【访谈】物联网大潮下的MCU

受访人：Imagination Technologies业务拓展高级经理Ian Anderton

1. MCU在物联网时代有着极为广泛的应用。为适应物联网市场的需求，产品需要有新的特征。您认为这些特性将包括哪些吗？

IoT 市场中的 MCU应用范围非常广泛，从低端的传感器控制到高端的视频监测/管理系统都可使用。因此，MCU 需要具备高度的灵活性/可扩展性才能在尽量多的应用领域中得到使用。

其中最重要的特点之一就是高水平的动态功耗效率，以使系统能够以最低的功耗水平在一定的频率范围（50 到 300+ MHz）内运行。高功耗效率（DMIPS/mW）意味着应用可以在较低的频率（相对于竞争对手）下运行，从而降低有效功耗，成为 OEM厂商 收益。

另一个非常重要的考量是安全问题。物联网系统首先是连接性系统，因此需要高度的安全性。有多种方法可以在MCU 内部实现这一点。首先，我们相信，MCU 支持硬件虚拟化技术非常重要，这可实现应用和数据在多个受信任的分立单元内的隔离。另一个重要的因素是内存保护单元（Memory Protection Unit），它可进行控制并防止未经授权访问敏感数据/软件。MCU 还应该具有加密支持性能，来实现将保密的数据转化为不可读取的格式。安全调试是防止外部系统读取 CPU/系统的关键所在。防篡改支持可提供一道屏障，防止外部系统利用 “边路攻击” 机制来读取/修改系统。

面向物联网的 MCU SoC还应该具有专门的内部 DSP 和浮点单元（Floating Point Units，FPUs）。传感器控制和管理所要求的高级信号处理仅仅依靠 CPU 系统是无法实现的，因为它的功耗和成本有限，同时又有着极高的性能要求。

对于物联网MCU 来说，还有很多其他的考虑因素。包括实时的性能和低延迟中断控制；紧密结合的存储支持来实现低存储延迟和高数据吞吐量。在支持 RTOS 和高端 Rich OS（Linux, Android）的系统中，MCU 必须要既支持固定存储转译，又支持存储管理/转译查寻缓冲地址控制技术（Memory Management/Translation Lookup Buffer address control techniques）。MCU 的指令集架构（Instruction Set Architecture，ISA）应该能够支持优化的 16 和 32 位指令，以降低代码长度和存储大小。

最后，非常重要的一点是要能够支持与其他元件的简易整合来构成系统。举例来说，使用同一个/通用总线接口来实现与Wi-Fi和蓝牙等重要周边外设通信模块的无缝连接。

2. 您认为未来几年市场对MCU的需求状况有何变化？总规模增长，还是持平？对什么类型的MCU需求较为旺盛？

有预测显示，受到开发各类新兴、快速增长的应用需求的推动，未来 5-10 年间将出现 MCU 数量的巨大增长。其中包括物联网（工业、智慧建筑、智慧城市、零售等）、移动基带（LTE、Wi-Fi、蓝牙）、传感器管理、存储、移动设备中系统级管理以及汽车（比如车身、安全）等。

3. 现在国际上主要MCU厂商都在加强生态系统的建设。贵公司在推进软件工具以及生态上，做了哪些工作？采取何种策略？

Imagination开发了自己的工具，并与合作伙伴紧密合作来支持各类 MIPS 处理器内核。我们提供的完整开发环境，包括名为 Codescape 的硬件/软件开发工具，可提供 SDK、调试工具以及 Profiler IDE。Codescape 可提供免费和付费授权两种版本。免费的版本包含编译器、性能丰富的软件调试器来帮助开发者快速、经济地开发系统。我们还开发并提供名为 MEOS 的 RTOS，以及数个 Linux 版本，包括 Debian 和 Buildroot。此外，我们为软件/系统应用的评估提供精确指令模拟器（Instruction Accurate Simulators）、FPGA 开发平台并支持安卓、Brillo 和其它 Rich OS 系统。

Imagination 广泛的合作伙伴社区为 MIPS 处理器系列提供支持，包括RTOS和软件/硬件开发工具、RTOS、中间件、系统安全软件（支持硬件虚拟化）、安全 IP、外部/系统硬核 IP以及设计服务等。Imagination 的战略合作伙伴包括谷歌、Green Hills、Mentor、Lauterbach、微软、甲骨文和 Synopsys。

4. 谈到MCU设计必须考虑降低功耗，贵公司在低功耗MCU产品开发上有哪些新的进展？在低功耗设计上有何优势？

MIPS CPU IP 内核——尤其是面向 MCU 类应用的 M 级内核都是低功耗和占芯片面积少的 CPU 产品。MIPS 处理器通过各种技术来实现较低的动态和睡眠功耗，比如综合时钟门控会关掉那些不活动或某项操作不需要的CPU部件。我们还加入了软件指令和和硬件支持来将 CPU 置于睡眠模式。M 级 CPU 利用本地存储器来降低会增加功耗的与外部存储总线的通信。我们的MicroMIPS ISA 降低了代码长度以及运营应用所需要的内存——当然，所需内存越少功耗越低。最后，MIPS CPU 拥有先进的 EDA 工具的支持，并含有众多性能、电源和面积定制选项，可为客户提供这三者间最佳的折衷组合。

5. 物联网设备中对低功耗MCU有何需求？如何平衡功耗、性能、尺寸、成本，以满足物联网设备的需求？