對于決定ARM內核MCU性能和功耗主要因素淺析

繼ARM推出Cortex-M0+內核后，其32位MCU內核增加到了4個(gè)。不久前，恩智浦也宣布取得了Cortex-M0+處理器授權，成為目前唯一一家能夠提供完整的Cor tex-M0、Cortex-M0+、Cortex-M3和Cor tex-M4系列內核MCU的半導體廠(chǎng)商。飛思卡爾在今年3月份也已經(jīng)推出了基于A(yíng)RM Cortex-M0+的MCU Kinetis L系列。

在ARM內核對MCU統一化進(jìn)程的同時(shí)，各個(gè)廠(chǎng)商要怎樣才能使得各自的產(chǎn)品與眾不同、性能突出呢?恩智浦半導體的Jan JaapBezemer(全球微控制器產(chǎn)品線(xiàn)總監)表示，除了內核外，還有別的資源也能體現差異化，比如內存、數字/模擬IP等。Bezemer說(shuō)：“有些IP是標準的，有些則不是。恩智浦公司花了很多時(shí)間來(lái)開(kāi)發(fā)那些非標準的IP，為的就是能更好地將這些資源加以配置。此外，最應該注意的一點(diǎn)是降低內存的功耗，因為它是最耗電的單元。所有以上這些因素一起決定了MCU的性能和功耗?！盡CU負責信號控制，所以對其而言，信號數據的傳遞效率就顯得十分關(guān)鍵。而對信號數據的傳遞效率起決定作用的則是器件的架構。Bezemer對此強調：“我們是ARM7內核處理器的最大供應商，這一點(diǎn)就足以證明我們器件的架構設計是非常成功的。并且我們的開(kāi)發(fā)工具、軟件和服務(wù)的支持等等也都是保證MCU產(chǎn)品實(shí)現差異化競爭力的重要因素?！?/p>

以恩智浦LPC11A00為例，在資源配置上都是Cortex-M050MHz的內核，但就是因為該器件在存儲、串行接口、模擬子系統等方面的配置不同，便使之與其他同類(lèi)內核MCU的性能有很大的差別。LPC11A00是業(yè)內唯一真正的EEPROM，它集成了32KB閃存，8KB的SRAM和4KB的EEPROM，同時(shí)還包括基于ROM的32劃分的整數除法器以及I2C總線(xiàn)驅動(dòng)程序;在模擬子系統中，還包含了8ch/10位ADC、10位DAC、模擬比較器、片內溫度傳感器、片內電壓參考和UVLO(UndervoltageLockout)。

同樣，恩智浦最新推出的基于Cor tex-M4的LPC4300在器件架構上也體現出的與眾不同，使其特別適用于電機控制、太陽(yáng)能逆變器、數字電源和音頻等方面。LPC4300采用的Cor tex-M4+Cortex-M0的雙核架構，目的在于減小Cortex-M4帶寬占用，以便于內核專(zhuān)心處理數字信號控制應用中的數字計算，而把大量數據傳輸和I/O處理任務(wù)交給M0內核去處理。這種雙核架構以及AHB總線(xiàn)矩陣大大提高了器件性能和效率，使其雙核均可工作在204MHz上。Bezemer說(shuō)：“這種架構類(lèi)似MCU+DSP的體系?，F在，在MCU中加入DSP功能和在DSP處理器中加入MCU功能是大勢所趨?！?/p>

恩智浦開(kāi)發(fā)出一種新型外設接口IP：SPI閃存接口技術(shù)(SPIFI)，它是該公司基于Cor tex-M3 MCU的一個(gè)亮點(diǎn)，并被LPC1800采用。通過(guò)SPIFI可將外部串行閃存映射到MCU內存上，以至于實(shí)現片上內存讀取效果。Bezemer表示：“SPIFI為設計人員提供了一種創(chuàng )新解決方案，在保持系統性能的同時(shí)達到簡(jiǎn)化配置、縮小封裝體積、減少板載空間占用和節約系統成本的目的。關(guān)鍵在于，與片上閃存相比，外部閃存成本要低很多，并且這種方式可以不用CPU干預即可傳送閃存和RAM的數據?！?/p>

以上強調的都是硬件設計上的差異化，其實(shí)軟件的支持也是非常重要的。恩智浦向其所有LPCMCU客戶(hù)免費提供了由德國SEGGER公司開(kāi)發(fā)的emWin圖形庫軟件(這款軟件兼容單任務(wù)和多任務(wù)操作環(huán)境)。由于恩智浦的MCU全都集成了LCD控制器，因此在采用emWin后，UI設計可與固件開(kāi)發(fā)分開(kāi)進(jìn)行。在固件開(kāi)發(fā)的同時(shí)便可使用獨立工具實(shí)現基本UI設計，以便提高LCD應用的設計速度。另外，像恩智浦這樣基于Cortex-M0和M0+的MCU的開(kāi)發(fā)以上海研發(fā)中心為主的這種基于本土設計為本土客戶(hù)提供需求的產(chǎn)品也是十分重要的，因為這樣的話(huà)，便與它們從本土走向全中國，挖掘更多的市場(chǎng)需求并尋求同本地IDH有更多的合作。