精“芯”之選：一顆為物聯(lián)網(wǎng)而生的MCU
[導(dǎo)讀]ICInsights最新的研究數(shù)據(jù)顯示，全球MCU市場(chǎng)保持著持續(xù)穩(wěn)定的增長(zhǎng)，MCU的出貨量從2015年的220億顆增長(zhǎng)至2020年的360億顆，市場(chǎng)規(guī)模也從159億美元增長(zhǎng)至207億美元，2021年全球MCU市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到223億美元。同比增長(zhǎng)超7%，其中與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的工控、醫(yī)療...
IC Insights最新的研究數(shù)據(jù)顯示，全球MCU市場(chǎng)保持著持續(xù)穩(wěn)定的增長(zhǎng)，MCU的出貨量從2015年的220億顆增長(zhǎng)至2020年的360億顆，市場(chǎng)規(guī)模也從159億美元增長(zhǎng)至207億美元，2021年全球MCU市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到223億美元。同比增長(zhǎng)超7%，其中與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的工控、醫(yī)療和消費(fèi)電子領(lǐng)域的貢獻(xiàn)約為36%，可見(jiàn)物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成了MCU市場(chǎng)的一個(gè)重要支點(diǎn)。?面對(duì)如此誘人的市場(chǎng)蛋糕，MCU廠商自然不敢怠慢，過(guò)去十多年間伴隨著物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的興起，一直在研發(fā)滿足物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)所需的MCU產(chǎn)品。?物聯(lián)網(wǎng)MCU應(yīng)該什么樣？經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)探索，目前人們對(duì)于這類MCU應(yīng)該具備什么樣的特征，已經(jīng)了然于心了。具體來(lái)講，打造一顆物聯(lián)網(wǎng)所需的MCU，應(yīng)該從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考量：?1. 足夠的算力雖然在物聯(lián)網(wǎng)MCU的選型時(shí)，高性能的算力不是“萬(wàn)能的”，但是沒(méi)有足夠的算力則是“萬(wàn)萬(wàn)不能的”。隨著物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的功能日益復(fù)雜，特別是邊緣計(jì)算概念的興起，主控、通信協(xié)議、HMI……需要算力的地方越來(lái)越多，有些應(yīng)用還需要有專門的內(nèi)部DSP和浮點(diǎn)單元（FPU），再有開(kāi)發(fā)者還要考慮為安全功能留有算力裕量，因此水漲船高，算力也就成了一道越來(lái)越高的“門檻”。為了獲得更高的性能，除了在自身的設(shè)計(jì)和工藝上挖潛，采用最新的處理器內(nèi)核，也是MCU廠家普遍的技術(shù)升級(jí)路徑，所以我們看到今天越來(lái)越多的主流物聯(lián)網(wǎng)MCU正在從以前的Arm-Cortex M0 / M0 / M3 / M4架構(gòu)轉(zhuǎn)向更新的Cortex M23 / M33架構(gòu)。?2.?低功耗由于相當(dāng)多的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備是電池供電的，因此如何降低功耗、延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間也就成了MCU這個(gè)能耗大戶需要認(rèn)真面對(duì)的問(wèn)題。為此，一種普遍的做法是為MCU設(shè)置多種能耗模式，對(duì)應(yīng)MCU中不同功能模塊的工作和休眠狀態(tài)，按需切換，只讓必須激活的功能電路開(kāi)啟，最大限度地實(shí)現(xiàn)節(jié)能。