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10倍算力提升,高性能MCU补齐现代工业短板

时间:2021-07-23 作者:邵乐峰 阅读:
将处理器级的计算性能与MCU的简易设计合二为一,大幅缩小MCU和处理器之间日益增加的性能差距,是Sitara AM2x系列MCU的核心卖点。与此前基于闪存的MCU相比,AM2x系列的运算能力提高了10倍。  
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为了推动边缘端的实时控制、网络互联和智能分析能力,德州仪器(TI)日前推出了全新的高性能MCU产品Sitara AM2x系列。“将处理器级的计算性能与MCU的简易设计合二为一,大幅缩小MCU和处理器之间日益增加的性能差距。”是该系列MCU的核心卖点。TI中国区嵌入式与DLP应用技术总监师英表示,与此前基于闪存的MCU相比,AM2x系列的运算能力提高了10倍。  

TI中国区嵌入式与DLP应用技术总监师英

AM243x MCU是首款可用的AM2x系列器件,具有多达四个Arm Cortex-R5F内核,每个内核运行频率高达800MHz,这种高实时处理速度在机器人等工厂设备中至关重要。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这一性能水平,使工厂运营商能够延长电源寿命,并降低运营成本和能耗。此外,Sitara AM243x MCU还集成了感应和驱动外设,使工厂自动化实现了低延迟实时处理和控制,并通过通信加速模块简化实现工业网络。

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直接提供的协议栈支持EtherNet/IP、EtherCAT、PROFINET和IO-Link主站等,从而满足不断发展的工业通信标准。AM243x MCU的片上安全功能支持全新的加密要求,集成的功能安全机制、诊断和辅助功能可帮助系统集成商在其工业设计中达到IEC 61508标准的安全完整性等级(SIL) 3要求。 

为了降低设计和开发的复杂性,TI创建了Sitara AM243x LaunchPad开发套件,可快速评估高性能MCU。在评估工具和Sitara MCU+软件框架的帮助下,开发人员可以立即开始体验AM243x MCU开箱即用的精确实时控制和工业联网功能。开发人员还可以访问特定应用的参考示例、强大的工具和软件生态系统,以及MCU+ Academy培训网站,从而简化设计并加快上市速度。

MCU的跨界融合

从传统意义上来看,MCU是一个完整的系统,包括CPU、闪存、RAM以及通用控制。实时外设是MCU的优势,用于电机控制等应用中,现场的电源处理变换以及快速的I/O控制需求;此外,功能安全和信息安全需求也越来越多被提及,考虑到需要支持IEC 61508/ISO26262等不同标准,在传统MCU中逐渐加入信息安全方面的加速器或协处理器,或是集成相应的功能,正成为设计趋势。

而传统的MPU处理器最大特点是CPU内核性能较高,基本上都可达到1GHz以上的处理器性能,目前为止,市场上最大份额的MPU处理器都使用了高阶Arm处理器内核;其次,MPU会集成高性能RAM、DDR等接口,来达到整个系统的内存和数据吞吐量的高速性能;第三,MPU需要越来越多的算力,因此会在内部集成协处理器,用于深度学习、DSP处理和实时控制等;最后,MPU处理器要求的通讯总线的速率、实时性、保密性越来越高,逐渐集成了工业通讯接口,比如千兆以太网、TSN等工业现场所需的高速通讯内核。

但在师英看来,当前,系统对性能、控制和通信的需求日益增长,例如新型应用需要更高等级的系统集成和边缘智能;工业和汽车系统依赖实时控制和决策;分布式通信和自动化趋势需要更高的网络带宽。而MCU作为电子控制系统的主控处理器,在性能、实时控制、通讯多样性方面自然同样面临挑战,如何提升算力、通信速率和可靠性,成为业界面临的共同课题。

因此,TI在具体的设计中,从MCU和MPU的实际特点出发,将高性能Arm内核、RAM、高速信号处理,以及工业通讯高速实时总线接口等整合到一起,再加上信息安全等功能和MCU独有的实时外设,设计出了Sitara AM2x系列处理器。在满足设计的便利性和易用性基础上,提供更高的CPU算力性能、更高的信号处理集成度和实时控制外设集成度,同时,在通信功能方面也有TSN千兆以太网接口。

“整个市场对电子控制系统的要求在快速变化,这和人工智能、工业4.0等各种应用需求的推动密不可分。“师英说,面对越来越多的客户需求,AM2x与之前的AM6x系列在软件上兼容,可以共享一套软件开发SDK,从这个层面来讲,AM2x不仅是实时高速、高性能MCU,也是TI整个嵌入式产品系列的一部分。TI希望在传统MCU和MPU之间搭起桥梁,并且在性能和开发习惯方面向上兼容,以更好地满足最新市场需求。

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邵乐峰
ASPENCORE 中国区首席分析师。
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