账号:
密码:
CTIMES / 文章 /   
高效能MCU促进产业快速改变
颠覆即时控制、网路与分析性能

【作者: VC Kumar】2021年09月03日 星期五

浏览人次:【1149】
  

本文探讨如何经由高效能微控制器(MCU)突破传统既有的功能限制,以满足即时控制、网路和分析的需求,协助设计工程师应对当前和未来系统挑战。


自动化工厂和智慧型汽车的进步需要更先进的网路功能、即时处理、边缘分析和马达控制拓扑。这些实例说明了高效能微控制器(MCU)能符合产业快速进步的需求,而这种微控制器也超越了传统MCU,可以提供类似处理器的功能。本文介绍五种高效能SitaraTM AM2x MCU协助设计工程师应对当前和未来系统挑战的方式,如图1所示。



图1 : Sitara AM2x高效能MCU的特色(source:TI)
图1 : Sitara AM2x高效能MCU的特色(source:TI)

实现最隹化性能

近期的MCU在记忆体大小、类比功能整合和低功耗方面都有明显的进步。但在许多应用中,快速处理大量即时控制和感测器数据的能力同样重要。在自动化工厂中,可程式化逻辑控制器(PLC)和机器人马达控制系统的处理要求,已经从每核心大约100 MHz提高到400 MHz以上,而且在未来三到五年间可能达到1 GHz以上。


当面对下列要求时,更需要高效能MCU的处理能力,包括:


· 日渐增加的工业通讯,因为生产机台和中央数据系统会透过各种协议分享大量数据。


· 透过边缘分析进行预测性维修,维持工厂稳定运转。


Sitara AM2x MCU透过提高每个MCU的内核时钟,以及在同一晶片上整合多个MCU核心,实现更好的性能要求。AM2434具备四个各自以800 MHz运作的核心,与传统MCU相比,它能在工厂进行更快、更复杂的数据处理,及更低延迟的控制和高速通讯。举例来说,如果能更快、更平稳地控制机械手臂,就能提高运作安全、生产效率、品质和产能。


改善即时运作与分析

高性能MCU在现代工厂中发挥的作用?正如链条的强度取决於其最薄弱的环节,模拟世界和数位世界之间的联系也取决於其最薄弱的环节,在该链中,MCU是一个经常被忽视的元素。


随着现代化工厂的自动化程度提高,对於即时数据分析和控制的需求也与日俱增。许多传统系统藉由多个MCU分别处理不同的功能。高效能MCU,尤其是具有多核架构的MCU,可以透过在单一设备上管理数据处理和即时控制功能,实现高度整合的系统。


Sitara AM2x MCU整合了快速资料采集功能和精确的即时控制周边设备,能够高速输入和处理数据。想像一下,不需额外的MCU,就可在单一MCU上控制机械手臂马达,透过整合音讯、电流和位置感测介面,提高机器人与人类合作的安全性;或透过一颗整合音讯输入、声音辨识和分类的MCU,能够提高建筑物安全系统中的边缘智能。高效能MCU透过在单一晶片上实现多种处理能力,不仅让工业系统变得更聪明,更易於设计,也让价格变得更实惠。


简化设计,实现软体重复使用

界定MCU的特徵,包括简单的系统设计和软体开发。即使MCU性能和整合程度变得与处理器更接近,对易於使用的硬体和软体期??依然不会改变。


藉由Sitara AM2x MCU,工程师可体验到:


· 简单的软体开发环境和工具(例如基於即时操作系统的软体),支援跨平台重复使用,从而减少开发时间和成本。


· 高效率的即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。


· 最隹化的速度和低延迟功能,归功於整合的随机存取记忆体(RAM)。



图2 : Sitara AM2x MCU系列?AM2434方块图(source:TI)
图2 : Sitara AM2x MCU系列?AM2434方块图(source:TI)

即时感测和反应应用(例如PLC)必须处理时间限制,以确保安全和连续运作。这代表系统需要针对在最坏情况下的时序进行设计。提供简单易用的软体,可协助快速有效地设计此类系统。


透过灵活的记忆体配置实现系统成本最隹化

传统MCU具有内建非挥发性记忆体,例如快闪记忆体。但是随着自动化工厂到自动驾驶等应用范围的数据处理需求不断增加,记忆体容量面临到了扩充的难题。此外,对於更快速的中央处理器,产生下列的两项挑战:


