广泛的产品组 - 飞思卡尔ARM平台MCU引领嵌入式技术发展新趋势

广泛的产品组合+更高的产品特性满足设计需求升级

面对快速变化的市场需求，嵌入式系统厂商对半导体产品方案也提出越来越多不同于以往的产品功能和特性需求。“客户的要求越来越高，例如功耗越来越低，封装尺寸越来越小，多个串口，部分应用要求把高压驱动、安全功能、无线模块等功能加入进去。”黄耀君指出。在演讲中，他总结了近年来客户对控制器的需求变化的几大趋势：

●要求免费的的操作系统支持，例如Linux、uCOSII、FreeRTOS、MQX等

●免费的高质量中间件支持，以及免费提供各种程序及算法库资源

●控制器所集成的RAM与FLASH的比例要求已经从1/32、1/16逐渐上升到1/8、1/6，甚至1/4

●允许通过串口和USB接口实现程序加载，支持固件在线升级

●更强的EMC兼容性——IEC61000-4-4和IEC61000-4-2分别要求最低4.8KV EFT和8KV ESD，一些应用要求10KV、12KV

●可灵活扩展的通用控制器，满足各种存储器大小要求以及管脚兼容，以便随系统要求的提高轻松升级

●为满足大批量应用提供专用MCU，这些MCU需要尽量多实现功能集成（例如智能电表应用、物联网应用等）

●无线MCU——以SoC或SiP形式，支持各种无线通信方式，如Sub-GHz、ZigBee、蓝牙等

●具备更强的DSP功能以及更多的外设功能，例如集成DSP协处理器、多内核功能

●集成人机界面（HMI）及多媒体功能

事实上，设备商在不断追求更强大的功能和极致性能的过程中，嵌入式系统设计对控制器平台提出了越来越苛刻的要求，几乎所有的嵌入式微控制器产品都在试图满足这些需求趋势，当然每款控制器产品的侧重点会有不同。在演讲中，黄耀君重点分享了飞思卡尔的Kinetis通用MCU系列以及专用MCU系列的在满足这些市场需求方面的主要技术特性：

Kinetis L系列微控制器不仅汲取了新型ARM Cortex-M0+处理器的卓越能效和易用性，而且体现了Kinetis 32位微控制器产品优越的性能、多元化的外设、广泛的支持和可扩展性。同时将出色的动态和停止电流与卓越的工艺处理性能、选择广泛的片内闪存密度与丰富的模拟、连接和HMI外设选项相互结合，从8位和16位MCU的限制中释放了关键的功耗设计能力。Kinetis L系列MCU还能够和基于ARM Cortex-M4 Kinetis K系列的硬件和软件相互兼容，为提供性能、存储和特性集成扩展迁移路径。

Kinetis K 系列MCU组合更强调高性能和可兼容性，有超过200个基于ARM Cortex-M结构的低功耗产品。它的设计具有可扩展性能，集成连接性、通信、人机互交（HMI）和安全等等特性。这个系列的产品的特性是高集成，它包含多种快速16位模拟/数字转换器、数字/模拟转换器和可编程增益放大器，以及强大、经济有效的信号转换器。还支持飞思卡尔塔式开发工具平台和免费提供的MQX实时操作系统。

飞思卡尔Kinetis系列通用微控制器为各种嵌入式应用提供了丰富的选择

Kinetis X系列是业界基于ARM Cortex-M4内核构建、速度最快的微控制器。该器件系列具有先进的连接特性和HMI外设，内含软件可以支持带有强大图形用户界面的网络系统。Kinetis X系列MCU配置了一系列的软件和工具，其中包括飞思卡尔的塔式系统开发平台、附赠的MQX RTOS和基于Processor Expert的CodeWarrior IDE自动代码生成器和来自IAR Systems、KEIL、Green Hills和其他合作伙伴的广泛支。

Kinetis W系列专用微控制器主要针对物联网、智能家居等应用。增加了无线连接性支持，扩展了Kinetis K系列基于ARM Cortex -M4的成功之处，将业界领先的 sub-1 GHz和2.4 GHz 射频收发器与Cortex-M4内核成功集成，并针对无线应用进行了优化，提供了一个强大、可靠、安全的和低功耗的嵌入式无线解决方案。提供了一个可测量移动路径的更高性能的储存器和特征集合。

