傳統上，選擇
32位微控制器
(mcu)的關鍵因素在於**處理單元(即核心cpu)的選擇。直到最近，32位mcu已有基於多種核心(包括某些情況下的專有架構)的產品。因此，嵌入式設計人員要麼繼續使用一種核心，要麼需要花費更多時間學習新的硬體知識和移植現有軟體**。過去幾年裡，mcu產品中arm cortex核心的出現改變了嵌入式的原有狀態。開發人員把注意力從專用32位核心向基於arm cortex處理器的mcu轉移，這樣可以改變向單一**商訂購mcu的局面。基於
arm處理器
的mcu的生態系統已經日益壯大，這包括第三方編譯器、實時作業系統、軟體協議棧、lcd圖形顯示等。目前，大多數主流mcu**商都生產基於arm處理器的產品，這使得arm cortex核心成為了32位mcu事實上的標準。
選擇基於標準核心的32位mcu提供了較以往更多的選擇，因此，為特定應用選擇合適的mcu需要考慮多種因素，困難大大增加。首先，開發人員需要基於多個關鍵引數減少備選mcu的數量，例如儲存大小、輸入輸出引腳數量和通訊介面等。可能有多個**商的基於arm處理器的mcu產品能夠滿足基本需求清單，因此，開發人員需要通過其他重要因素進一步縮小選擇範圍，例如：混合訊號整合度、可配置性、功耗和開發難度等。
選擇整合通用器件的32位mcu能夠幫助開發人員減少整體系統成本、降低設計複雜度並縮短開發時間。例如，silicon labs precision32
混合訊號mcu具有多種其他mcu通常不具備的整合特性，例如usb振盪器、5v穩壓器、6個可程式設計高驅動能力引腳(可提供高達300ma電流)，以及16個電容感應輸入通道(用於觸控按鍵或滑動條)。高整合度可以減少多個分立元器件，提供更加靈活的供電選擇，從而節省bom成本，簡化開發流程。
為了解使用高整合度混合訊號mcu所帶來的好處，我們來研究一下典型的條形碼掃瞄器。為了讀取條形碼，掃瞄器向由電機提供動力的振動反射鏡發射雷射(見圖1)。雷射照射到條形碼，然後條形碼影象被電荷耦合器件(ccd)感測器捕獲。ccd感測器類似照相機，一次能夠捕獲一行畫素，比如1×1024畫素。模擬光強度訊號最後傳輸到模數轉換器(adc)。具有大電流驅動能力的mcu消除了過去用於驅動雷射和電機的功率電晶體。選擇可為ccd感測器提供時鐘同步介面的mcu也可以簡化設計人員的工作。
圖1：高整合度mcu為條形碼掃瞄器帶來好處。
最好的情況是，mcu的adc能夠與快速的ccd攝像頭保持同步(通常大於1msps)。對於5v的ccd感測器，電源管理ic在大多數設計中也必不可少，它為感測器提供輸入電壓，mcu和其他器件則需要3.3v輸入電源。
在這個條形碼範例中，precision32 sim3u1xx usb mcu可以驅動同步時鐘到感測器，輕鬆做到與快速ccd取樣速率同步，同時能夠通過3.3-5v dc-dc公升壓控制器為感測器提供電源，從而進一步降低系統元器件數量。此外，在usb供電的掃瞄器中，precision32 mcu具有片內穩壓器，可以直接從usb獲取電源；片內48mhz振盪器具有能夠鎖定usb訊號的創新時鐘恢復電路，精度高於0.25%，使usb執行無需外部晶體。條形碼掃瞄器中還整合了其他功能：當掃瞄成功時可直接驅動蜂鳴器提醒使用者；使用電容觸控按鍵代替機械按鍵；以及為無線掃瞄器提供硬體加密資料保護。
設計中需要考慮的另乙個重要因素是靈活性——能夠快速而輕鬆地適應變化，並且不增加開發成本。為了加快研發進度，設計人員通常在之前專案的基礎上進行修改設定以適應新的需求。然而，要想有效達到設計要求，重要的是能夠選擇和修改mcu外設及其布局。大多數mcu為外設提供了預置位置和固定的替代選擇。預置引出線通常會導致引腳衝突，迫使開發人員改變其設計，或改用更大、更昂貴的封裝。理想的方案是採用silicon labs專利技術雙crossbar mcu架構(如圖2所示)，開發人員可以首先選擇所需外設，然後再決定外設引腳的位置，這賦予開發人員更大的靈活性。
