微控制器（MCU）作為電子產(chǎn)品的心臟，被廣泛地應(yīng)用到消費和工業(yè)電子產(chǎn)品中,。如今,，工業(yè)自動化、下一代汽車,、智能分析和萬物互聯(lián)的發(fā)展推升對邊緣端MCU的性能要求,，MCU產(chǎn)品的性能、實時控制能力以及通訊的多樣性和高速實時性要求越來越高,。例如具體的工業(yè)應(yīng)用中：新興應(yīng)用需要更高等級的系統(tǒng)集成和邊緣智能,；工業(yè)和汽車系統(tǒng)要依賴精準的實時控制和決策；分布式通信和自動化趨勢需要更高的網(wǎng)絡(luò)帶寬……
實現(xiàn)工業(yè)自動化的三大關(guān)鍵技術(shù)
工業(yè) 4.0 和工業(yè)自動化大規(guī)模發(fā)展,，實時控制,、工業(yè)聯(lián)網(wǎng)和邊緣分析可在自動化工廠中有效提高效率和生產(chǎn)力。
實時控制：由于系統(tǒng)對時間的要求很嚴格,，因此在進行實時控制時,，系統(tǒng)需具有原始數(shù)據(jù)處理能力，并能在要求的精確時間內(nèi)控制信號,。對模擬信號進行精確控制非常關(guān)鍵,，該過程可利用改進的控制算法來提高電機驅(qū)動器的可靠性和電動汽車的效率。這些處理需求已經(jīng)超出了傳統(tǒng) MCU 的功能范疇,。
工業(yè)網(wǎng)絡(luò)：工廠需要進行不同類型的數(shù)據(jù)交換,，因此必須快速采用多種工業(yè)以太網(wǎng)標準，從而支持在各機器之間進行實時通信,，以提高系統(tǒng)性能,、安全性和可靠性,。因此，需要一種不僅兼容多種不同的協(xié)議標準,，而且工作速率高達 1Gbps的集成網(wǎng)絡(luò)解決方案,。
邊緣分析：機器學(xué)習(xí)算法的改進可促進局部優(yōu)化，即每個機器或節(jié)點無需等待集中式?jīng)Q策即可執(zhí)行操作,。邊緣處理可顯著縮短響應(yīng)時間,，從而實現(xiàn)更好、更安全的人機協(xié)作,。
在電機控制和機器人等許多工廠系統(tǒng)中，處理器監(jiān)督著模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換過程,，但是,，人們的高性能計算和控制需求對處理器的功能提出了更多要求。
近日,，TI推出了全新的Sitara AM2x系列MCU,，應(yīng)對高算力、高通訊速率以及高可靠性要求的系統(tǒng)設(shè)計挑戰(zhàn),。
兼具處理器級計算性能和MCU 的設(shè)計簡易性
TI的Sitara品牌歷史已久,，并且在工業(yè)領(lǐng)域也已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，AM2x系列MCU是Sitara品牌全新系列的單片機,，特點是兼具處理器級別的高算力的計算性能和MCU級別的設(shè)計便利性和易用性,。
（圖源：TI公司）
MCU是一個完整的系統(tǒng)，包括CPU,、閃存和RAM以及通用控制,，如電機控制、電源處理變換以及快速IO控制的需求,，實時外設(shè)是MCU的突出優(yōu)勢,；此外，越來越多的MCU產(chǎn)品會看重功能安全和信息安全,，傳統(tǒng)MCU里也加入很多信息安全相關(guān)的加速器或協(xié)處理器,，或集成相關(guān)功能。
傳統(tǒng)MPU處理器最大的特點是 CPU內(nèi)核性能較高,，基本上達到1 GHz或以上的處理器性能,，而且多是多核。到目前為止,，市場上最大份額的MPU都是使用了高階ARM處理器內(nèi)核,。同時，MPU會集成高性能RAM,、DDR接口,，達到整個系統(tǒng)內(nèi)存和數(shù)據(jù)吞吐量的高速性能,。由于在MPU上需要越來越多的算力，因此處理器內(nèi)部會在內(nèi)部集成協(xié)處理器,，如深度學(xué)習(xí),、DSP和實時控制內(nèi)核。處理器要求的通訊總線的速率,、實時性,、保密性越來越高，因此越來越多地集成工業(yè)通訊接口,，如千兆以太網(wǎng),、TSN等工業(yè)現(xiàn)場所需要的高速通訊內(nèi)核。
