

（圖源：兆易創(chuàng)新）

如上圖所示，GD32F4系列屬于增強(qiáng)系列，168MHz的高主頻，3MB的閃存與192KB的SRAM。STM32F4系列里的高性能產(chǎn)品主頻170MHz，閃存2MB，SRAM為384KB，對(duì)比之下GD32F4系列性能絲毫不遜色。GD32F4系列融合了兆易創(chuàng)新先進(jìn)的專利gFlash存儲(chǔ)器技術(shù)，存儲(chǔ)器配置上有著極高的設(shè)計(jì)靈活度。

GD32F4系列內(nèi)核包含一個(gè)浮點(diǎn)運(yùn)算器（FPU），用于提高單精度浮點(diǎn)運(yùn)算速度。此內(nèi)核可執(zhí)行全套DSP指令并支持所有ARM單精度指令和數(shù)據(jù)類型，還配備了MPU和強(qiáng)大的跟蹤能力滿足高級(jí)調(diào)試的要求。外設(shè)接口同樣很豐富，GD32F4系列支持連接到兩條APB總線的增強(qiáng)型I/O口和各種片內(nèi)外設(shè)。標(biāo)準(zhǔn)的通信接口配置不在話下，還有一些高級(jí)通信接口該系列也都做進(jìn)去了，包括SPI、I2C、USART、USB2.0OTGFS和CAN。

作為增強(qiáng)型高性能系列，為了滿足工業(yè)級(jí)別的應(yīng)用，GD32F4系列配備高達(dá)3個(gè)12bit1MspsADC、10個(gè)通用16位定時(shí)器和1個(gè)PWM高級(jí)定時(shí)器。高性能與豐富外設(shè)這個(gè)系列是做到了，剩下的就是盡可能降低功耗，這也是所有MCU的重中之重。GD32F4系列具有三種省電模式，可針對(duì)低功耗應(yīng)用實(shí)現(xiàn)喚醒延遲和能耗之間的最大限度優(yōu)化，盡可能兼顧高性能和低功耗。

國(guó)民技術(shù)N32G455

國(guó)民技術(shù)基于ARMCortex-M系列32位處理器內(nèi)核，結(jié)合SoC芯片研發(fā)技術(shù)積累，打磨出了高集成度、高性能、低功耗MCU產(chǎn)品。N32G455系列是國(guó)民技術(shù)通用MCU的增強(qiáng)型產(chǎn)品系列。

（圖源：國(guó)民技術(shù)）

N32G455系列采用32位ARMCortex-M4內(nèi)核,主頻144MHz，支持浮點(diǎn)運(yùn)算和DSP指令,擁有512KB片內(nèi)FLASH和144KB的SRAM。與前者相比存儲(chǔ)的確不是這個(gè)系列主攻的方向，高集成性才是。多達(dá)17個(gè)高性能模擬器件,18個(gè)數(shù)字通訊接口，還內(nèi)置了10余種密碼算法硬件加速引擎，支持存儲(chǔ)加密、用戶分區(qū)保護(hù)、安全啟動(dòng)等多種安全特性。安全的高集成性是N32G455系列的特色。

豐富的集成性還體現(xiàn)在模擬外設(shè)的集成上，諸如4x12bitADC（@5Mbps）、2x12bitDAC（@1Mbps）、內(nèi)置可編程增益放大的軌到軌OP-AMP以及高速模擬比較器。為了提高機(jī)器人控制性能，在基礎(chǔ)和通用定時(shí)器基礎(chǔ)上，N32G455系列還配置了2個(gè)6.9ns控制精度的16位高級(jí)定時(shí)器用于互補(bǔ)PWM輸出。

高集成性與穩(wěn)定的控制讓N32G455系列足夠適應(yīng)目前大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)，最后看看這個(gè)系列的功耗。3.3V下待機(jī)狀態(tài)3uA，正常工況下90uA/MHz的功耗也的確不高。據(jù)悉國(guó)民技術(shù)也正在推進(jìn)M7內(nèi)核產(chǎn)品，對(duì)于往后靈活性拓展性越來(lái)越高的協(xié)作機(jī)器人，M7內(nèi)核的驅(qū)控芯片值得期待。

靈動(dòng)微MM32

靈動(dòng)微在國(guó)內(nèi)ARMMCU的實(shí)力名列前茅，其產(chǎn)品在工業(yè)自動(dòng)化中也有不少應(yīng)用。這里選了靈動(dòng)微兩個(gè)系列。雖然我們這個(gè)系列探尋的機(jī)器人芯片都是盡可能找高性能高算力的主控芯片，但在這里還是將MM32SPIN222C拿出來(lái)說(shuō)一下。MM32SPIN系列的MM32SPIN222C在工業(yè)機(jī)器人小型關(guān)節(jié)上應(yīng)用的很廣泛，雖然M0內(nèi)核的MM32SPIN222C計(jì)算性能沒(méi)法與M4和M7相比，但是對(duì)于目前這種智能化程度的工業(yè)機(jī)器人，其實(shí)并不需要多少太高的算力。

（圖源：靈動(dòng)微電子）

而MM32F3270則使用了高性能的ArmCortex-M3為內(nèi)核，最高工作頻率可達(dá)120MHz。512KB的Flash和128KBRAM足夠滿足基本需求。這個(gè)系列的I/O端口與外設(shè)也非常豐富，2個(gè)I2C接口、3個(gè)SPI接口、3個(gè)I2S接口和8個(gè)UART接口；3個(gè)12位ADC（1us轉(zhuǎn)換時(shí)間）、2個(gè)12位DAC、2個(gè)比較器。

該系列為了增強(qiáng)控制能力，在通用定時(shí)器之外配置了2個(gè)高級(jí)定時(shí)器，由16位計(jì)數(shù)器、4個(gè)捕獲/比較通道以及三相互補(bǔ)PWM發(fā)生器組成，它們具有帶死區(qū)插入的互補(bǔ)PWM輸出。作為PWM發(fā)生器時(shí)，其調(diào)制能力覆蓋0-100%。

MM32系列同樣做了很多省電模式來(lái)盡可能降低功耗，可以在要求低功耗、短啟動(dòng)時(shí)間和多種喚醒事件之間達(dá)到最佳的平衡。

小結(jié)

國(guó)產(chǎn)機(jī)器人主控芯片在“國(guó)產(chǎn)替代”的浪潮中以更低的價(jià)格和毫不遜色的性能逐漸取得了國(guó)內(nèi)機(jī)器人廠商的青睞，下一期我們繼續(xù)將目光對(duì)準(zhǔn)國(guó)內(nèi)廠商，看看在機(jī)器人應(yīng)用上還有哪些不得不提的系列。