· 在系统需要即时写入记忆体的情况下,只能完全依赖快闪记忆体速度和性能。


· 受限於非挥发性记忆体,无法支援更先进的制程节点,例如16 nm。


改用外部非挥发性记忆体架构後,MCU工程师可以从中取得更好的灵活性。藉由高效能MCU,无需更换MCU或重新设计电路板,即可满足不断增长的记忆体需求,从而实现更灵活的设计并降低开发成本。AM2x的大型内建RAM和简单的软体架构解决了外部记忆体的延迟和性能问题。


提升电源效率

传统MCU以低功耗着称,因此随着应用转换成高效能MCU,降低功耗变得十分重要。电源效率凸显了设计师重视的两个面向:


· 每瓦性能(有效功耗效率):超过2 W至3 W的散热增加通常会导致传统MCU系统的成本、重量和板上配置问题,尤其是那些需要主动冷却措施(例如散热器和风扇)的系统。因此,性能的提高不能与成比例的功耗并存。高效能Sitara AM2x MCU可支援超过5,000 DMIPS/W 的性能。


· 低功耗(关机)模式:MCU通常在较低工作周期的环境中运行,监於高效能MCU采用先进制程节点设计,其漏电流影响高於传统MCU。设计人员需要在电源闸控技术和低功耗模式(例如睡眠、深度睡眠、关机、即时时钟和输入/输出唤醒)方面不断创新。


结论

高效能MCU使处理器级运算变得更普及,为设计人员和系统翻开了新的一页。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效能MCU的潜力,MCU创新者、产品设计师和消费者都将能完整体验新功能的益处。


(本文作者VC Kumar任职於德州仪器)


[延伸阅读]工业自动化的三大关键技术支柱

1.即时控制


因为每一奈秒都很重要,当需要即时控制的系统时,既需要原始处理能力,又需要在所需的确切时间控制讯号的能力。精确的模拟讯号控制是将改进控制算法的收益,转化为更可靠的马达驱动和更高效的电动汽车的关键。这些改进算法的处理需求已经超过了传统MCU的能力。


2.工业网路


工厂对不同类型数据交换的需求,导致了多种多协议工业乙太网标准的快速采用,以实现机器之间的即时通讯。这种连接已成为实现系统性能、安全性和可靠性的目标收益所必需的。系统设计人员正在寻找与许多不同协议标准兼容的网路整合解决方案,并且可以高达1 Gbps的速度运行。


3.边缘分析


正如系统范围内的连接支持即时通讯一样,机器学习算法的改进也支持本地优化,其中每台机器或节点都可以采取行动,而无需等待集中决策。边缘处理显着缩短了响应时间,从而实现人机之间更好、更安全的协作。


相关文章
八位元MCU的创新变革与应用
ST:支付技术发展迅速 使用者渴??新的支付体验
运用软硬体整合成效保护网路设备安全
运用单对乙太网路於影片监视设施应用
汽车动力总成的功能与网路安全三大考量
comments powered by Disqus
相关讨论
  相关新品
mbed
原厂/品牌:RS
供应商:RS
產品類別:
Arduino
原厂/品牌:RS
供应商:RS
產品類別:
Raspberry Pi
原厂/品牌:RS
供应商:RS
產品類別:
  相关新闻
» 【新闻十日谈】你也可以上太空,全民疯卫星时代来临!
» 台湾新创 CloudMile 万里云新加坡总部开幕 看好东南亚 AI 商机
» R&S和Vector Informatik针对汽车雷达硬体??路验证展开合作
» 高通:5G数据上传速度即将大跃进
» 永续驱动创新 科思创让循环经济走入生活
  相关产品
» 意法半导体推出新STM32WB无线MCU开发工具和软体
» 瑞萨推出EFT高抗扰度的5V RS-485/422收发器系列
» 达梭系统SOLIDWORKS 2022加速产品开发时程
» Microchip发布2.3版的TimeProvider 4100主时钟和同步系统
» 西门子推出适用类比、数位及混合讯号IC设计的mPower电源完整性方案
  相关资源
» Power Management Solutions for Altera FPGAs

AD


刊登廣告 新聞信箱 读者信箱 著作權聲明 隱私權聲明 本站介紹

Copyright ©1999-2021 远播信息股份有限公司版权所有 Powered by O3
地址:台北市中山北路三段29号11楼 / 电话 (02)2585-5526 / E-Mail: webmaster@ctimes.com.tw