11月初,,富士通半導(dǎo)體繼東芝半導(dǎo)體之后也正式宣布采用ARM Cortex-M3內(nèi)核的FM3系列MCU面市,,并一口氣推出44款產(chǎn)品型號,。與東芝不同的是,富士通對新款Cortext-M3 MCU的宣傳顯得更為高調(diào),。一貫以專用內(nèi)核為主的日系MCU供應(yīng)商陣營是否會由此轉(zhuǎn)向通用RSIC微控制器內(nèi)核,,引發(fā)業(yè)界廣泛關(guān)注。
ARM內(nèi)核一貫以其良好的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)(在全球擁有700多家第三方供應(yīng)商)和低功耗而著稱,,而隨著32位Cortex MCU不斷向“亞1美元”價位逼近,,它們在替代8位、16位MCU的戰(zhàn)役中捷報頻傳,。這正是富士通半導(dǎo)體開始布局通用內(nèi)核MCU的主要原因之一,。“我們看到了市場對Cortex的需求,隨著產(chǎn)品研發(fā)周期日益縮短,,客戶希望采用更加便利的平臺,,ARM良好的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)使其開發(fā)工具、中間件,、驅(qū)動器等非常容易獲得,,這是專用內(nèi)核無法比擬的優(yōu)勢。FM3 MCU可以讓富士通的獨特技術(shù)優(yōu)勢惠及更廣泛的客戶群,。”富士通市場部負(fù)責(zé)人表示,。
在日前舉辦的深圳2010 MCU技術(shù)創(chuàng)新與嵌入式應(yīng)用大會上,ARM的發(fā)言人宣稱,,據(jù)最新統(tǒng)計,,2010年Q2一個季度Cortex-M的出貨量就達(dá)到990萬片,高出2008年全年的總量,,預(yù)計未來3年的年復(fù)合增長率將達(dá)到160%,。除了傳統(tǒng)的歐美系MCU廠商,像富士通半導(dǎo)體等擁有獨特技術(shù)專長的日系MCU供應(yīng)商的加入無疑將對Cortex-M的爆炸性增長起到推波助瀾的作用,。
圖1:基于ARM內(nèi)核的芯片出貨量預(yù)測,。(資料來源:ARM公司)
競爭法寶:面向差異化的外設(shè)
無論是歐美系、日系還是臺系供應(yīng)商,,Cortex MCU之爭最根本的還是外設(shè)之爭,。在過去20多年的專用內(nèi)核MCU產(chǎn)品和ASIC/ASSP開發(fā)過程中,富士通半導(dǎo)體積累了大量外設(shè)設(shè)計經(jīng)驗,,并廣為市場所接受,,其中很多特性還是由中國本土團(tuán)隊自主開發(fā)的,,很貼合中國市場的需求。
此次發(fā)布的FM3 MCU分為兩個系列:高性能MB9BF500/400/300/100系列強調(diào)高性能,、高速,,可用于工業(yè)自動化應(yīng)用伺服控制、變頻控制,、電動汽車,、太陽能逆變器、智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集器等等工業(yè)應(yīng)用,,能夠增強系統(tǒng)功效,;標(biāo)準(zhǔn)MB9AF100系列強化了低功耗性能的設(shè)計,可以很好地滿足節(jié)能設(shè)計需求,,適合用于白色家電(空調(diào),、冰箱、洗衣機等),、數(shù)字消費類設(shè)備和辦公自動化設(shè)備等,。兩個系列的外設(shè)基本相似,如圖2所示,,特別值得一提的是以下3個特性,,體現(xiàn)了富士通半導(dǎo)體有別于其他Cortex-M3 MCU的獨到之處,也可以從中管窺富士通半導(dǎo)體的通用32位MCU產(chǎn)品策略,。
圖2:FM3系列MCU的特性,。
1.上至5.5V的寬操作電壓
FM3系列可在2.7V~5.5V的電源下工作,而大多數(shù)其他廠商的Cortex-M3 MCU不能用于5V系統(tǒng),,僅能在3.6V或更低的電源下工作,。FM3滿足了市場上只能用于5V系統(tǒng)的微控制器的需求,是工業(yè)自動化設(shè)備和大型家電的最佳選擇,。明年,富士通半導(dǎo)體還將推出支持1.8V-3.6V的超低功耗系列,,進(jìn)一步拓展32位MCU產(chǎn)品的適用范圍,。
2. 業(yè)界最快、汽車級性能的高速閃存
