物联网应用成败 低功耗MCU扮演关键

也因此，身为这些智能联网装置运算核心的MCU，也必须在运算效能与功耗表现两者之间，取得最佳的平衡点。 特别是目前普遍在市场上可见到的健康手环、智能手表、小型医疗设备、智能电表、智能工业传感器等各种产品的中央控制器，这些应用设备皆需要复杂功能、快速响应、最短电池充电所必需之停机时间，而这些需求， 使得超高效同时具备低功耗特性的MCU，成为了产品成功与否的关键。

低功耗是关键

放眼现阶段MCU设计，大致可分为四大关键需求，分别是更高性能、超低功耗、绘图处理、以及高整合度。 意法半导体亚太区资深产品营销经理杨正廉指出，更高的性能表现，当然是为了要提供更强大的运算能力。 而前提是最大限度的提升性能，并同时保持超低能耗。

性能与功耗，这其实是在天平的两端，就一般的处理器来说，想要取得更大的运算能力，耗能势必增加。 而要维持超低的功耗，则势必得牺牲效能。 如何在两者间取得平衡，甚至进一步达到效能与功耗的优化，在设计上着实是门功夫。

图1 : MCU内建绘图功能已属必要，图为采用ST新款MCU的开发板，可流畅处理视讯画面。

在性能的提升上，以目前众家厂商所推出的MCU产品，多半都是采用ARM Cortex-M架构处理器来看，其原本在运算效能的表现上便已多半不俗。 杨正廉也例举该公司的新一代MCU产品，已经开始透过额外赋予的性能，例如采用ART加速器让性能可以提高到120MHz/150DMIPS，或者支持DSP指令并内建浮点运算、再加2个DMA控制器等的方式来提升效能。 至于低功耗的表现方面，除了优化电路设计之外，透过更先进的制程技术，也都能达到有效降低功耗的目的。

图2 : ST的Chrom-GRC图形控制器可高效处理圆形显示器，因而节省更多内存资源。

整合图形加速能力

复杂功能、快速响应、最短电池充电时间等需求，使得超高效同时具备低功耗特性的MCU，成为了产品成功与否的关键。

再从目前的应用端来观察，MCU内建图形处理能力已经是一种必要，特别是许多采用MCU为核心的智能电子装置，普遍都有图形输出与显示的需求，例如智能手表、健康手环等。 也因此，MCU必须要兼具2D图形加速的处理能力，来满足不同的显示接口。 同时，除了提升图形处理性能之外，还必须释放更多核心资源，以供实时讯号处理之用。 这使得有些厂商已经把加速器加入MCU之中，让更多的系统运算资源可以释出，供更多图形处理运算之用。

意法半导体微控制器产品部STM32产品线营销经理Bertrand Denis则表示，ST最新款的STM32L4+，预期能提供给应用设计人员以下的功能：更强大的运算性能、同级最大的芯片上存储容量， 以及为流畅的用户体验提供更快速图形处理能力。 新的Chrom-GRC图形控制器可以像处理方形显示器（TFT-LCD）一样高效地处理圆形显示器，不会因为管理从未显示的像素而浪费内存资源。 芯片上还有意法半导体专利的Chrom-ART Accelerator图型性能提升技术。

Bertrand Denis也认为，预计未来智能对象将会无缝地融入生活中，这些产品能够预见人们的需求，而无需人们过度地去关注他们。 意法半导体以更大的存储容量和更高效的图形处理功能，让STM32L4+系列微控制器可实现功能更复杂、人机交互更流畅的新一类智能产品。

提高整合度

而当然，在物联网的应用中，感测已经是不可或缺的重要功能，如何让感测能力可以与MCU更完美的结合在一起，提升整体效能，也是许多厂商在新一代MCU产品设计中的重点方向。 例如德州仪器近期便主打一款强调超值与低功耗的MCU，这款MSP430微控制器是针对感测应用的超值型、超低功耗MCU。 开发人员可透过产品中的各种整合混合讯号功能，为不同应用与解决方案实现简单的感测功能。

德州仪器半导体营销与应用嵌入式系统总监詹勋琪指出，这款超值型感测MCU可让开发人员现在可使用程序代码范例库灵活客制25个常用系统级功能，包括定时器、输入/输出扩展器、系统重置控制器、EEPROM等。 而通用核心架构、工具和软件生态系统以及包括迁移指南在内的扩充文件档案，则可让开发人员针对每个设计，选择合适的MSP430超值型感测MCU。

高性能与多功能

正由于物联网与智能化的趋势，持续推升MCU芯片的成长，不仅应用更广泛，同时性能也快速提升，但不变的是，低功耗永远都是最关键的考虑。 盛群半导体总经理高国栋例举今年该公司所主推的32位MCU新品，都以ARM Cortex M0+/M3系列为主打，其中M0+（HT32F5系列）强调高C/P值与高能源效率，M3（HT32F1/ HT32F2系列）则是诉求高性能与多功能。 该两系列产品都适用于智能家电、物联网、穿戴式装置和智能玩具等产品。

图3 : 盛群32位MCU新品以ARM Cortex M0+/M3系列为主打，其中M0+(HT32F5系列)强调高C/P值与高能源效。 图为HT32F5系列开发板。

盛群以往专精在8位MCU市场，近年来开始扩充产品线，导入ARM Cortex M系列核心，开始积极发展32位MCU，让该公司的产品线能发挥更好的互补效益，并进一步扩张应用领域。 高国栋说，盛群的M0+系列MCU，已有提供5V电压的新品，客户能直接采用在家电的设计上，而Flash的容量也从16K至128K的范围可选择，应用的空间更广大。 新一代的32位产品都可以应用于无线充电、USB Type-C快充及LoRa长距离无线传输等领域上。

结语

放眼物联网的发展，MCU与传感器永远都是最重要的两大元素，而低功耗，则扮演物联网应用成功与否的关键要素。 随着电路设计的优化，加上制程技术的进步，新一代的MCU产品都可以达到更低功耗的境界。 配合更长续航力的感测周边，MCU肯定在物联网的发展中，将会持续发光发热。