精雕细琢打造MCU，开辟属于自己的Cortex-M0+新赛道！
科技
2024-10-29 15:24
广东
Cortex™-M0+是ARM公司2012年发布的一款拥有极高能效的低功耗、低成本微控制器内核IP，基于32位ARMv6内核架构，支持Thumb/Thumb-2子集ISA，单核心，如果采用低成本的90nmLP工艺制造，其核心面积区区0.04平方毫米，每MHz单位频率消耗的电流、功耗分别仅有9μA、11μW，基于该内核的MCU可广泛用于家用器具、白色家电、医疗监控、测量、照明、马达控制设备等领域。发布10多年来，基于Cortex™-M0+的MCU已经大量出货，知名的半导体厂商如TI 、ST 、NXP等多家MCU厂商都推出了基于Cortex™-M0+的MCU ，如今，物联网市场如火如荼 ，在大量基于Cortex™-M0+的MCU已经面市的情况下，Cortex™-M0+ MCU在以这片红海中还有发展的空间吗？答案是：有，近日武汉芯源半导体推出的基于Cortex™-M0+内核CW32L010新品系列就是通过差异化的细节设计开辟了属于自己的新赛道。武汉芯源半导体有限公司技术总监张亚凡在接受电子创新网独家专访时表示：“我们此次新品发布打出的口号是“树立M0+产品行业新标杆”，目前我们提供三种封装形式，分别是QFN20，TSSOP20和SOP16。分别针对当前通用应用环境下的小型化需求、标准兼容需求以及引脚间距大一些、引脚数要求少一些的需求。”他补充说该产品瞄准的是需求量最大的通用20引脚入门级32位MCU市场，最大的引脚数就是20。和早期功能简单的8位机相比，芯源半导体提供了高达64Kbyte的FLASH容量和高达4Kbyte的RAM容量。“这是因为很多客户发现在开发过程中，如果用市面上常规的20引脚产品，Flash配置通常为16K，32K，RAM通常为2K或者1K，经常遇到存储容量不够导致开发进行不下去的问题。我们这次得益于华虹在90nm制程上Flash技术的长足发展，直接给到客户翻倍的存储容量，让客户在入门级的MCU上也可以灵活安排程序和数据存储。”他指出，“除此之外，作为一个标准品通用MCU，我们该提供的配置都有提供，没有过度的裁剪。比如说应该配备的、各种定时器、ADC、SPI、I2C、UART等等。另外值得注意的是，这是一个标准工业级温度范围的、具备宽电压工作特性的、经由正规设计、验证和测试流程，用正向研发方式做出来的产品，是我们芯源半导体在MCU技术道路上的一个重要里程碑。”据介绍，CW32L010系列采用主频高达48MHz的ARM® Cortex®-M0+内核，配备高速嵌入式存储器，包括多达64K字节FLASH和4K字节SRAM。该系列接口丰富，所有型号均提供完整的通信接口（双路UART、一路SPI和一路I2C），以及12位高速ADC、四组通用和基本定时器、一组低功耗定时器和一组高级控制PWM定时器。此外，CW32L010支持在-40℃至85℃的工作温度范围内运行，供电电压范围为1.62V至5.5V，同时具备Sleep和DeepSleep两种低功耗模式。1、64K超大Flash存储容量， 数据保持时间长达25年，支持擦写保护、读保护和安全运行库保护功能。2、黑客级代码安全防护：创新的安全特性 - 允许用户划定一块指令存储区域，仅通过指令总线取指令执行，禁止数据总线访问，即使攻击者尝试通过下载间谍程序挟持内核也无法访问该区域，有效保护敏感算法和关键功能。
3、极限超低功耗：待机电流低至0.3uA - 高温待机电流仅为1.2uA，远低于竞品平均水平。
4、全新设计的高级定时器：兼容G4相关IP - 新增PWM移相、多点比较等功能，单个高级定时器支持多达6对互补PWM输出，灵活调整PWM边沿位置。
5、高精度RTC补偿：补偿精度达0.060ppm - 支持亚秒级读数，优化了RTC补偿机制。
6、全面升级的低功耗串口：支持LIN、RS485硬件使能 - 接收数据时可灵活配置接口电平，产生关键字中断和帧超时中断，支持多种硬件功能。7、出色的Latch Up测试成绩：高温闩锁门限测试成绩高达±600mA - 远高于行业一般水平，提供强大的ESD防护能力，是相比竞品一般水平的3~6倍。8、高性能ADC：16路ADC输入，各通道采样率可达2M - 采样保持时间可独立配置，适应不同应用需求。
