mcu
關注創建者：肖飛 創建時間：2016-03-24
mcu的實例教程
在嵌入式設計中實現安全功能似乎是一項艱巨的任務，專門提供安全功能的微控制器 (MCU) 因此應運而生，它們能夠在嵌入式設計之初實現安全功能。這是一件好事，因為毫無疑問，需要一種新型的嵌入式解決方案來保護物聯網 (IoT) 應用。
ABI Research的一項研究估計，去年售出的物聯網設備中不到4%具有嵌入式安全功能。同時，這家市場研究公司預測，到2020年，近25%的網絡攻擊將針對物聯網設備，從而使安全MCU成為熱門話題。
但什么是安全MCU？許多MCU聲稱提供安全功能，但仔細研究卻發現只是吹噓。本文將深入探討定義安全MCU的特征，并詳細介紹具體的特性和功能，以便于將安全MCU與僅宣稱具有保護功能的MCU區分開來。
首先，MCU供應商尋求以額外的安全保護層來補充其基于硬件的安全解決方案，從而增強對軟件漏洞和網絡攻擊的防御能力。
兩個安全MCU實例
隨著在網絡邊緣運行的端點設備的出現，人們需要安全的空中下載 (OTA) 固件更新。
展開 第一部分：MCU是智能汽車的核心零部件
MCU廣泛應用于各行各業
微控制器（Micro-controller Unit，簡稱MCU）是指把中央處理器的規格與規格做適當縮減，并將內存、計數器、模數轉換器（A/D轉換）、異步收發傳輸器（UART）、可編程邏輯控制器（PLC）以及各種輸入輸出結構等整合在單一芯片上，形成芯片級的計算機，被廣泛地應用在消費電子、計算機和通信、工業、汽車電子、物聯網等領域。
圖1 MCU產品示意圖
常用的車用半導體芯片主要分為控制類半導體、功率類半導體和傳感器，MCU一般是用于汽車控制的核心芯片。IC Insight數據顯示，2019年車規級MCU銷售額占MCU總銷售額的39%，預計車規級MCU的需求和用量也將進一步提升。
對于智能汽車來講，車規級MCU的應用范圍將更為廣泛，無論是簡單的駕車操作，比如發動機控制、雨刷器、車窗控制、電動座椅、空調等控制單元，還是到復雜且智能的車載功能，比如車身動力、行車控制、信息娛樂、輔助駕駛等，每一個功能的實現都需要復雜的芯片組和穩定的算法作為支撐。
圖2 汽車MCU分布廣泛
MCU將是"汽車大腦"的重要組成
MCU作為汽車智能大腦，扮演核心的思考、運算、控制的功能，隨著汽車的電子電器架構向集中式演進，MCU不僅需要繼續承擔色彩信息、空間信息等高維數據的采集、轉換和傳送功能，還需要承擔智能決策控制的核心角色，隨著自動駕駛等級的逐步提高，MCU市場有望加速增長。
以自動駕駛車輛的電子控制系統為例。
展開 這其中集成度的提升將會是MCU發展的主旋律，我們認為這會是國產MCU彎道超車的主要著力點。集成度的提升意味著和應用的深度結合。從需求挖掘和產品定義來說，本土MCU廠商最靠近市場和真實應用，占據了絕對的優勢。
時間追溯至2020年的4月份，距上海泰矽微首次公開提出“MCU+”的發展思路已經過去整整一年的時間。一年前半導體行業因受到疫情影響尚未走出陰霾，也固然不存在缺貨現象。但產業發展的趨勢不容改變，后疫情又恰恰起到了促進作用，進一步加速了“MCU+”這一趨勢的形成。
前文中提到的眾多MCU以外的廠商介入MCU業務，大多也是基于集成的需求，比如，電源類芯片需要加協議、加快充；電池管理需要加算法；物聯網類無線通信類芯片需要加應用相關的控制和處理；存儲芯片需要集成智能化算法等等。
