MCU设计的四个重要方面介绍

MCU设计的四个重要方面介绍MCU的设计重点有四：安全感、丰富的连接性、低功耗和可靠性。如果能在IP阶段融入这几个关键要素，则对下游的MCU厂商来说，就可以省下不少的设计麻烦。同时，中国的MCU市场相对于全球，也会有一些特殊的特色需求。日前，安谋中国（Arm中国）推出了其首款星辰（STAR）处理器IP，安谋中国产品研发副总裁刘澍为我们介绍了其具体情况。并邀请到灵动微电子和全志科技的两位发言人从应用和中国市场的角度谈论了这款IP是否符合他们的潜在需求。刘澍介绍说，星辰处理器是安谋中国对IoT应用处理器系列产品的品牌命名。现在发布的STAR-MC1处理器是它的第一个产品。“目前，这款处理器已经有很多的客户进行了采用，并且已经取得了一些流片，可能会有部分客户立刻进入量产的阶段。”刘澍表示，“从去年9月份，安谋中国对Arm的核心架构进行了升级，加入了一个定制化的指令集。在今年6月30日，STAR-MC1发布了第二个版本，也是我们最终的版本，它支持了现在Armv8-M架构里所有的特点和最新的指令扩展。”“从Armv6开始到v7架构增加了更多的处理能力，包括SMID和DSP指令扩展以及浮点协处理器扩展，而使得处理能力不断得到提升。到了Armv8-M的架构里，除了所有的特色被继承下来以后，还进一步拓展了重要的TrustZone安全性。在未来的智能物联网设备里，无论是生活还是工业生产、汽车电子等领域，安全性将会是下一个重点。因此，安谋中国也把搭载在手机AP里的安全技术引入到了这一面向IoT的微处理器里，进一步从一个生态可集成的角度来发展微处理器的安全技术。”安谋中国为合作伙伴在Armv8-M的结构里植入了两个用于定制化扩展的重要特色：第一，协处理器接口。对一个通用的处理器来说，很重要的一点是能在一些细分市场里突出一些特点。比如想加入一些FFT的加速，或者是加入某些编解码的加速，这些加速可以通过接入一个协处理器快速完成，因此星辰处理器在Arm架构上扩展了协处理器接口。第二，加入了用户可定制化指令集的拓展。在新的Arm处理器中，客户可以自己定制自己的指令集。这样一方面可以把所需要的有特色的操作固化在CPU的流水线里面，提供非常高效的执行效率。同时也能对客户的知识产权做到很好的保护和差异化。STAR-MC1是非常紧耦合的高效的微处理器结构，它的性能达到了1.5DMIPS、4.02Coremark/MHz的高性能水准，同时继承了v7和v8结构的DSP指令和浮点指令计算单元。这些新的结构体系的升级使得它可以提供跟上一代的Arm处理器相比，在同一主频下有20%的性能提升。此外，它还将A级别处理器的TrustZone安全方案（可以将运行环境隔离成安全区和非安全区）引入到了Armv8-M处理器中。STAR-MC1的创新性在于把整个Cache的结构引入到M级别的处理器里，这个特色可以充分提高系统级的性能和效率。“有很多处理器数据的读取都要通过到总线或者是到外存去读取，对系统的效率和功耗是一个很大的浪费。在以前的微处理器里，大家为了节省面积或者说一定的成本，没有使用缓存技术。”刘澍说，“在STAR-MC1里面，我们秉承着继续进一步降低功耗和面积，同时提升整个系统效率的思路，把缓存的技术引入到设计中。”“这个可定制化指令集的特色是全球同步首发。从去年下半年Arm提出了Armv8-M架构的更新以后，安谋中国的团队是第一个对新的架构进行实现，把它放在了STAR-MC1里面。在今年6月30号，我们是全球第一个推出新的指令扩展的处理器，和Arm的剑桥团队几乎同时推出，表明了我们的CPU设计的技术和速度也是全球领先的。”到目前为止，星辰处理器已经有30个授权客户，这些授权客户里有21个客户已经有项目进行集成、设计，其中有7个项目已经流片。其应用领域也非常丰富，包括了通用的MCU、互联芯片、系统控制、汽车电子、存储、定位、传感器控制等领域。此外，在工具链的IDE环境上，无论是从Arm的DS工具开始到KeilMDK还是IAR和Lauterbach，安谋中国都充分开放了不同的生态系统给不同的工具链进行集成。操作系统上，除了主流的操作系统，像MbedOS、FreeRTOS等等，只要是支持了ArmCortexv8-M的实时操作系统也都可以支持。此外，在编译器和仿真器方面，GCC、ArmCompiler，IARCompiler以及Arm自己的ULINKPRO、ULINK2和DSTEAM的仿真器以及SEGGER:JLINK仿真器也都完全支持。MCU四个重要方面灵动微电子董事长兼总经理吴忠洁重点介绍了MCU的四个重要方面：第一是要给用户提供可靠的安全感。这个安全感又可以分四个层次来讲：第一，是产品的可靠性、安全性要得到很大的提高；第二，是要在供应链产能紧张的情况下也要给客户带来产品稳定供货的保证；第三，是要考虑到产品被破译的可能性——产品容易被破译会导致用户的流失，所以对产品的加密手段和被破译难度也是需要重点考虑的一个维度；第四，是应用层面的安全。“整体来说，安全性是我们认为MCU最重要的一点。很多产品卖不出去的原因，是很多人在MCU上投入了很多精力，做出了一个方案之后就被别人破译了，导致了很多方案商遭受了很大的损失。”吴忠洁介绍说。第二，要有丰富的连接性。无论是输入接口、模拟接口还是射频接口，都需要带有——未来物联网对射频的需求将会越来越多，包括对蓝牙、WiFi、Zigbee甚至sub-G或者是433M射频的传输要求也会越来越多。第三是低功耗。当下我们所用的手持电源或者太阳能电池的方案，由于MCU是主控，所以对低功耗的要求越来越重要。第四是可靠性。这包括了电学的方方面面，包括静电保护、闩锁效应、浪涌、脉冲干扰等等。“目前国内的MCU只进入了小家电和一些大家电的面板控制，基本还没有进入大家电中的电调部分，最主要的原因还是可靠性。包括今天MCU在消费类上，国内是有一些市场，但在工控、大的家电以及在汽车电子上没有大的发展，原因就是在可靠性方面。所以我们认为这四个方面对MCU来说是未来很重要的要求。灵动也在这四个方面加大了投入。”吴忠洁透露。IoT芯片设计看重星辰处理器的原因全志科技模拟互联事业部研发副总裁潘攀介绍了该公司最新发布的IoT芯片XR806，以及为什么看重星辰处理器。他介绍说，XR806是基于安谋中国星辰处理器开发的一款低功耗、高性能、安全的IoT芯片，支持WiFi和蓝牙5.0的协议，能满足智慧家居对各种复杂场景的连接需求。全志科技看重星辰处理器有三个方面：第一是基于Armv8-M架构有更高的性能和能效比，第二是Arm环境的支持，第三是浮点和定点运算的DSPLPA单元。此外，XR806这个产品在看重星辰的特点上又有三个方面：第一是Armv8-M的架构，第二是TrustZone的安全机制，第三是浮点和定点运算单元。“尤其是关于安全架构这个方面，TrustZone机制，尤其是关于硬件安全区域和非安全区域的隔离方面，相比以前大家做安全的时候用软件去实现有更好的机制，尤其对可信的应用程序能做到分开，防止恶意软件的篡改，这是很多客户做IoT