對于這些MCU產(chǎn)品,,富士通半導(dǎo)體采用的是和汽車用MCU產(chǎn)品同樣的高性能NOR閃存,,具備至少10萬次擦/寫次數(shù)(這只是一個保守數(shù)字),并能保持?jǐn)?shù)據(jù)長達(dá)20年,,而且提供數(shù)據(jù)加密保存支持,,確保了IP的安全性。該閃存還是同類產(chǎn)品中讀取速度最快的,,具備高達(dá)60MHz的無時滯頻率響應(yīng),,因而大大提高了CPU的性能,。基于開源的基準(zhǔn)測試程序Dhrystone2.1 benchmark的結(jié)果顯示,,在60MHz工作頻率下,,富士通Cortex-3M產(chǎn)品的性能(MIPS)比競爭對手的產(chǎn)品提高了30%。
3.用于高精度馬達(dá)控制的外設(shè)模塊
富士通的FR微控制器家族的外設(shè)性能在馬達(dá)控制應(yīng)用方面一直廣受褒揚,,為滿足高精度馬達(dá)控制的精準(zhǔn)要求,,富士通進(jìn)一步改善外設(shè)模塊,使之適用范圍更廣,。尤其是搭載了高精度和高速度的12位A/D 轉(zhuǎn)換器(+/-2LSB 1.0μs轉(zhuǎn)換)后,,MCU的高精度采樣使馬達(dá)控制更加精準(zhǔn),應(yīng)用到高精度高速伺服馬達(dá)及工業(yè)自動化應(yīng)用下的其它設(shè)備時更能展示其真正潛能,。FM3 MCU的3單元12位A/D的通道多達(dá)16路,,更能提高位置精度和馬達(dá)控制的精準(zhǔn)性。此外,,以往業(yè)界慣常使用CPU通過軟件檢測馬達(dá)的轉(zhuǎn)子位置,,而FM3系列擁有的新型馬達(dá)轉(zhuǎn)子位置傳感計數(shù)器,可以進(jìn)行自動化檢測并能減輕CPU負(fù)荷,。使用該產(chǎn)品可降低變頻系統(tǒng)的功耗,。
成就中國廠商180度變頻節(jié)能設(shè)計目標(biāo)
盡管富士通算是最早推出Cortex-M3 MCU的日系廠商之一,但相對搶先一步的歐美同業(yè),,如何做到后來者居上,,則不僅要在產(chǎn)品本身下功夫,還得找準(zhǔn)市場切入點,。電機控制,、中國成為富士通市場戰(zhàn)略的兩大關(guān)鍵詞,該公司希望憑借其差異化的外設(shè)加上全方位的解決方案和本地深度支持,,在一貫擁有口碑的電機控制應(yīng)用市場搶占先機,。
談到電機控制,不得不提幾個富士通MCU獨有的特性,。首先是多脈沖發(fā)生器(MPG),,目前業(yè)界只有富士通能做到。通過用配置好的硬件模塊來檢測電機位置信號,,轉(zhuǎn)換驅(qū)動信號,,進(jìn)行電機閉環(huán)控制。
其次是多功能定時器(MFT)模塊,,包括AD模塊和波形發(fā)生模塊:
•高速AD采集,,僅需1us完成;
•2組獨立AD,變頻方案使用第一組4通道,,第二組8通道由客戶自由使用不會受變頻影響,;
•自由設(shè)定由驅(qū)動波形觸發(fā),保證在最適當(dāng)時候采樣信號,;
•自由設(shè)定PWM波形的周期和寬度,;
•三組6通道PWM驅(qū)動信號周期和反向由硬件同步;
•硬件死區(qū)時間,,寬度自由設(shè)定,;
•傳感器信號硬件捕捉和驅(qū)動信號觸發(fā)。

圖3:基于FM3的電機驅(qū)動開發(fā)平臺和解決方案,。
富士通半導(dǎo)體還提供全方位的基于FM3的電機驅(qū)動開發(fā)平臺和解決方案,包括:既支持單芯片也支持雙芯片的硬件系統(tǒng),;底層外設(shè)驅(qū)動+中間件核心算法+高端附加功能的固件系統(tǒng),;另外,富士通的電機調(diào)試軟件工具除了可以設(shè)置參數(shù),,還可以向示波器一樣繪制任意波形,,方便觀測波形變量,提高了調(diào)試的便利性,,這一點也是大多數(shù)同類產(chǎn)品沒有的,。
180度直流變頻方案正受到很多中國白家電廠商的追捧,富士通半導(dǎo)體也與領(lǐng)先的制造商展開了合作,,很快將有相關(guān)產(chǎn)品上市,。據(jù)悉,富士通可提供完整的180度直流變頻方案,,其優(yōu)點是采用32位高速高性能芯片,2相電流檢測,,反饋更安全可靠,、算法自主研發(fā)且國內(nèi)領(lǐng)先,支持三相永磁同步馬達(dá)和直流無刷馬達(dá)壓縮機驅(qū)動。由于提供死區(qū)補償和轉(zhuǎn)子位置估算更準(zhǔn)確,,富士通變頻方案的正弦波電流波形相比同類型方案更加平滑,,因為電流調(diào)節(jié)更優(yōu)化,相同環(huán)境和系統(tǒng),,富士通方案功耗也更少,,效率更高。

算法可為變頻方案競爭的重中之重,。富士通180度變頻核心控制算法包括上圖所示的這些重要組成部分,,可從以往的專用內(nèi)核MCU平臺快速移植到FM3 通用32位MCU平臺上,從而將幫助加速180度直流變頻的普及,,為家電和工業(yè)設(shè)備的節(jié)能降耗作貢獻(xiàn),。