其次，集成和采用各類高性能和低功耗的外圍電路、片上非易失性存儲(chǔ)器等，也是降低系統(tǒng)能耗的好方法。再有，新的Cortex M23 / M33處理器內(nèi)核，也具有更為出色的能效表現(xiàn)，可以為MCU實(shí)現(xiàn)整體的低能耗加分。?3.?安全性物聯(lián)網(wǎng)的安全性如何強(qiáng)調(diào)都不過(guò)分，安全性的保障來(lái)源于物理性安全（硬件安全，例如防止黑客侵入保護(hù)數(shù)據(jù)安全）以及軟件安全（用戶認(rèn)證、身份管理、安全網(wǎng)絡(luò)接入等）?？梢钥吹?，越來(lái)越多的物聯(lián)網(wǎng)MCU將硬件加密、真隨機(jī)數(shù)生成、身份認(rèn)證等安全功能作為自身的標(biāo)配，成為一個(gè)“安全”MCU。同時(shí)，Cortex M23 / M33通過(guò)引入TrustZone的安全機(jī)制，也從底層架構(gòu)對(duì)安全的和不安全的代碼進(jìn)行隔離，盡可能打造一個(gè)縝密的安全防線。?4.?高集成度除了處理器內(nèi)核和片上存儲(chǔ)器，物聯(lián)網(wǎng)MCU也要考慮將越來(lái)越豐富的外設(shè)功能集成進(jìn)來(lái)，包括模擬、接口、安全單元、時(shí)鐘管理、定時(shí)器、電源管理等。通過(guò)集成度的提升，無(wú)論是從芯片層面還是系統(tǒng)層面，對(duì)于成本和小型化方面的優(yōu)化都是顯著的。?5.?可擴(kuò)展性由于物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)具有“碎片化”的特性，MCU產(chǎn)品在設(shè)計(jì)時(shí)除了要滿足當(dāng)下的應(yīng)用場(chǎng)景，還要考慮更長(zhǎng)遠(yuǎn)的可擴(kuò)展性要求，以滿足不斷發(fā)展的應(yīng)用需求。一方面，MCU要基于一個(gè)統(tǒng)一的產(chǎn)品平臺(tái)開(kāi)發(fā)出豐富的硬件產(chǎn)品組合；另一方面，也需要在軟件工具鏈以及整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)和開(kāi)發(fā)社區(qū)的營(yíng)建上下功夫，以便可以為不斷變化的市場(chǎng)需求提供針對(duì)性的系統(tǒng)化解決方案。
達(dá)到了上面這五方面的要求，MCU產(chǎn)品就算是拿到進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的“入場(chǎng)券”了。但最終是否能夠在這個(gè)市場(chǎng)中安身立命、揚(yáng)名立萬(wàn)，還要看MCU廠商能否依托自己的實(shí)力和經(jīng)驗(yàn)，打磨出經(jīng)得住市場(chǎng)考驗(yàn)的產(chǎn)品。
EFM32PG22:?一顆為物聯(lián)網(wǎng)而生的MCU?Silicon Labs最新推出的EFM32PG22 32位 MCU可以說(shuō)就是一款符合上述標(biāo)準(zhǔn)，“為物聯(lián)網(wǎng)而生”的精品。這款低成本、高性能的解決方案，擁有業(yè)界領(lǐng)先的低功耗、性能及安全性，同時(shí)基于易于使用且高精度的模擬功能。EFM32PG22非常適合于那些尺寸受限、對(duì)低功耗運(yùn)行有嚴(yán)苛要求的消費(fèi)和工業(yè)應(yīng)用。
圖1：EFM32PG22系統(tǒng)框圖?在性能方面，EFM32PG22基于主頻76.8MHz的高性能32位?Arm Cortex-M33處理器內(nèi)核，自帶DSP指令和浮點(diǎn)單元，可實(shí)現(xiàn)高效的信號(hào)處理，同時(shí)集成有高達(dá)512kB的閃存程序存儲(chǔ)器和高達(dá)32kBRAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，對(duì)于常見(jiàn)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用應(yīng)該是游刃有余。?在低功耗方面，這一直是EFM32系列32位 MCU的強(qiáng)項(xiàng)，EFM32PG22也不例外。從圖1中可以看出，EFM32PG22具有細(xì)分的五個(gè)功率模式，分別對(duì)應(yīng)著不同功能模塊的開(kāi)啟和關(guān)閉，由此開(kāi)發(fā)者可以靈活地控制MCU的功率水平，最大限度地降低功耗。- 在EM0活動(dòng)模式下（38.4MHz活動(dòng)模式），運(yùn)行功耗為26μA/MHz；