圖2：採用靈活的雙crossbar架構的precision32 mcu。
選擇最佳的所需外設通常意味著可以採用體積更小、價效比更高的封裝。例如，在需要4個帶流量控制uart(16個引腳)和2個spi(6個引腳)的通訊集線器中，開發人員僅需選擇一款略高於22個i/o的mcu即可。然而，如果使用標準的固定架構，4個uart和3個spi可能需要64引腳甚至100引腳的封裝才能滿足合適的外設組合。採用靈活可配置的crossbar技術，開發人員可以很容易地在40引腳封裝中實現這種外設組合，另外還有幾個引腳空閒。此外，通過優化外設位置，開發人員可以把外設放置到其連線電路的附近，這樣既可以縮短導線長度，也可以潛在地減少pcb的設計層數。最重要的是，最終設計變動可以通過軟體輕鬆實現。例如，如果通訊集線器需要帶spi介面的另一ic，沒有問題——只需修改軟體，就可以輕鬆地將第三個spi埠新增到同一封裝中。
選擇32位mcu的最後乙個重要因素是電源效率。實際上，超低功耗已經成為各種嵌入式應用中最為關心的乙個問題。現在隨著人們對「綠色環保」和降低能耗的重視，設計人員必須密切關注其整體功耗預算。許多方法都可以降低能耗，如何有效降低能耗取決於最終應用。例如，血糖監測儀，患者每日使用的次數很少，絕大多數時間監測儀都處於深度休眠狀態。因此，在這個應用中，盡量降低休眠模式的功耗尤為重要。
另一方面，對於感測器節點裝置，需要不間斷地監測事件狀態。如果感測器節點連續監測事件，就必須一直處於工作模式。真是這樣麼？事實並非如此！感測器節點可以進入休眠模式，快速喚醒，檢測事物(例如檢測煙霧)是否正在發生，然後再進入休眠狀態。在類似的系統中，重要的是具有支援實時時鐘(rtc)喚醒的低功耗休眠模式，可以進行有規律的喚醒，例如每100μs。快速喚醒時間也非常重要，處理器可以快速執行固定的命令去檢測是否有事件正在發生。
而有些應用不能進入休眠模式，例如工廠生產線裝置。在這些應用中，使用具有低功耗有功電流的mcu就顯得非常重要。另外，還可以運用其他訣竅節省功耗，例如，降低執行頻率，只採用滿足特定任務所需的處理速度。
很難找到能同時滿足超低功耗休眠模式、活動模式、喚醒時間和動態頻率改變特性的32位mcu。precision32 mcu系列產品通過提供多種低功耗選擇來滿足這些要求，如圖3所示。precision32 mcu系列產品可以在低於100na電流下執行，包括掉電檢測和4kb ram保持功能；如果要啟動實時時鐘，則需額外增加250na電流；選用模擬比較器則需要另外消耗400na，甚至還可選用低功耗定時器和脈衝計數器。mcu能夠在數微秒內從低功耗休眠模式中喚醒。另外，precision32 mcu擁有極低的275μa/mhz的活動模式電流，具有複雜的能夠鎖頻到1~80mhz中任意頻率的pll，使開發人員可以優化功耗。
圖3：precision32 mcu致力於實現所有模式下的超低功耗。
一段時間以來，許多主流mcu**商推出使用相同核心、相似儲存容量、多i/o引腳和序列外設的32位器件，這讓設計人員通常認為嵌入式設計中選擇mcu並不是什麼難題。然而，通過為特定設計選擇恰當的mcu，開發人員能夠顯著減少開發時間，降低功耗和整體系統成本，同時，提供的設計靈活性使得即使是最終設計有所變動，也無需進行大幅度的修改設計。總之，從一開始就選擇具有靈活架構的32位mcu是明智之舉，這可以極大簡化開發人員工作。
mcu產品市場經理
silicon labs
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