微控制器

<strong><font color="#FF0000">作者：Benjamin Bucklin Brown</font> </strong>

<strong>摘要</strong>

许多嵌入式系统部署在操作人员难以或无法接近的地方。物联网(IoT)应用尤其如此，这些应用通常大量部署并且电池寿命有限。实例包括监控人员或机器健康状况的嵌入式系统。这些挑战加上快速迭代的软件生命周期，导致许多系统需要支持无线(OTA)更新。OTA更新用新软件替换嵌入式系统的微控制器或微处理器上的软件。虽然很多人非常熟悉移动设备上的OTA更新，但在资源受限的系统上设计和实施会带来许多不同的挑战。本文将介绍针对OTA更新的若干不同软件设计，并讨论其优缺点。我们将了解OTA更新软件如何利用两款超低功耗微控制器的硬件特性。

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目前，在许多需要在本地进行数据分析的“永远在线”的物联网边缘设备中，神经网络正在变得越来越普及，主要是因为可以有效地同时减少数据传输导致的延时和功耗。 而谈到针对物联网边缘设备上的神经网络，我们自然会想到Arm Cortex-M系列处理器内核，那么如果您想要强化它的性能并且减少内存消耗，CMSIS-NN就是您最好的选择。基于CMSIS-NN内核的神经网络推理运算，对于运行时间/吞吐量将会有4.6X的提升，而对于能效将有4.9X的提升。

CMSIS-NN库包含两个部分： NNFunction和NNSupportFunctions。 NNFunction包含实现通常神经网络层类型的函数，比如卷积（convolution），深度可分离卷积（depthwise separable convolution），全连接（即内积inner-product）, 池化（pooling）和激活（activation）这些函数被应用程序代码用来实现神经网络推理应用。 内核API也保持简单，因此可以轻松地重定向到任何机器学习框架。NNSupport函数包括不同的实用函数，如NNFunctions中使用的数据转换和激活功能表。 这些实用函数也可以被应用代码用来构造更复杂的NN模块，例如， 长期短时记忆（LSTM）或门控循环单元（GRU）。

微控制器是将微型计算机的主要部分集成在一个芯片上的单芯片微型计算机。微控制器诞生于20世纪70年代中期，经过20多年的发展，其成本越来越低，而性能越来越强大，这使其应用已经无处不在，遍及各个领域。例如电机控制、条码阅读器/扫描器、消费类电子、游戏设备、电话、HVAC、楼宇安全与门禁控制、工业控制与自动化和白色家电（洗衣机、微波炉）等。

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<strong>微控制器的作用</strong>

在工业应用中，微控制器的作用是控制和协调整个设备的动作，通常需要程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、指令译码器（ID）、定时与控制电路，以及脉冲源、中断等共同完成。

在物联网(IoT)的推动下，业界对各种电池供电设备产生了巨大需求。这反过来又使业界对微控制器和其他系统级器件的能源效率要求不断提高。因此，超低功耗(ULP)已成为一个过度使用的营销术语，特别是用于描述微控制器时。作为理解ULP背后真正意义的第一步，应考虑其各种含义。在某些情况下，当电源严重受限时（例如能量收集），应用要求最低工作电流。或者，当系统大部分时间处于待机或睡眠模式，不常醒来（定期或异步）处理任务时，应用要求最低睡眠模式电流。此外，ULP也意味着能源效率，大多数工作是在有限时间内进行的。总体而言，电池供电设备基于一组权衡考虑，综合使用这些要求。

当然，ULP也是一个见仁见智并与功能相关的问题。例如，我们一般将工作模式电流在30 μA/MHz至40 μA/MHz范围、关断电流在50 nA到70 nA的微控制器单元(MCU)视为ULP。然而，能否将微控制器划归超低功耗类涉及到复杂的特性组合，包括架构、SoC设计、工艺技术、智能外设和深度睡眠模式。本文将考察ADI公司的两款微控制器，以帮助大家了解如何在此背景下解读超低功耗的真正意 义。我们还会讨论 EEMBC联盟的认证机制，它确保了得分的准确性，可帮助系统开发人员为其解决方案选择最合适的微控制器。

<strong>测量和优化超低功耗</strong>

瑞萨电子株式会社（TSE：6723）今日宣布，扩展其广受欢迎的RX65N/RX651微控制器（MCU）系列产品，以满足工业自动化、楼宇自动化和智能表计系统更高的安全需求。扩展的微控制器集成了Trusted Secure IP（TSIP），以及用于工业和网络控制系统的增强型可靠闪存功能和人机界面（HMI）。

瑞萨电子高端MCU事业部高级总监Tim Burgess表示：“工业控制系统开发人员在选用产品时，对安全性、可靠性和连接性的重视程度已与高性能和高质量相当。扩展的RX65N/RX651 MCU系列为工业系统制造商提供了工业系统运行所需的高可靠性、高能效和强化的连接性，同时为连接需求日益增强的环境中的边缘设备提供了更强的安全性和连接性。”

随着在工业物联网（IIoT）边缘运行的设备不断增多，系统制造商对网络连接安全性和可靠性的需求越来越高，包括安全的移动固件更新。扩展的 RX65N/RX651 系列产品可满足此类不断提高的安全性和可重复编程的需求，提供集成的TSIP、增强的闪存保护和其它先进技术，以创建一个优于市场同类解决方案，并通过加密算法验证程序 (CAVP) 认证的安全和稳定的集成解决方案。反过来, 这些安全技术的升级也可以通过安全的网络通信实现现场无缝闪存固件更新。

瑞萨电子株式会社（TSE：6723）的子公司瑞萨电子（中国）有限公司（以下简称“瑞萨电子”）宣布推出R7F0C205L、R7F0C206L、R7F0C206M、R7F0C207M和R7F0C208M等5款新产品，扩充其16位微控制器（MCU）产品线，进一步加强对触控式家电设备、智能楼宇、工业自动化和便携式设备应用的开发支持。嵌入式开发人员可以利用新产品在单芯片上同时集成用户界面（包括电容触控键、LED和LCD）和系统控制功能。

该新款MCU继承了RL78系列产品业界领先的低功耗和卓越的电磁兼容性（EMC）等强大性能。电容式触控应用的开发人员能以超低功耗、极低成本利用瑞萨电子最先进的第二代电容式触控技术。此外，嵌入式LCD和LED直接驱动功能，支持多样化的产品设计，并在整个产品线上规范了开发人员MCU平台。MCU还集成了用于驱动LED和LCD的高电流端口，可优化具有LED和LCD显示器的电容式触摸按键应用。 新型MCU是瑞萨电子首款在单芯片上支持LCD和LED直接驱动的16位触控式MCU。该新品将以包括MCU、Workbench和图形用户界面（GUI）工具（HMI代码生成器）的解决方案交付，相关评估板和评估套件将另行提供。

<strong>新型电容触控 MCU的主要特性：</strong>