- 在EM2深度睡眠模式下（保留8kB RAM，RTC從LFRCO中運(yùn)行），電流為1.10μA；
- 在EM3深度睡眠模式下（保留8kB RAM，RTC從ULFRCO中運(yùn)行），電流為0.95μA；
- 在EM4完全關(guān)斷的模式下，電流僅有0.17μA。
- 模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)：12位，1Msps或16位，76.9ksps
- 高達(dá)26個(gè)帶有輸出狀態(tài)保持和異步中斷功能的GPIO引腳
- 8信道DMA控制器
- 12信道外圍設(shè)備反射系統(tǒng)(PRS)
- 4個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(3個(gè)比較/捕獲/PWM通道)
- 1個(gè)32位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(3個(gè)比較/捕獲/PWM通道)
- 32位實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器
- 24位低能耗定時(shí)器，用于波形生成
- 1個(gè)監(jiān)視器定時(shí)器
- 2個(gè)通用同步/異步接收器/傳輸器(UART / SPI / SmartCard (ISO 7816) /IrDA / I2S)
- 1個(gè)增強(qiáng)型通用異步接收器/傳輸器(EUART)
- 2個(gè)I2C接口，帶SMBus支持
- 數(shù)字麥克風(fēng)接口(PDM)
- 單點(diǎn)校準(zhǔn)后具有 /-1.5?C精度的芯片溫度傳感器
圖2：EFM32PG22作為特別推薦的物聯(lián)網(wǎng)MCU產(chǎn)品高性價(jià)比的開(kāi)發(fā)套件為了讓開(kāi)發(fā)者能夠快速探索和體驗(yàn)EFM32PG22這款新品，Silicon Labs還配套推出了一款基于EFM32PG22的小型化、高性價(jià)比、功能豐富的原型設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)套件。
圖3：EFM32PG22MCU開(kāi)發(fā)套件?該開(kāi)發(fā)板中包括四種不同的環(huán)境傳感器（相對(duì)濕度和溫度傳感器、環(huán)境光傳感器、霍爾效應(yīng)傳感器、6軸慣性傳感器），以及立體聲PDM麥克風(fēng)。此外，該開(kāi)發(fā)板還嵌入了一個(gè)8Mb串行閃存、用戶LED和按鍵、SEGGERJ-Link板載調(diào)試器、20引腳2.54mm分支焊盤、Mini Simplicity連接器等，為調(diào)試和功能擴(kuò)展提供了便利。該開(kāi)發(fā)套件的推出，也進(jìn)一步完善了EFM32PG22的設(shè)計(jì)生態(tài)，讓開(kāi)發(fā)者上手更便捷。
圖4：EFM32PG22MCU開(kāi)發(fā)套件板載資源?總之，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的不斷擴(kuò)展，也為MCU產(chǎn)品的發(fā)展提供了新賽道。一個(gè)能夠在這一賽道中領(lǐng)跑的MCU，必須在算力、功耗、安全性、集成度、可擴(kuò)展性等方面都有全面而均衡的實(shí)力。EFM32PG22就是在這場(chǎng)競(jìng)逐中脫穎而出的一員新秀，如果你正準(zhǔn)備向大批量、低功耗的消費(fèi)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域進(jìn)軍，不妨來(lái)認(rèn)識(shí)一下它。- EFM32PG22 32位微控制器：https://cn.silabs.com/mcu/32-bit/efm32pg22-series-2
- EFM32PG22 MCU開(kāi)發(fā)套件：https://cn.silabs.com/development-tools/mcu/32-bit/efm32pg22-development-kit
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