引言
在物联网与可穿戴设备的积极带动之下,IC产业呈现出新的态势。据IC Insights预测,至2018年,MCU销售量将持续上升。MCU经过多年的发展,已经形成一套成熟的性能标准,但是每个时代有各自的特色,进入物联网时代,势必对MCU提出新的要求。物联网应用如火如荼的今天,MCU应该是什么样呢?
业界声音
李开复病愈后首次在大陆的公开演讲中谈到:过去这40多年发生了两次巨大的革命。第一次革命是PC和因特网革命,这段时间,产生了20亿台设备,让很多人拥有PC和手机,开始上网,同时带来了很多了不起的公司。
第二次革命则是过去五年发生的移动互联网和物联网的崛起,它的崛起之下是整个社交网络的崛起。这两次革命让人连上了人,人连上了物,每个人都可以通过社交工具随时随地找到另外一个人,每个人也可借助可穿戴设备详细地记录自己生活的方方面面,小到运动时消耗的卡路里,大到个人的购物喜好、心率、深度睡眠时间等。
第一次革命,让我们35年才看到产生的20亿台设备,而第二次革命仅用了5年时间就让设备量增长到了60亿。60亿设备中的最小单元就是MCU,我们的智能手机、便携手环、自动恒温加湿器等物联网设备都拥有一颗智能芯。正因为如此,2015、2016 MCU的销售额将分别保有7%和9%的高增长趋势。
ARM:基于物联网产品的MCU速度更快、可定制、更安全
对比8位或16位处理器设计,ARM的32位设计在安全性上拥有额外的优势。ARM架构使旗下所有32位处理器都可以支持强大的非对称加密算法和协议。物联网设备需要时常连接到网络,随着市场的飞速发展,强大的加密和安全功能毫无疑问将会变得越来越重要。
ARM全球副总裁兼多媒体处理器部门总经理Mark Dickinson谈到:就物联网时代的MCU来看,其产品线中CortexM系列的市场份额一直在增长,持续在攀高,特别是穿戴式市场中ARM的占有率是最高的。
Mark强调,ARM更注重物联网背景下与合作伙伴共同打造ARM生态系统,因为ARM有非常多不同的合作伙伴,他们可以针对不同的应用对MCU提出更具体的特殊要求。物联网产品的应用是非常广泛的,可以针对很多种应用开发出特别的SoC的产品,所以ARM与合作伙伴保持十分密切的关系。
软件方面来讲,ARM拥有mbed开发平台,mbed可以让ARM的合作伙伴开发出一个非常简单的软件。能够把它联网,或者与移动装置做一个结合。就比较复杂的IoT应用来讲,ARM的CortexA系列可以运行Linux或者安卓系统,比较适合高端IoT应用开发。
Silicon Labs:根据物联网应用特点挑选更适合产品的MCU
Silicon Labs亚太区资深现场市场经理陈雄基先生认为,在为物联网应用挑选微控制器(MCU)时,关键考量因素包括用于射频协议栈、传感器和系统管理的存储容量与处理需求以及成本。对于以电池供电的解决方案,功耗是关注的重点。物联网开发人员在优化其物联网应用的能源效率时,必须考虑到这个问题:休眠电流和工作电流,哪个更为重要?答案取决于运行时间占空比。例如有些ARM CortexM型MCU在运行模式下的耗能可以低至110 μA/MHz,在深度休眠关断侦测运行时则可低至900 nA。需要为产品寻找这样的MCU供应商,不仅能提供功耗估算与分析工具,而且可提供优异的休眠和运行电流性能。
还有一个经常被问到的问题,对于物联网应用如何选择MCU的位数?对于性能密集的物联网应用,32位MCU无疑是理想选择,这时可移植性及未来平台的可重复使用是关键考虑因素。如果终端节点应用的目标是要达到绝对的最小尺寸、运行轻量级无线射频协议栈或是卸载主MCU的运算任务,则一款高度优化的8位解决方案往往是更适合的。通常的观念是8位架构受制于低代码密度。其实只有在尝试16或32位的运算时,情况才是如此。像诸如卸除主处理器时所看到的那些控制应用并没有受制于低代码密度。由于8位MCU的附加管理代码(overhead code)少之又少,因此用于控制型功能的整体代码密度比在32位MCU上实现同等功能时还要高。
在考查一家综合性物联网解决方案供货商时,应当同时关注对于8位和32位MCU产品系列都有投资的MCU厂商,以便找到最具灵活性的MCU选项、最佳的技术解决方案,以及最好的价位。
