作者：Pin Tsalin, Bridgetek

微控制器單元（MCUs）有效地構(gòu)成絕大多數(shù)現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，為工程師提供靈活性與符合成本效益的適當(dāng)強(qiáng)大性能。由于這些特性，它們已經(jīng)達(dá)成驚人的銷售數(shù)量（根據(jù)IC Insights的數(shù)據(jù)，去年有近230億件裝置出貨）。隨著MCU市場(chǎng)成熟，已經(jīng)越來(lái)越集中于少數(shù)且廣泛使用通用架構(gòu)。 然而，這幾乎完全與某些嵌入式市場(chǎng)的需求背道而馳。 以下的文章，我們將探討在某些工程師想要的內(nèi)容與他們實(shí)際期望的差距。

雖然MCU系列與其核心平臺(tái)的通用性明顯是這些裝置取得非凡的成功主要因素，但也限制其使用范圍。這可能會(huì)在將來(lái)留下越來(lái)越少的差異化空間。業(yè)界關(guān)注的應(yīng)用焦點(diǎn)，例如物聯(lián)網(wǎng)等讓大量的MCU被引入市場(chǎng)，其中首要的目標(biāo)是保持功率消耗盡可能小，并保持高水平的安全性，只支持連接選項(xiàng)為無(wú)線傳輸。盡管這樣做可以確保在此領(lǐng)域的機(jī)會(huì)，同時(shí)其他必要的完全不同功能應(yīng)用程序，處于被忽視的風(fēng)險(xiǎn)。

一個(gè)恰當(dāng)?shù)睦釉谙到y(tǒng)設(shè)計(jì)中，有大量的多媒體數(shù)據(jù)需要處理。現(xiàn)代通用MCU對(duì)于這樣的工作因裝備不足，往往難以應(yīng)付。 他們的處理資源一度處于不同的方向，試圖處理進(jìn)來(lái)的數(shù)據(jù)，在同一時(shí)間還必須參加其他標(biāo)準(zhǔn)的操作功能。 因此，可能會(huì)出現(xiàn)延遲問(wèn)題。 這直接與其強(qiáng)制執(zhí)行確定性操作的應(yīng)用場(chǎng)景沖突。例如，復(fù)雜的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)檢查PCB上的焊料，不能被緩沖所中斷。

在MCU提供足夠的I/O通常是無(wú)法充分考慮的另一個(gè)領(lǐng)域，盡管現(xiàn)在存在于嵌入式設(shè)計(jì)中，有各種不同的接口技術(shù)。 例如，在MCU實(shí)現(xiàn)USB通常不容易做到，因?yàn)檐浖_(kāi)發(fā)方面往往沒(méi)有充分地被覆蓋。 因此，嵌入式工程師通常沒(méi)有擁有所需要的軟件支持。 此外，MCU通常只具有USB從端（不是USB主端）功能。

應(yīng)當(dāng)體會(huì)到，一般來(lái)說(shuō)，目前市場(chǎng)上大多數(shù)MCU的I/O支持遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。 提供廣泛的連接功能，將在未來(lái)變得越來(lái)越重要。特別是可能需要對(duì)I/O進(jìn)行分組，這將使得MCU更適合處理具體的應(yīng)用程序類型。

MCU往往是工程師常采用的途徑 - 當(dāng)然系統(tǒng)單芯片（SoC）選項(xiàng)也可供考慮。 與MCU相比，提供更優(yōu)化的解決方案、具更高的性能參數(shù)、與更小的占用面積和長(zhǎng)期的成本優(yōu)勢(shì)。 然而，還有許多問(wèn)題對(duì)他們的吸引力產(chǎn)生重大影響。 前期的財(cái)務(wù)投資，工程成本和SoC開(kāi)發(fā)所涉及的時(shí)間都需要考慮。為了判斷采取行動(dòng)的理由，前提是未來(lái)對(duì)高單位需求的絕對(duì)信心，或者長(zhǎng)時(shí)間不需要改變?cè)O(shè)計(jì)。 即使這樣，也有相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。 如果發(fā)現(xiàn)一個(gè)錯(cuò)誤，那么可能需要時(shí)間來(lái)糾正這個(gè)問(wèn)題，導(dǎo)致最終產(chǎn)品的發(fā)布延遲。 由于這樣的原因，去購(gòu)買現(xiàn)成的裝備仍然可能是有利的。

然而絕大多數(shù)MCU供應(yīng)商都集中在軟件實(shí)現(xiàn)的特性和功能，Bridgetek的策略是更多功能通過(guò)硬件執(zhí)行。 因此，本公司的FT900和FT930系列可以提供通用MCU缺乏的性能優(yōu)化操作。 先進(jìn)的橋接技術(shù)是關(guān)鍵。 通過(guò)使用它，這些MCU可以在快速 I/O 之間提供專用橋接，允許分立設(shè)計(jì)元件訪問(wèn)最適合的可用硬件。 這意味著MCU上不同程序處理和 I/O 元件的接口可以被完全確定性方式完成（毫無(wú)延遲發(fā)生的威脅）。