Kinetis M系列专门支持广泛的经济高效的单相或两相电表设计而设计，基于32位ARM Cortex-M0+内核微控制器。所有Kinetis M系列微控制器都包含一个模拟前端，使CPU的电源计算可以达到0.1%的精确度。为适应多个地区，模拟前端是可配置的，它包含4个24位Σ-Δ模数转换器、两个低噪声可编程增益放大器，支持2000至1的动态范围、一个带有较低漂移温度范围和相移补偿的精密电压参考以简化精确的功率计算。

Vybrid系列提供基于ARM Cortex A5+Cortex M4多核或ARM Cortex A5单核的产品选择，涵盖产品让客户由Kinetis MCU入门级产品升级到带有片上SRAM的MPU，以及适用于工业市场高度集成、异构双核的MPU产品。每一种Vybrid系列器件都含有成套参考设计、应用笔记、板级支持包（BSP）和中间件。Vybrid平台支持客户构建既可以单独或同时运行如Linux或MQX等高级操作程序的系统。这样，结合丰富域与实时域之间的通信API，以及便于调试这类系统的工具链，可以显著缩短客户实现收入的时间。

应用案例分析——Kinetis K53在心电监测仪上的应用

作为全球最主要的微控制器供应商之一，飞思卡尔的微控制器产品研发上具有丰富IP和应用开发经验，特别是在各种算法资源、OS（免费提供强大的MQX RTOS）以及强大的技术支持团队上。“飞思卡尔200多款Kinetis系列微控制器广泛应用在消费电子、工业控制、医疗保健和网络通信等领域，这些产品针对主要的应用在外设集成、功能和性能优化上均有业界领先的优势。”黄耀君指出。在研讨会上，黄耀君还重点分享了几个典型的应用案例，下面介绍其中基于Kinetis K53的心电图仪应用。

如图所示，通过飞思卡尔Kinetis K53处理器，患者不需要去医院里面去做心电图，只需要用苹果的iPhone智能手机或iPad平板电脑，通过飞思卡尔的控制板以及几根电极，就可以轻松地实现心电图的自我检测应用，把心电图形和心率在手机中清楚地显示出来。

通过飞思卡尔的控制板以及几根电极，就可以轻松地实现心电图的自我检测

该Demo针对的应用主要是实现心电监测的家用便携式医疗保健产品，便携式产品的首要要求就是低功耗和便携性，Kinetis K50系列针对便携式医疗应用进行优化设计的一些独特的功能特性优势使其成为此类应用的理想之选。Kinetis K50系列基于Cortex-M4内核，在实现了高性能和高集成度条件下，本身就具备了非常好的低功耗特性。所集成的DSP和浮点单元功能让设计工程师可以实现轻松快速实现复杂算法，较短的时间内实现心电图监测，使设备大部时间内处于休眠模式从而节省功能。

Kinetis K50系列高集成度还使其在便携式医疗应用上具备整体尺寸以及BOM成本上的优势。内部集成了模拟测量引擎，包括嵌入运算放大器与跨阻抗放大器，以及高分辨率的模数转换器和数模转换器。16位模数转换器提供了所有心电监测或类似家庭健康监测应用所需的高分辨率和精確度。而K50内置的运算放大器和跨阻抗放大器可以很方便设计师实现采集信号的调理，不仅设计上更简单，而且有助于降低噪声干扰。

K50系列器件內含128～512KB的Flash，以及最多128KB的SRAM，并且结合飞思卡尔在K50系列中使用的创新FlexMemory技术，可以将这部分设置为EEPROM和/或Flash，并可以同时作为主程序的存储器。这对于像心率监测仪、血糖仪等便携式医疗设备而言非常重要，因为必须持续进行监测数据的写入。

Kinetis K50微控制器系列内部集成了大量便携式医疗应用所需的外设

本文总结：

“2013年，32位MCU的性能将进一步提高：内核方面，Cortex-M0会向M0+升级，Cortex-M3会向M4升级；资源上向多核和多存储方向演进，而高端的Cortex-A8/A9/A15会向A5X（ARM V8架构）升级。”黄耀君指出，“目前飞思卡尔已经有相关的新品研发，相信很快就会有新产品推出。”越来越丰富的ARM生态系统正在为工程师带来便利，我们期待飞思卡尔在新的一年有更给力的微控制器产品提供给工程师。