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当MCU走向高性能，MCU还是MPU便不用再纠结了

微控制器（MCU）作为电子产品的心脏 ， 被广泛地应用到消费和工业电子产品中 。如今 ， 工业自动化、下一代汽车、智能分析和万物互联的发展推升对边缘端MCU的性能要求 ， MCU产品的性能、实时控制能力以及通讯的多样性和高速实时性要求越来越高 。例如具体的工业应用中：新兴应用需要更高等级的系统集成和边缘智能；工业和汽车系统要依赖精准的实时控制和决策；分布式通信和自动化趋势需要更高的网络带宽……
实现工业自动化的三大关键技术
工业4.0和工业自动化大规模发展 ， 实时控制、工业联网和边缘分析可在自动化工厂中有效提高效率和生产力 。
【当MCU走向高性能，MCU还是MPU便不用再纠结了】实时控制：由于系统对时间的要求很严格 ， 因此在进行实时控制时 ， 系统需具有原始数据处理能力 ， 并能在要求的精确时间内控制信号 。对模拟信号进行精确控制非常关键 ， 该过程可利用改进的控制算法来提高电机驱动器的可靠性和电动汽车的效率 。这些处理需求已经超出了传统MCU的功能范畴 。
工业网络：工厂需要进行不同类型的数据交换 ， 因此必须快速采用多种工业以太网标准 ， 从而支持在各机器之间进行实时通信 ， 以提高系统性能、安全性和可靠性 。因此 ， 需要一种不仅兼容多种不同的协议标准 ， 而且工作速率高达1Gbps的集成网络解决方案 。
边缘分析：机器学习算法的改进可促进局部优化 ， 即每个机器或节点无需等待集中式决策即可执行操作 。边缘处理可显著缩短响应时间 ， 从而实现更好、更安全的人机协作 。
在电机控制和机器人等许多工厂系统中 ， 处理器监督着模数转换和数模转换过程 ， 但是 ， 人们的高性能计算和控制需求对处理器的功能提出了更多要求 。
近日 ， TI推出了全新的SitaraAM2x系列MCU ， 应对高算力、高通讯速率以及高可靠性要求的系统设计挑战 。
兼具处理器级计算性能和MCU的设计简易性
TI的Sitara品牌历史已久 ， 并且在工业领域也已经得到了广泛的应用 ， AM2x系列MCU是Sitara品牌全新系列的单片机 ， 特点是兼具处理器级别的高算力的计算性能和MCU级别的设计便利性和易用性 。
当MCU走向高性能，MCU还是MPU便不用再纠结了
文章插图
（图源：TI公司）
MCU是一个完整的系统 ， 包括CPU、闪存和RAM以及通用控制 ， 如电机控制、电源处理变换以及快速IO控制的需求 ， 实时外设是MCU的突出优势；此外 ， 越来越多的MCU产品会看重功能安全和信息安全 ， 传统MCU里也加入很多信息安全相关的加速器或协处理器 ， 或集成相关功能 。
传统MPU处理器最大的特点是CPU内核性能较高 ， 基本上达到1GHz或以上的处理器性能 ， 而且多是多核 。到目前为止 ， 市场上最大份额的MPU都是使用了高阶ARM处理器内核 。同时 ， MPU会集成高性能RAM、DDR接口 ， 达到整个系统内存和数据吞吐量的高速性能 。由于在MPU上需要越来越多的算力 ， 因此处理器内部会在内部集成协处理器 ， 如深度学习、DSP和实时控制内核 。处理器要求的通讯总线的速率、实时性、保密性越来越高 ， 因此越来越多地集成工业通讯接口 ， 如千兆以太网、TSN等工业现场所需要的高速通讯内核 。
SitaraAM2x是将传统MCU和传统MPU相结合的一款产品 。德州仪器(TI)中国区嵌入式与DLP?应用技术总监师英介绍 ， TI将高性能的ARM内核、高性能RAM、高速信号处理、工业通讯高速实时总线接口整合在一起 ， 再加上MCU里常见的功能安全以及信息安全功能和MCU独有的实时外设 ， 从而设计出了SitaraAM2x系列MCU 。相比传统的基于闪存的MCU产品 ， 工程师可以利用AM2x系列将计算能力提高10倍 。
低功耗MCU实现处理器级性能
AM243xMCU是AM2x系列器件的首发型号 ， 具有多达四个ArmCortex?-R5F内核 ， 每个内核运行频率高达800MHz 。这4个R5F的Cortex内核加上内部的一些加速器和协处理器 ， 可以提供高达6000DMIPS的计算能力 。
当MCU走向高性能，MCU还是MPU便不用再纠结了
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（图源：TI公司）
在机器人等工厂设备中 ， 快速计算能力与MCU内部存储器的高速访问可同时帮助提高机器人的运动精度和运动速度 ， 从而提高生产率 。在典型应用中 ， AM243x器件可以在消耗不到1W有效功率的情况下达到6000DMIPS计算性能水平 。
集成化设计实现边缘端的实时控制与多协议网络支持
SitaraAM243xMCU集成了感应和驱动外设 ， 能与处理器配合完成高精度电机控制或快速IO控制任务 ， 使工厂自动化实现了低延迟实时处理和控制 。
AM243x器件扩展了TI对多个千兆工业以太网协议和时间敏感网络(TSN)的支持 ， 可实现下一代工厂网络 。借助AM243x ， 工程师可以利用经过认证的、TI直接提供的协议栈全面支持EtherNet/IP?、EtherCAT?、PROFINET?和IO-Link主站等工业通信标准 ， 同时可以为工业自动化客户提供专有支持 ， 定制一套其独有的基于TSN或基于工业以太网的私有协议 。
满足SIL3标准 ， 确保安全
AM243xMCU的片上安全功能支持全新的加密要求 ， 集成功能安全机制、诊断和辅助功能 ， 可帮助系统集成商在其工业设计中达到IEC61508标准的安全完整性等级(SIL)3要求 ， 或者是汽车安全完整性等级（ASIL）-D ， 符合工业和汽车领域所要求的功能安全标准 。
TI将所有的功能和性能都集成在一个芯片上 ， 使得AM2x系列可以在边缘端实现实时控制工业通讯、分析处理、信息安全和功能安全 。同时 ， 为进一步降低设计和开发的复杂性 ， TI的官网上还提供了很多简单易用的开发工具 ， 如SitaraAM2xMCU的评估套件AM243xLaunchPad ， 还有软件包、SDK等配套的专用软件；此外 ， 通过MCU+Academy这个全新的网上资源 ， 工程师可以自己定义要学习的内容和课程进度 ， 完成对处理器及配套工具和SDK的学习 ， 进而帮助工程师加速其产品设计 。
据介绍 ， 目前针对AM243x系列 ， TI可提供采用17mm×17mm或11mm×11mm封装的预量产版本AM2431、AM2432和AM2434 ， 市场定位在包括工业自动化、PLC、电机控制、机械臂、机器人 ， 或工业多协议等广泛的高速通讯接口的应用 。
工业应用领域涉及到各种各样的终端设备 ， 不同的终端设备对电子控制系统的要求不尽相同 。TI的SitaraAM2x系列补上了MCU在处理性能上的“短板” ， 一个芯片即可集成易用性、实时性、高处理运算能力、安全性等 ， 满足各不同应用场景对高性能的运算、实时控制、实时通信、高集成度和易用性的需求 ， 因此能够帮客户拓展设计选项 。MCU还是MPU？试试SitaraAM2xMCU！
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