當(dāng)MCU走向高性能，MCU還是MPU便不用再糾結(jié)了

微控制器（MCU）作為電子產(chǎn)品的心臟，被廣泛地應(yīng)用到消費(fèi)和工業(yè)電子產(chǎn)品中。如今，工業(yè)自動(dòng)化、下一代汽車、智能分析和萬物互聯(lián)的發(fā)展推升對(duì)邊緣端MCU的性能要求，MCU產(chǎn)品的性能、實(shí)時(shí)控制能力以及通訊的多樣性和高速實(shí)時(shí)性要求越來越高。例如具體的工業(yè)應(yīng)用中：新興應(yīng)用需要更高等級(jí)的系統(tǒng)集成和邊緣智能；工業(yè)和汽車系統(tǒng)要依賴精準(zhǔn)的實(shí)時(shí)控制和決策；分布式通信和自動(dòng)化趨勢需要更高的網(wǎng)絡(luò)帶寬……

實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的三大關(guān)鍵技術(shù)

工業(yè) 4.0 和工業(yè)自動(dòng)化大規(guī)模發(fā)展，實(shí)時(shí)控制、工業(yè)聯(lián)網(wǎng)和邊緣分析可在自動(dòng)化工廠中有效提高效率和生產(chǎn)力。

實(shí)時(shí)控制：由于系統(tǒng)對(duì)時(shí)間的要求很嚴(yán)格，因此在進(jìn)行實(shí)時(shí)控制時(shí)，系統(tǒng)需具有原始數(shù)據(jù)處理能力，并能在要求的精確時(shí)間內(nèi)控制信號(hào)。對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行精確控制非常關(guān)鍵，該過程可利用改進(jìn)的控制算法來提高電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的可靠性和電動(dòng)汽車的效率。這些處理需求已經(jīng)超出了傳統(tǒng) MCU 的功能范疇。

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)：工廠需要進(jìn)行不同類型的數(shù)據(jù)交換，因此必須快速采用多種工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，從而支持在各機(jī)器之間進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，以提高系統(tǒng)性能、安全性和可靠性。因此，需要一種不僅兼容多種不同的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，而且工作速率高達(dá) 1Gbps的集成網(wǎng)絡(luò)解決方案。

邊緣分析：機(jī)器學(xué)習(xí)算法的改進(jìn)可促進(jìn)局部優(yōu)化，即每個(gè)機(jī)器或節(jié)點(diǎn)無需等待集中式?jīng)Q策即可執(zhí)行操作。邊緣處理可顯著縮短響應(yīng)時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)更好、更安全的人機(jī)協(xié)作。

在電機(jī)控制和機(jī)器人等許多工廠系統(tǒng)中，處理器監(jiān)督著模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換過程，但是，人們的高性能計(jì)算和控制需求對(duì)處理器的功能提出了更多要求。

近日，TI推出了全新的Sitara AM2x系列MCU，應(yīng)對(duì)高算力、高通訊速率以及高可靠性要求的系統(tǒng)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

兼具處理器級(jí)計(jì)算性能和MCU 的設(shè)計(jì)簡易性

TI的Sitara品牌歷史已久，并且在工業(yè)領(lǐng)域也已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，AM2x系列MCU是Sitara品牌全新系列的單片機(jī)，特點(diǎn)是兼具處理器級(jí)別的高算力的計(jì)算性能和MCU級(jí)別的設(shè)計(jì)便利性和易用性。

（圖源：TI公司）

MCU是一個(gè)完整的系統(tǒng)，包括CPU、閃存和RAM以及通用控制，如電機(jī)控制、電源處理變換以及快速IO控制的需求，實(shí)時(shí)外設(shè)是MCU的突出優(yōu)勢；此外，越來越多的MCU產(chǎn)品會(huì)看重功能安全和信息安全，傳統(tǒng)MCU里也加入很多信息安全相關(guān)的加速器或協(xié)處理器，或集成相關(guān)功能。

傳統(tǒng)MPU處理器最大的特點(diǎn)是 CPU內(nèi)核性能較高，基本上達(dá)到1 GHz或以上的處理器性能，而且多是多核。到目前為止，市場上最大份額的MPU都是使用了高階ARM處理器內(nèi)核。同時(shí)，MPU會(huì)集成高性能RAM、DDR接口，達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)存和數(shù)據(jù)吞吐量的高速性能。由于在MPU上需要越來越多的算力，因此處理器內(nèi)部會(huì)在內(nèi)部集成協(xié)處理器，如深度學(xué)習(xí)、DSP和實(shí)時(shí)控制內(nèi)核。處理器要求的通訊總線的速率、實(shí)時(shí)性、保密性越來越高，因此越來越多地集成工業(yè)通訊接口，如千兆以太網(wǎng)、TSN等工業(yè)現(xiàn)場所需要的高速通訊內(nèi)核。