總之，目前看到的集中轉向MCU的現象并非當下缺貨潮所致，而是市場在需求側變化的推動下產品形態的自然演繹。這波缺貨潮終將過去，當潮水退去的那一刻，產品競爭力是取決于價格還是產品自身？
上海泰矽微設立之初就直接定位于”MCU+”的發展思路，站在應用角度，基于MCU來定義適合于各垂直市場的高性能專用MCU+／SoC芯片。在這過程中并沒有因為通用MCU暫時的缺貨和爆炒動搖過產品方向的決心。
經過一段時間的封閉開發，多個“MCU+”系列芯片逐漸從開發到流片再到工程，進入量產。產品涉及信號鏈、電源管理、電池管理、無線通信等技術領域。覆蓋消費類、工業及汽車等相關應用。
展開 03
MCU的分類
按用途分類
通用型：將可開發的資源（ROM、RAM、I/O、 EPROM）等全部提供給用戶。
專用型：其硬件及指令是按照某種特定用途而設計，例如錄音機機芯控制器、打印機控制器、電機控制器等。
按其基本操作處理的數據位數分類
根據總線或數據暫存器的寬度，單片機又分為1位、4位、8位、16位、32位甚至64位單片機。
8位MCU工作頻率在16~50MHz之間，強調簡單效能、低成本應用，在目前MCU市場總值仍有一定地位，而不少MCU業者也持續為8bit MCU開發頻率調節的節能設計，以因應綠色時代的產品開發需求。
16位MCU則以16位運算、16/24位尋址能力及頻率在24~100MHz為主流規格，部分16bit MCU額外提供32位加/減/乘/除的特殊指令。由于32bit MCU出現并持續降價及8bit MCU簡單耐用又便宜的低價優勢下，夾在中間的16bit MCU市場不斷被擠壓，成為出貨比例中最低的產品。
32位MCU可說是MCU市場主流，工作頻率大多在100~350MHz之間，執行效能更佳，應用類型也相當多元。但32位MCU會因為操作數與內存長度的增加，相同功能的程序代碼長度較8/16bit MCU增加30~40%，這導致內嵌OTP/FlashROM內存容量不能太小，而芯片對外腳位數量暴增，進一步局限32bit MCU的成本縮減能力。
展開 ▲MCU信號鏈
MCU由Intel率先提出，經過4位、8位、16位、32位乃至64位MCU迭代更新，已廣泛應用于多種場景。目前市場上以8位和32位MCU為主，未來隨著產品性能要求的不斷提高，32位MCU的市場規模將進一步擴大。而在國內，現階段8位、32位MCU企業居多，未來企業加大研發投入，將進一步實現MCU的國產替代。
目前市場的MCU以8位和32位為主。其中8位MCU憑借超低成本、設計簡單等優勢，活躍于市場，特別是中國市場。
由于32位MCU出現并持續降價及8位MCU簡單耐用又便宜的低價優勢下，夾在中間的16位MCU市場不斷被擠壓，成為出貨比例中最低的產品。
▲MCU位數及其應用場景
目前市場上主流的MCU中央處理器，包括由Intel開發MCS-51內核、由英國公司ARMHoldinds開發的ARM Cortex-M內核、由Motorola開發的6800內核、由MIPSTechnologies, Inc.開發的MIPS內核、由Atmel公司開發的AVR內核、由MicrochipTechnologies公司開發PIC內核、由加利福尼亞大學伯克利分校開發的RISC-V內核。
▲MCU常見中央處理器
據2020中國通用微控制器市場簡報：市場上MCU，32位占比54%、8位占比43%；RISC指令集的MCU占比76%，CISC指令集的MCU占比24%；通用型MCU為主，占比73%；市場上MCU內核類型以ARM Cortex、8051和RISC-V為主，分別占比52%、22%和2%。
02.