9、内部时钟源特性优异：内置RC时钟源技术特性优于竞品 - 无论是HSI还是LSI，都表现出色，降低了对外置晶体的依赖，优化了成本。
张亚凡特别指出该新品超低功耗评估指标非常多，一般将待机电流（常温/高温）、全速运行电流等几个主要指标拿出来比较，CW32L010采用特别工艺制程，将待机电流控制在0.3uA，特别是高温待机电流是竞品平均水平的1/4~1/8。他表示在高速ADC方面，CW32L010的ADC配置比以前增加了一个功能：就是每个采样通道都是可以独立配置采样保持时间的，他说这也是客户提的要求。因为如果这个功能没有的话，客户在对不同的信号源进行采样的时候，就得被迫用同一种采样保持时间，那实际工作的时候就存在众口难调的问题，有些内阻比较大的信号源要求比较长的采样保持时间，如果加信号调理的话就又需要额外的开支了。现在的设计比较好，不同的通道独立配置时间，让ADC配置的适应性灵活性更强了。在这次新品发布会上，武汉芯源半导体提出了在安全方面新品是“黑客级安全代码防护”，对此张亚凡表示作为专业的MCU，必然考虑用户的代码及知识产权保护。尽管目前大多数MCU都支持多种安全等级，阻止通过SWD/ISP接口读取Flash内容。但通过下载间谍程序，用挟持内核的方式对Flash指令区做数据访问一般都被允许。CW32L010则可以阻止这个入侵，芯源半导体独创性的允许用户划定一块指令存储区域，在这个区域内只能通过指令总线取指令执行，但不允许通过数据总线访问数据，用户可以将敏感的代码库存储在这个区域，只能调用，无法复刻。除此之外，CW32全系列产品，符合IEC60730，IEC61508 功能安全设计规范。此外，他还强调该MCU的IO口带有滤波防抖，“我们用MCU的时候经常会用IO口来检测按键、或者继电器触点的状态变化，传统上的思路是，按键产生中断的时候不要立即马上去处理他，要延迟10个毫秒左右再去判断一次，如果两次判断都是有动作，那再去处理也不迟。今天这个由软件来做的按键防抖功能，我们用硬件来完成了。”他解释说，“我们是怎么做的呢？我们的IO口的信号传输到中断系统的通道，可以选择去通过一个数字滤波器，而这个数字滤波器的刷新时钟可以在上面这些时钟源里面去自由选择。那如果我们选择了这个速度比较低的LSI作为这个时钟源，那就相当于用比较慢的速度对这个输入信号进行了多次的确认，相当于节省了软件的开销了。同样的，如果外部有滤波电容的话也就不再需要原先那么大的，这是节省了硬件开销了。”此外，他表示该MCU的内部时钟源的温度特性和校准结果非常优秀，“我们都知道，我们这个规格的MCU，配置外部晶体的客户是很少的。系统稳定运行的时钟源基本都靠内部的RC振荡器来提供。这里如果没有设计好的话，很容易出现时钟偏差的。严重的时候还会影响串行通信波特率上不去，以及电机转速不准确，时序响应不及时等等问题。而我们做到的内部时钟的出厂精度是完全满足客户的苛刻要求的，目前没有客户对这个性能指标不满意，在国内工艺制程里面也很难找到对应的参数成绩。”他解释说。针对未来产品规划，他表示：“有的客户说，CW32L010很好，但是RAM容量4K还是偏少了一点，引脚数还是少了一点。那我们下一个产品会解决这个问题，那就是CW32L011，它被设计为最大32个引脚，内置6Kbyte的RAM，同时它是我们第一颗96M主频的Cortex-M0+产品。”此外，他透露：“另外为了更好的适应电机控制应用，我们还会出一颗48Pin的产品，在继承了CW32L011的96M主频的同时，还增加了两路DAC、两路OPA、以及8Kbyte的RAM，DMA控制器以及除法开方硬件单元，Cordic三角函数计算器等等硬件，使得她在应对电机控制应用的时候更加的游刃有余。”受益于物联网以及电子产品智能化的发展，近几年全球MCU市场规模呈现增长的趋势。根据Precedence Research的数据，2022年全球MCU市场约为282亿美元，预计2030年有望达582亿美元，未来 8年CAGR为9.48%；同时根据IHS和IC Insights也预测2022年中国MCU市场规模约为390亿元，同 比增长7.7%，预计2026年将有望突破500亿元，未来增长潜力巨大。在这个巨大的增量市场中，虽然玩家众多，但是只要在产品上以客户需求为导向，精雕细琢，精心打造，总能开辟出属于自己的新赛道。（完）
