DSC打破固有架構(gòu)，變身雙核為工業(yè)控制“解憂”

在數(shù)字信號(hào)控制領(lǐng)域，單核似乎越來(lái)越難以滿足客戶設(shè)計(jì)的需求，尤其是對(duì)于那些集成來(lái)自多個(gè)團(tuán)隊(duì)的軟件，其中一個(gè)團(tuán)隊(duì)專(zhuān)注于時(shí)間關(guān)鍵型控制代碼，其他團(tuán)隊(duì)則專(zhuān)注于開(kāi)發(fā)其他應(yīng)用的情況。單核數(shù)字信號(hào)處理器難以應(yīng)付兩個(gè)團(tuán)隊(duì)的整合需求，多核似乎是一個(gè)不錯(cuò)的解決方案，有些數(shù)字信號(hào)控制器（DSC）設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)多年前就開(kāi)始探索多核異構(gòu)解決方案，Microchip?最近帶來(lái)了一款全新數(shù)字信號(hào)控制器 dsPIC33CH，該控制器采用單芯片、雙 dsPIC DSC 內(nèi)核配置，這將為設(shè)計(jì)高端嵌入式控制應(yīng)用的開(kāi)發(fā)者帶來(lái)諸多便利。

Microchip 的 MCU16 業(yè)務(wù)部副總裁 Joe Thomsen 介紹，“dsPIC33CH 的兩個(gè)內(nèi)核一個(gè)是主核，一個(gè)是副核。副核用于執(zhí)行時(shí)間關(guān)鍵型專(zhuān)用控制代碼，主核負(fù)責(zé)運(yùn)行用戶接口、系統(tǒng)監(jiān)控和通信功能，專(zhuān)為終端應(yīng)用量身定做。dsPIC33CH 還進(jìn)行了特別設(shè)計(jì)，從而允許不同的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)分別為每個(gè)內(nèi)核單獨(dú)開(kāi)發(fā)代碼，并將兩個(gè)內(nèi)核無(wú)縫集成到一個(gè)芯片中。我們打造了這款雙核產(chǎn)品來(lái)簡(jiǎn)化軟件集成并優(yōu)化需要大量數(shù)學(xué)運(yùn)算的應(yīng)用性能?！?/p>

dsPIC33CH128MP508 高級(jí)框圖

以工業(yè)用風(fēng)扇為例，傳統(tǒng)架構(gòu)需要三顆芯片分別控制風(fēng)扇、壓縮機(jī)和功率因數(shù)校正，而使用 dsPIC33CH 系列控制器，主內(nèi)核負(fù)責(zé)功率因數(shù)校正，從內(nèi)核負(fù)責(zé)風(fēng)扇和壓縮機(jī)控制，一個(gè)芯片可以實(shí)現(xiàn)三項(xiàng)功能控制，從而節(jié)約了物料和設(shè)計(jì)成本。

左：Microchip 的 MCU16 業(yè)務(wù)部副總裁 Joe Thomsen；
右：Microchip MCU32 產(chǎn)品部副總裁 Rod Drake

主從內(nèi)核獨(dú)立設(shè)計(jì)，無(wú)縫集成
數(shù)字電源、電機(jī)控制和高性能嵌入式是是工業(yè)控制的三類(lèi)重要應(yīng)用，因此 dsPIC33CH 系列針對(duì)這三類(lèi)應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，這包括無(wú)線電源、服務(wù)器電源、無(wú)人機(jī)和汽車(chē)傳感器。Joe Thomsen 解釋?zhuān)耙詳?shù)字電源中為例，其中從內(nèi)核負(fù)責(zé)管理需要大量數(shù)學(xué)運(yùn)算的算法，而主內(nèi)核獨(dú)立管理 PMBus 協(xié)議棧，并提供系統(tǒng)監(jiān)控功能，從而提高整體系統(tǒng)性能和響應(yīng)能力。在一款器件中將全部工作負(fù)載分配到兩個(gè) DSC 內(nèi)核中通過(guò)提高切換頻率可以實(shí)現(xiàn)更高的功率密度，縮小組件大小。dsPIC33CH 系列專(zhuān)為實(shí)時(shí)更新系統(tǒng)而設(shè)計(jì)，這對(duì)于必須在零停機(jī)時(shí)間下進(jìn)行固件更新的電源尤為重要?！?/p>