Sitara AM2x是將傳統(tǒng)MCU和傳統(tǒng)MPU相結(jié)合的一款產(chǎn)品,。德州儀器 (TI) 中國區(qū)嵌入式與DLP?應(yīng)用技術(shù)總監(jiān)師英介紹,，TI將高性能的ARM內(nèi)核、高性能RAM,、高速信號處理,、工業(yè)通訊高速實時總線接口整合在一起，再加上MCU里常見的功能安全以及信息安全功能和MCU獨有的實時外設(shè),，從而設(shè)計出了Sitara AM2x系列MCU,。相比傳統(tǒng)的基于閃存的MCU產(chǎn)品，工程師可以利用AM2x系列將計算能力提高10倍,。
低功耗MCU實現(xiàn)處理器級性能
AM243x MCU是AM2x系列器件的首發(fā)型號,，具有多達四個Arm Cortex?-R5F內(nèi)核，每個內(nèi)核運行頻率高達800MHz,。這4個R5F的Cortex內(nèi)核加上內(nèi)部的一些加速器和協(xié)處理器,，可以提供高達6000 DMIPS的計算能力。
（圖源：TI公司）
在機器人等工廠設(shè)備中,，快速計算能力與MCU內(nèi)部存儲器的高速訪問可同時幫助提高機器人的運動精度和運動速度,，從而提高生產(chǎn)率。在典型應(yīng)用中,，AM243x器件可以在消耗不到1W有效功率的情況下達到6000 DMIPS計算性能水平,。
集成化設(shè)計實現(xiàn)邊緣端的實時控制與多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)支持
Sitara AM243x MCU集成了感應(yīng)和驅(qū)動外設(shè)，能與處理器配合完成高精度電機控制或快速IO控制任務(wù),，使工廠自動化實現(xiàn)了低延遲實時處理和控制,。
AM243x器件擴展了TI對多個千兆工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議和時間敏感網(wǎng)絡(luò) (TSN) 的支持，可實現(xiàn)下一代工廠網(wǎng)絡(luò),。借助AM243x,，工程師可以利用經(jīng)過認證的、TI直接提供的協(xié)議棧全面支持EtherNet/IP?,、EtherCAT?,、PROFINET?和IO-Link主站等工業(yè)通信標準,，同時可以為工業(yè)自動化客戶提供專有支持，定制一套其獨有的基于TSN或基于工業(yè)以太網(wǎng)的私有協(xié)議,。
滿足SIL3標準,，確保安全
AM243x MCU的片上安全功能支持全新的加密要求，集成功能安全機制,、診斷和輔助功能,，可幫助系統(tǒng)集成商在其工業(yè)設(shè)計中達到IEC 61508標準的安全完整性等級(SIL) 3要求，或者是汽車安全完整性等級（ASIL）-D,，符合工業(yè)和汽車領(lǐng)域所要求的功能安全標準,。
TI將所有的功能和性能都集成在一個芯片上，使得AM2x系列可以在邊緣端實現(xiàn)實時控制工業(yè)通訊,、分析處理,、信息安全和功能安全。同時,，為進一步降低設(shè)計和開發(fā)的復(fù)雜性，TI的官網(wǎng)上還提供了很多簡單易用的開發(fā)工具,，如Sitara AM2x MCU的評估套件AM243x LaunchPad,，還有軟件包、SDK等配套的專用軟件,；此外,，通過MCU+ Academy這個全新的網(wǎng)上資源，工程師可以自己定義要學(xué)習(xí)的內(nèi)容和課程進度,，完成對處理器及配套工具和SDK的學(xué)習(xí),，進而幫助工程師加速其產(chǎn)品設(shè)計。
據(jù)介紹,，目前針對AM243x系列,，TI可提供采用17mm × 17mm或11mm × 11mm封裝的預(yù)量產(chǎn)版本AM2431、AM2432和AM2434,，市場定位在包括工業(yè)自動化,、PLC、電機控制,、機械臂,、機器人，或工業(yè)多協(xié)議等廣泛的高速通訊接口的應(yīng)用,。
工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域涉及到各種各樣的終端設(shè)備,，不同的終端設(shè)備對電子控制系統(tǒng)的要求不盡相同。TI的Sitara AM2x系列補上了MCU在處理性能上的“短板”,，一個芯片即可集成易用性,、實時性,、高處理運算能力、安全性等,，滿足各不同應(yīng)用場景對高性能的運算,、實時控制、實時通信,、高集成度和易用性的需求,，因此能夠幫客戶拓展設(shè)計選項。MCU還是MPU,？試試Sitara AM2x MCU,！