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數字輸出與接口傳感器直接輸出數字信號（如單總線、I2C或SPI接口），兼容微處理器（MCU）。MCU通過高頻采樣計算方波占空比或讀取寄存器值，即可獲取溫度數據。
工采網代理的MTS4X-OW是數字模擬混合信號溫度傳感芯片，較高測溫精度±0.1℃，用戶無需進行校準。
人機交互、操作系統、聲學技術等技術產品</p>
<p style="margin-top: 20px; margin-bottom: 20px; border: 0px;"><span style="font-weight: 700; margin: 0px; padding: 0px; border: 0px;">3、汽車計算平臺與芯片：</span>包含中央計算平臺、域控制器及 SoC、MCU
晶圓制造及封裝：晶圓制造、SiP 封裝、硅晶圓及IC封裝載板、印制電路板、封裝基板和設備及組裝和測試等、封裝設計、測試、設備與應用制造與封測、EDA、MCU、印制電路板、封裝基板半導體材料與設備等。
集成電路制造技術：晶圓制造/代工、模擬集成電路、數/?；旌霞呻娐?；相關微處理器、存儲器、FPGA、分立器件、光電器件、功率器件、傳感器件等技術器件；集成電路終端產品。
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MCU 導入工具：支持將任意 MCU 芯片適配包一鍵導入，自動適配，無需手動編寫底層驅動，可直接用于低代碼開發。
▌外設掛載導入工具：支持將傳感器、通訊接口、人機交互模塊等各類外設，一鍵轉化為平臺可識別的標準化圖形化組件，無需從零編寫驅動與適配代碼，即可直接融入低代碼開發流程。
這種自主導入模式，可幫助企業擺脫“一次適配、一次開發”的重復工作。
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MCU 導入工具：支持將任意 MCU 芯片適配包一鍵導入，自動適配，無需手動編寫底層驅動，可直接用于低代碼開發。
▌外設掛載導入工具：支持將傳感器、通訊接口、人機交互模塊等各類外設，一鍵轉化為平臺可識別的標準化圖形化組件，無需從零編寫驅動與適配代碼，即可直接融入低代碼開發流程。
這種自主導入模式，可幫助企業擺脫“一次適配、一次開發”的重復工作。
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MCU 導入工具：支持將任意 MCU 芯片適配包一鍵導入，自動適配，無需手動編寫底層驅動，可直接用于低代碼開發。
▌外設掛載導入工具：支持將傳感器、通訊接口、人機交互模塊等各類外設，一鍵轉化為平臺可識別的標準化圖形化組件，無需從零編寫驅動與適配代碼，即可直接融入低代碼開發流程。
這種自主導入模式，可幫助企業擺脫“一次適配、一次開發”的重復工作。
振動與舒適性 (NVH)、 發動機及排氣分析、第三方測試、汽車制造在線檢測、零部件檢測、自動化測試等等；
6、 汽車內外飾技術：內外飾零部件總成（設計、車燈系統、座椅系統、天窗、音響系統、扶手、方向盤、后視鏡、前后保險杠總成、注塑件、氛圍燈等）、內飾材料、膠粘劑、膠帶、粘接及密封產品、內外飾加工設備等；
7、汽車計算平臺與芯片：包含中央計算平臺、域控制器及 SoC、MCU
汽車芯片/半導體：主控芯片(SoC)、MCU、GPU、FPGA、AI芯片、功率半導體(IGBT/SiC)、傳感器芯片、存儲芯片。
2. 軟件定義汽車與操作系統 (Software-Defined Vehicle & OS)
車載操作系統： QNX、Linux、Android、RTOS、車規級微內核操作系統。
FIFO緩沖區：支持多通道數據緩存，減少MCU讀取次數
中斷引腳：可配置閾值中斷與持續事件計數，防誤觸發
硬件級頻閃檢測與抑制：
頻閃檢測范圍覆蓋 50Hz 至 1kHz，可有效應對 LED、熒光燈等光源的閃爍干擾。
內置硬件算法，自動識別100Hz（對應50Hz市電）與120Hz（對應60Hz市電）頻閃。
串行數據通過三線串行接口輸入到 VK1616，采用SOP16/DIP16 的封裝形式
VK1618 ---是帶鍵盤掃描接口的 LED 驅動控制專用電路，內部集成有 MCU 數字接口、數據鎖存器、鍵盤掃描等電路。
