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高性能MCU重塑行業的5大特性

作者:德州儀器時間:2021-07-28來源:電子產品世界收藏


本文引用地址:http://www.pfaennle.com/article/202107/427190.htm

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自動化工廠和智能汽車的進一步發展需要高級聯網、實時處理、邊緣分析和更先進的電機控制拓撲。這些功能的加入使得對高性能微控制器 (MCU) 的需求快速增長,這種微控制器需要超越傳統MCU并提供類似處理器的功能。本文將介紹高性能Sitara? AM2x MCU幫助設計工程師克服當前和未來系統挑戰的五大特性,如圖1所示。

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圖1 Sitara AM2x高性能MCU的優勢

實現更強大的性能

MCU最近在內存大小、模擬功能集成和低功耗方面取得了不少進步。但在很多應用中,快速處理大量實時控制和傳感器數據的能力同樣重要。在自動化工廠中,可編程邏輯控制器(PLC)和機器人電機控制系統的處理要求已從每個內核大約100MHz增加到400MHz以上,并可能在未來三到五年內達到1GHz以上。

在一些應用場景中,MCU還需要更高的性能來滿足處理需求,包括:

●   日益增加的工業通信,因為機器和中央數據系統需要通過各種協議共享大量數據。

●   邊緣分析以進行預測性維護,使工廠平穩運行。

通過提高每個MCU內核的時鐘速度以及在同一芯片上集成多個MCU內核,Sitara AM2x MCU可滿足更高的性能要求。AM2434有四個內核,每個內核以800MHz運行,與傳統MCU相比,它能夠在工廠車間實現更快且更復雜的數據處理、更低的延遲控制以及高速通信。例如,更快、更順暢地控制機械臂可以提高操作安全性、生產效率、質量和吞吐量。

提升實時處理和分析

隨著現代工廠自動化程度的提高,對實時數據分析和控制的需求也在增加。很多傳統系統通過多個MCU來處理這些不同的功能。高性能MCU,尤其是具有多核架構的MCU,可以通過在單個設備上進行數據處理和實時控制功能來實現更多系統集成。

Sitara AM2x MCU集成了快速數據采集功能和精確的實時控制外設,從而進行高速輸入和處理數據。想象一下,一個單獨的MCU控制機械臂的電機,還集成了音頻、電流和位置傳感接口,以提高機器人與人類協作的安全性,這一切都是在沒有其他MCU協助下實現的。或者集成音頻輸入及聲音識別和分類的MCU,可提高樓宇安全系統中的邊緣智能。通過在單個芯片上實現多種處理能力,高性能 MCU 不僅可以使工業系統更智能,而且更實惠且更易于設計。

簡化設計和實現軟件復用

MCU的定義特征包括簡單的系統設計和軟件開發。Sitara AM2x MCU對易于使用的軟硬件的期望不會改變,即使MCU性能和集成度變得與處理器更相似。

借助Sitara AM2x MCU,工程師可繼續獲得以下體驗:

●   簡單的軟件開發環境和工具(例如基于實時操作系統的軟件),支持跨平臺重用,從而減少開發時間和成本。

●   高效的實時任務管理和更簡單的電源管理架構,可實現更具成本效益的電源管理解決方案。

●   經過優化的速度和低延遲功能,這得益于集成型隨機存取存儲器 (RAM)。

實時傳感和響應應用程序(例如PLC)必須處理時間限制的問題,以確保安全和連續運行。這意味著系統需要針對最壞情形下所需的時間進行設計。提供易于使用的軟件可幫助您快速有效地設計此類系統。

通過存儲器的靈活性優化系統成本

傳統MCU具有板載非易失性存儲器,例如閃存。但是,從自動化工廠到自動駕駛等應用中不斷增加的數據處理需求給存儲器的可擴展性帶來了難題。此外,更快的中央處理器帶來了兩個難題:

●   系統性能完全依賴閃存速度和性能,尤其是在系統需要進行實時數據讀寫的情況下。

●   受限于當前可以支持非易失性存儲器的處理工藝,例如16nm。

基于外部非易失性存儲器架構的靈活性,MCU設計工程師可以從中受益。借助Sitara AM2x MCU,您無需更改MCU或重新設計電路板,就能滿足不斷增長的存儲器需求,從而實現更靈活的設計并降低開發成本。AM2x器件的大型板載RAM和簡單的軟件架構解決了外部存儲器的延遲和性能問題。

提高系統功效

傳統MCU以低功耗著稱,隨著應用轉向高性能MCU,降低功耗仍然至關重要。電源效率體現在設計師很重視的兩個方面:

●   每瓦性能(有源功耗效率)。散熱超過2W至3W通常會導致傳統MCU系統在成本、重量和占用空間方面的問題,尤其是那些需要主動冷卻措施(如散熱器和風扇)的系統。因此,性能的提高不能與成比例的功耗增加相伴。高性能Sitara AM2x MCU可支持超過5,000 DMIPS/W的性能。

●   低功耗(關斷)模式。MCU通常在較低占空比的環境中運行,鑒于高性能MCU采用先進工藝節點設計,其漏電流影響高于傳統MCU。設計人員需要在電源門控技術和低功耗模式(如睡眠、深度睡眠、關機、僅實時時鐘和輸入/輸出喚醒)方面不斷創新。

結束語

高性能MCU讓處理器級別的計算性能更加可得,將為設計人員和客戶系統開啟新的機會。隨著應用的不斷演變和設計工程師在其系統中充分發揮高性能MCU的潛力,MCU創新者、產品設計人員和消費者都將體驗到高性能MCU所帶來的好處。



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