Spantion: 低能耗且可灵活切换工作模式的MCU
随着2014物联网产业元年的开启,MCU成为物联网市场转折的主要驱动力,Spansion公司微控制器与模拟业务部门市场部营销总监王钰谈到:随着个人移动设备的迅速增长和信息连接方式的改变, 对MCU和内存的要求越来越高,能配合物联网方式的MCU不仅要求更低的能耗,还应该具备更快的处理速度、更小的尺寸和更加安全的软件协议。
物联网要求电子标准模块和元器件必须在少量或恒定的能量消耗限制下工作,同时具备一定的智能和性能。因此,无论是在操作过程中,还是在待机状态下,现代MCU都需要以尽可能低的能耗提供最高性能。实际上,尤其是在待机状态下,元器件消耗的电流应该只有几μA,因为在一些应用中,MCU仅激活很短的时间以执行计算密集型操作,而在剩下的时间里都处于非激活状态。在这些情况下,设计人员需要考虑整体的能耗预算:不只是决定计算执行时长的峰值能耗和动态能耗,还有在待机状态下和状态切换过程中的能耗。
考虑到这些要求,Spansion公司开发出新型MCU。新产品内置浮点运算单元,可以达到200 MHz的操作速度。嵌入式闪存加上集成的闪存加速器可实现高达200 MHz的运行速度而无需等待周期,只需340 μA/MHz的动态功耗,从而获得新的设计自由度。例如,未使用的资源可以断开与内部时钟脉冲的连接以便节省动态能耗。
何立民:物联网时代,是MCU3.0时代
物联网时代,是MCU3.0时代,是MCU的物联网服务时代。物联网是嵌入式系统从局域网到广域网顺理成章的结果。物联网的诞生,标志着独立的嵌入式系统产业时代结束。物联网时代MCU的主流技术,应该是以物联网系统应用为主线的平台化技术,如满足物联网系统应用的产品平台、实现多种数据流通信的交互平台、利于物联网系统开发的软硬件平台等。
粉丝观点
北京天元晟业公司总工 尹道瑞
MCU 不仅要具备低功耗的特点,而且需要根据不同用途,集成如RFID、蓝牙、GPRS、GPS以及ZigBee等无线通信功能。 一颗好的MCU还应顺应产业需求具有电源管理功能, 并可根据不同行业情况,定制符合本行业的通信协议及硬件接口。在工程实践中,一颗强大的MCU还需要集成如温湿度、加速度、陀螺仪等传感器。
尹工还补充到:未来在物联网产业下的MCU要有DSP功能,满足大数据运算,拥有汽车的CAN、LIN等协议接口,满足各种工业现场总线的工业用接口及协议。成本控制也要考虑其中。
西安华信铁路技术有限公司电子室主任 康涛
未来的MCU应具有自主和继承功能,自主的含义是MCU可根据客户的习惯来调整产品的性能分配,并不断改善; 继承是指产品的升级换代不会影响客户的依赖性体验,使产品适应客户而非客户学习产品。
上海环联科技有限公司项目经理 顾宇韬
今后基于物联网背景应用的MCU需要有一颗低功耗且高性能的内核,因此需要集成ZigBee或WiFi模块,还要有RFID式的电子标签,其他模块则可随意增减。这样做的好处是:通信、定位识别等功能全都拥有了,为搭建电路节省了很多资源!
上海航盛助理硬件工程师 方哲
在实际的工程设计中不免要涉及芯片选型与实验,而MCU在物联网中更是支撑整个应用网络的基础,因此它应该具备速度更快、资源更丰富、外围器件要求更少、开发后可拓展、可移植性更强的特点。而在物联网时代则更需要低功耗、小尺寸的设计,这样对于MCU的要求也越来越高。
编辑视角
万物联网的时代已经拉开帷幕,基于物联网时代的数字革命才刚刚开始。未来五年,PC、手机、平板、可穿戴设备,以及联网的电视、汽车等,整个加起来将有400亿台设备,几乎是过去的这40年的7倍!这就是物联网,万物互联,彼此之间有各种不同沟通的机会,会提供给人类更多更好的服务。
小小的MCU就嵌入在这些各式各样的物联网设备中,未来的MCU体积将会更小,可能肉眼已不能分辨,它们身上将会集成诸如存储、大数据运算、无线连接、通信接口、RFID、传感器等你需要的各种功能。任何产品只需要这样一颗可任意定制功能的“MCU”足矣,而无需复杂的外围电路。
2015年刚刚开始,未来物联网将会有更多重要的变革,400亿台新设备将会应用到医疗、娱乐、教育等各个领域中,而且必将有更多的关键应用涌现出来。小小的MCU会演变成什么样子,又会有哪些更大的作为?让我们共同期待!