如圖上圖所示，主內(nèi)核配有更多的通信外設(shè)，從內(nèi)核配有更多模擬外設(shè)和 PWM。雙核的配合也大大提高了 CPU 性能的價(jià)值，針對(duì)數(shù)字電源應(yīng)用，較高的開(kāi)關(guān)頻率可以實(shí)現(xiàn)較高的功率密度；自適應(yīng)算法可以在各種不同的負(fù)載條件下提高效率，非線性和預(yù)測(cè)性算法改善了對(duì)瞬態(tài)條件的動(dòng)態(tài)響應(yīng)；針對(duì)電機(jī)控制，通過(guò)一臺(tái) DSC 控制多臺(tái)電機(jī)，降低了成本，滿足某些應(yīng)用電機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò) 100k RPM 的需求，接近零 RPM 時(shí)具有高轉(zhuǎn)矩；針對(duì)高性能嵌入式應(yīng)用，通過(guò)更復(fù)雜的實(shí)時(shí)濾波提升傳感器性能。

sPIC33CH 系列提供前所未有的集成度，雖然封裝只有 5 x 5 mm 大小，卻包含了 CAN-FD 通信等功能。為了降低系統(tǒng)成本和電路板尺寸，每個(gè)內(nèi)核均提供高級(jí)外設(shè)，包括高速 ADC、具備波形生成功能的 DAC、模擬比較器，模擬可編程增益放大器和高分辨率脈寬調(diào)制（PWM）硬件。 雙內(nèi)核搭配專(zhuān)用外設(shè)可以對(duì)內(nèi)核進(jìn)行編程，使之相互監(jiān)控，從而確保功能安全，促進(jìn)穩(wěn)健的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

SAM L10/11：解決物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的安全和功耗雙重問(wèn)題
在推出 dsPIC33CH 系列 DSC 的同時(shí)，Microchip 還推出了兩款基于 Arm Cortex-M23 內(nèi)核的 MCU SAM L10/11，這兩款產(chǎn)品最大的特點(diǎn)就是確保物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品對(duì)高安全性和低功耗的需求。在功耗方面，兩個(gè) MCU 系列均提供業(yè)內(nèi)最低的功效，同時(shí)具備電容式觸摸功能以及一流的耐水性和抗擾性。在進(jìn)行功耗基準(zhǔn)測(cè)試時(shí)，SAM L10 獲得了 ULPMark 405 分的高分，超過(guò)由 EEMBC（嵌入式微處理器基準(zhǔn)評(píng)測(cè)協(xié)會(huì)）認(rèn)證的性能最接近的競(jìng)品 200%。Microchip 利用享有專(zhuān)利的 picoPower 技術(shù)，在工作模式和所有休眠模式下提供行業(yè)領(lǐng)先的低功耗。

安全性能對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備尤為重要，SAM L11 提供適用于 Armv8-M 的 Arm TrustZone，這一可編程環(huán)境可以在認(rèn)證庫(kù)（certified libraries）、IP 和應(yīng)用代碼之間提供硬件隔離。關(guān)于為什么選擇了 Cortex-M23，Microchip MCU32 產(chǎn)品部副總裁 Rod Drake 解釋?zhuān)霸蚓褪?Cortex-M23 可以提供 Arm TrustZone，同時(shí)我們?cè)?TrustZone 的基礎(chǔ)上加入芯片級(jí)的抗干擾、安全啟動(dòng)和安全密鑰存儲(chǔ)技術(shù)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健的安全性，結(jié)合 TrustZone 技術(shù)可以保護(hù)客戶應(yīng)用免受遠(yuǎn)程攻擊和物理攻擊?！?/p>

由上圖所示，Arm TrustZone 負(fù)責(zé)左上角的軟件攻擊部分，其余三部分是 Microchip 增加的部分。除了 TrustZone 技術(shù)之外，SAM L11 的安全功能還包括支持高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)（AES）、伽羅瓦計(jì)數(shù)器模式（GCM）和安全散列算法（SHA）的板載密碼模塊。具備篡改檢測(cè)功能的安全啟動(dòng)和安全密鑰存儲(chǔ)技術(shù)建立了硬件信任根。它還提供用于安全固件升級(jí)的安全自舉程序。Microchip 與 Trustonic（Microchip 的安全設(shè)計(jì)合作伙伴計(jì)劃成員）共同提供完善的安全解決方案框架，可簡(jiǎn)化安全措施的實(shí)施，讓客戶能夠更快推出最終產(chǎn)品。Microchip 還與 Secure Thingz 和 Data I/O Corporation 合作，為擁有可靠安全框架的 SAM L11 客戶提供安全配置服務(wù)。

市面上針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)安全的產(chǎn)品數(shù)不勝數(shù)，Microchip 想要脫穎而出還需要有特別的優(yōu)勢(shì)，關(guān)于這一點(diǎn)，Rod Drake 比較自信，“首先，我們是目前市面上唯一一個(gè)內(nèi)核采用 M23 的廠商；第二，我們有整套加密模塊保證安全性；第三，我們有一整套關(guān)于物理侵入方面的解決方案?！?/p>

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