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高性能MCU重塑行业的5大特性

2021-07-28 16:55 来源:德州仪器 编辑:电源网

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自动化工厂和智能汽车的进一步发展需要高级联网、实时处理、边缘分析和更先进的电机控制拓扑。这些功能的加入使得对高性能微控制器 (MCU) 的需求快速增长,这种微控制器需要超越传统MCU并提供类似处理器的功能。本文将介绍高性能Sitara™ AM2x MCU帮助设计工程师克服当前和未来系统挑战的五大特性,如图1所示。

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图1:Sitara AM2x高性能MCU的优势

实现更强大的性能

MCU最近在内存大小、模拟功能集成和低功耗方面取得了不少进步。但在很多应用中,快速处理大量实时控制和传感器数据的能力同样重要。在自动化工厂中,可编程逻辑控制器(PLC)和机器人电机控制系统的处理要求已从每个内核大约100MHz增加到400MHz以上,并可能在未来三到五年内达到1GHz以上。

在一些应用场景中,MCU还需要更高的性能来满足处理需求,包括:

·日益增加的工业通信,因为机器和中央数据系统需要通过各种协议共享大量数据。

·边缘分析以进行预测性维护,使工厂平稳运行。

通过提高每个MCU内核的时钟速度以及在同一芯片上集成多个MCU内核,Sitara AM2x MCU可满足更高的性能要求。AM2434有四个内核,每个内核以800MHz运行,与传统MCU相比,它能够在工厂车间实现更快且更复杂的数据处理、更低的延迟控制以及高速通信。例如,更快、更顺畅地控制机械臂可以提高操作安全性、生产效率、质量和吞吐量。

如需了解更详细内容,请阅读白皮书借助 Sitara™ AM2x MCU 革新实时控制、网络和分析性能

提升实时处理和分析

随着现代工厂自动化程度的提高,对实时数据分析和控制的需求也在增加。很多传统系统通过多个MCU来处理这些不同的功能。高性能MCU,尤其是具有多核架构的MCU,可以通过在单个设备上进行数据处理和实时控制功能来实现更多系统集成。

Sitara AM2x MCU集成了快速数据采集功能和精确的实时控制外设,从而进行高速输入和处理数据。想象一下,一个单独的MCU控制机械臂的电机,还集成了音频、电流和位置传感接口,以提高机器人与人类协作的安全性,这一切都是在没有其他MCU协助下实现的。或者集成音频输入及声音识别和分类的MCU,可提高楼宇安全系统中的边缘智能。通过在单个芯片上实现多种处理能力,高性能 MCU 不仅可以使工业系统更智能,而且更实惠且更易于设计。

简化设计和实现软件复用

MCU的定义特征包括简单的系统设计和软件开发。Sitara AM2x MCU对易于使用的软硬件的期望不会改变,即使MCU性能和集成度变得与处理器更相似。

借助Sitara AM2x MCU,工程师可继续获得以下体验:

·简单的软件开发环境和工具(例如基于实时操作系统的软件),支持跨平台重用,从而减少开发时间和成本。

·高效的实时任务管理和更简单的电源管理架构,可实现更具成本效益的电源管理解决方案。

·经过优化的速度和低延迟功能,这得益于集成型随机存取存储器 (RAM)。

实时传感和响应应用程序(例如PLC)必须处理时间限制的问题,以确保安全和连续运行。这意味着系统需要针对最坏情形下所需的时间进行设计。提供易于使用的软件可帮助您快速有效地设计此类系统。

通过存储器的灵活性优化系统成本

传统MCU具有板载非易失性存储器,例如闪存。但是,从自动化工厂到自动驾驶等应用中不断增加的数据处理需求给存储器的可扩展性带来了难题。此外,更快的中央处理器带来了两个难题:

·系统性能完全依赖闪存速度和性能,尤其是在系统需要进行实时数据读写的情况下。

·受限于当前可以支持非易失性存储器的处理工艺,例如16nm。

基于外部非易失性存储器架构的灵活性,MCU设计工程师可以从中受益。借助Sitara AM2x MCU,您无需更改MCU或重新设计电路板,就能满足不断增长的存储器需求,从而实现更灵活的设计并降低开发成本。AM2x器件的大型板载RAM和简单的软件架构解决了外部存储器的延迟和性能问题。

提高系统功效

传统MCU以低功耗著称,随着应用转向高性能MCU,降低功耗仍然至关重要。电源效率体现在设计师很重视的两个方面:

·每瓦性能(有源功耗效率)。散热超过2W至3W通常会导致传统MCU系统在成本、重量和占用空间方面的问题,尤其是那些需要主动冷却措施(如散热器和风扇)的系统。因此,性能的提高不能与成比例的功耗增加相伴。高性能Sitara AM2x MCU可支持超过5,000 DMIPS/W的性能。

·低功耗(关断)模式。MCU通常在较低占空比的环境中运行,鉴于高性能MCU采用先进工艺节点设计,其漏电流影响高于传统MCU。设计人员需要在电源门控技术和低功耗模式(如睡眠、深度睡眠、关机、仅实时时钟和输入/输出唤醒)方面不断创新。

结束语

高性能MCU让处理器级别的计算性能更加可得,将为设计人员和客户系统开启新的机会。随着应用的不断演变和设计工程师在其系统中充分发挥高性能MCU的潜力,MCU创新者、产品设计人员和消费者都将体验到高性能MCU所带来的好处。

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