Sitara AM2x是將傳統(tǒng)MCU和傳統(tǒng)MPU相結(jié)合的一款產(chǎn)品。德州儀器 (TI) 中國區(qū)嵌入式與DLP?應(yīng)用技術(shù)總監(jiān)師英介紹，TI將高性能的ARM內(nèi)核、高性能RAM、高速信號(hào)處理、工業(yè)通訊高速實(shí)時(shí)總線接口整合在一起，再加上MCU里常見的功能安全以及信息安全功能和MCU獨(dú)有的實(shí)時(shí)外設(shè)，從而設(shè)計(jì)出了Sitara AM2x系列MCU。相比傳統(tǒng)的基于閃存的MCU產(chǎn)品，工程師可以利用AM2x系列將計(jì)算能力提高10倍。

低功耗MCU實(shí)現(xiàn)處理器級(jí)性能

AM243x MCU是AM2x系列器件的首發(fā)型號(hào)，具有多達(dá)四個(gè)Arm Cortex?-R5F內(nèi)核，每個(gè)內(nèi)核運(yùn)行頻率高達(dá)800MHz。這4個(gè)R5F的Cortex內(nèi)核加上內(nèi)部的一些加速器和協(xié)處理器，可以提供高達(dá)6000 DMIPS的計(jì)算能力。

（圖源：TI公司）

在機(jī)器人等工廠設(shè)備中，快速計(jì)算能力與MCU內(nèi)部存儲(chǔ)器的高速訪問可同時(shí)幫助提高機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)精度和運(yùn)動(dòng)速度，從而提高生產(chǎn)率。在典型應(yīng)用中，AM243x器件可以在消耗不到1W有效功率的情況下達(dá)到6000 DMIPS計(jì)算性能水平。

集成化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)邊緣端的實(shí)時(shí)控制與多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)支持

Sitara AM243x MCU集成了感應(yīng)和驅(qū)動(dòng)外設(shè)，能與處理器配合完成高精度電機(jī)控制或快速IO控制任務(wù)，使工廠自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)了低延遲實(shí)時(shí)處理和控制。

AM243x器件擴(kuò)展了TI對(duì)多個(gè)千兆工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議和時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò) (TSN) 的支持，可實(shí)現(xiàn)下一代工廠網(wǎng)絡(luò)。借助AM243x，工程師可以利用經(jīng)過認(rèn)證的、TI直接提供的協(xié)議棧全面支持EtherNet/IP?、EtherCAT?、PROFINET?和IO-Link主站等工業(yè)通信標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)可以為工業(yè)自動(dòng)化客戶提供專有支持，定制一套其獨(dú)有的基于TSN或基于工業(yè)以太網(wǎng)的私有協(xié)議。

滿足SIL3標(biāo)準(zhǔn)，確保安全

AM243x MCU的片上安全功能支持全新的加密要求，集成功能安全機(jī)制、診斷和輔助功能，可幫助系統(tǒng)集成商在其工業(yè)設(shè)計(jì)中達(dá)到IEC 61508標(biāo)準(zhǔn)的安全完整性等級(jí)(SIL) 3要求，或者是汽車安全完整性等級(jí)（ASIL）-D，符合工業(yè)和汽車領(lǐng)域所要求的功能安全標(biāo)準(zhǔn)。

TI將所有的功能和性能都集成在一個(gè)芯片上，使得AM2x系列可以在邊緣端實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制工業(yè)通訊、分析處理、信息安全和功能安全。同時(shí)，為進(jìn)一步降低設(shè)計(jì)和開發(fā)的復(fù)雜性，TI的官網(wǎng)上還提供了很多簡單易用的開發(fā)工具，如Sitara AM2x MCU的評(píng)估套件AM243x LaunchPad，還有軟件包、SDK等配套的專用軟件；此外，通過MCU+ Academy這個(gè)全新的網(wǎng)上資源，工程師可以自己定義要學(xué)習(xí)的內(nèi)容和課程進(jìn)度，完成對(duì)處理器及配套工具和SDK的學(xué)習(xí)，進(jìn)而幫助工程師加速其產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

據(jù)介紹，目前針對(duì)AM243x系列，TI可提供采用17mm × 17mm或11mm × 11mm封裝的預(yù)量產(chǎn)版本AM2431、AM2432和AM2434，市場定位在包括工業(yè)自動(dòng)化、PLC、電機(jī)控制、機(jī)械臂、機(jī)器人，或工業(yè)多協(xié)議等廣泛的高速通訊接口的應(yīng)用。

工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域涉及到各種各樣的終端設(shè)備，不同的終端設(shè)備對(duì)電子控制系統(tǒng)的要求不盡相同。TI的Sitara AM2x系列補(bǔ)上了MCU在處理性能上的“短板”，一個(gè)芯片即可集成易用性、實(shí)時(shí)性、高處理運(yùn)算能力、安全性等，滿足各不同應(yīng)用場景對(duì)高性能的運(yùn)算、實(shí)時(shí)控制、實(shí)時(shí)通信、高集成度和易用性的需求，因此能夠幫客戶拓展設(shè)計(jì)選項(xiàng)。MCU還是MPU？試試Sitara AM2x MCU！