圖1描述一個(gè)相關(guān)的應(yīng)用實(shí)例。 這里存在觸摸控制的多顯示系統(tǒng)，其適合于部署在銷售點(diǎn)（PoS）或數(shù)字廣告系統(tǒng)環(huán)境。圖像內(nèi)容可以運(yùn)用系統(tǒng)，呈現(xiàn)在4個(gè)顯示屏幕上滾動(dòng)。 觸摸操縱可以被單獨(dú)地于每個(gè)顯示器運(yùn)作或者同時(shí)于所有顯示器中運(yùn)作-從而提供更引人注目的用戶體驗(yàn)，吸引人們的注意（零售店購(gòu)物者，火車站乘客等）。 本示例強(qiáng)調(diào)Bridgetek FT930 MCU創(chuàng)建USB橋接的能力，然后通過(guò)專有的 D2xx USB 引擎控制4個(gè)獨(dú)立的SPI外設(shè)。 在這種特殊情況下，外設(shè)是圖形控制器芯片內(nèi)置觸摸功能。

通過(guò)在USB 2.0 D2XX通道的通信，MCU接收由主機(jī)PC提供的內(nèi)容數(shù)據(jù)，并將其應(yīng)用于不同的顯示器。大型全景圖像被分割成圖像片斷，并作為JPEG圖像存儲(chǔ)在主機(jī)PC上。 MCU向PC發(fā)送命令以獲取所需的圖像片斷，并將其傳送到相應(yīng)的圖形控制器，使得它們可以被解碼和顯示。它能夠通過(guò)集成的四線式SPI（QSPI）接口資源控制4個(gè)連接的FT813 EVE圖形控制器。這意味著能有效地作為控制中心 - 將數(shù)據(jù)分送到多個(gè)顯示器（而不僅局限于單個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)布局）。同時(shí)，MCU掃描4個(gè)觸摸啟用面板以進(jìn)行任何用戶輸入，並記錄加速，減慢或凍結(jié)圖像內(nèi)容的觸摸和滑動(dòng)。根據(jù)應(yīng)用程序的性質(zhì)，可以水平或垂直滾動(dòng)圖像。在任何給定時(shí)刻，獲取、下載、解碼和顯示4個(gè)圖像片段，以便實(shí)現(xiàn)平滑的滾動(dòng)外觀。如果嘗試使用通用MCU來(lái)進(jìn)行這種復(fù)雜的設(shè)置，則需要克服許多挑戰(zhàn)。這些將首先涉及USB從端的開(kāi)發(fā)代碼（將會(huì)花費(fèi)相當(dāng)多的時(shí)間和精力）。此外，可能還需要菊花鏈連接幾個(gè)MCU（提高材料清單成本，占用更多的PCB空間，增加系統(tǒng)功耗預(yù)算，增加總體復(fù)雜性）。此外，由于缺少Q(mào)SPI功能，該菊花鏈可能對(duì)系統(tǒng)的速度造成嚴(yán)重的限制。

圖2顯示另一個(gè)應(yīng)用程序?qū)嵗?- 此實(shí)例與數(shù)據(jù)流相關(guān)。例如，這種設(shè)置可能有利于家庭的安全目的。“智能門鈴”此類產(chǎn)品已經(jīng)擁有越來(lái)越吸引眾多廣大民眾關(guān)注。由遠(yuǎn)程相機(jī)捕獲的視覺(jué)通過(guò)CAN總線（或者可能在一些情況下經(jīng)由以太網(wǎng)）橋接到支持觸控功能的顯示器，使得設(shè)備可以被控制。在其他情況下，例如監(jiān)視或工廠視察，用戶將需要確保實(shí)時(shí)觀看內(nèi)容，而不會(huì)發(fā)生緩沖的威脅。通過(guò)觸摸控制，他們可以凍結(jié)顯示（如果他們看到潛在的問(wèn)題），然后放大感興趣的特定區(qū)域進(jìn)行仔細(xì)檢查。 MCU能夠利用附隨的EVE圖形控制器的觸控和音頻特征來(lái)呈現(xiàn)來(lái)自攝影機(jī)的視頻數(shù)據(jù)（加上屏幕顯示的用戶手冊(cè)），同時(shí)還捕捉觸控屏輸入和播放合成的聲音。數(shù)據(jù)流的速率適用于特定攝像機(jī)的分辨率和幀速率。 Bridgetek 的MCU具有CAN，攝像機(jī)連接和以太網(wǎng)端口功能有助于實(shí)現(xiàn)這類設(shè)置，而大多數(shù)通用MCU不具有所需的廣泛接口，因此（再次）使得系統(tǒng)更難以實(shí)現(xiàn)。

最后一個(gè)實(shí)例是音頻分配。 會(huì)議廳可以具有多個(gè)麥克風(fēng)網(wǎng)絡(luò)連接到不同揚(yáng)聲器的復(fù)雜布置。 這很可能要求以太網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施安裝。 數(shù)據(jù)吞吐量和避免延遲問(wèn)題的需要，此意味著MCU橋接將再次成為最好的方法。

簡(jiǎn)而言之，性能增強(qiáng)的MCU采用快速橋接顯示其有效性在嵌入式系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，如剛才所述。 他們能夠提供一種更有效的方式來(lái)滿足現(xiàn)代多媒體 /人機(jī)界面 /音頻 / 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)所設(shè)定的要求，而不是當(dāng)前過(guò)多功能的“一體適用”解決方案。 這將意味著工程師將不需被迫做出不必要的取舍。