应用于混合信号处理市场的Cortex-M内核

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大家早上好，首先做一个自我介绍，我叫耿立锋。是来自ARM中国，今天很荣幸有这样一个机会能够来到成都跟成都的各位同行和我们广大的电子业的爱好者一起交流分享一下关于我们在新能源以及其他能源控制方面的心得。这张图片给大家介绍一下背景。大家在很多场合听到过ARM公司，不知道有没有这样面对面交流的场合，首先的话，ARM公司我们作为一家英国的叫IT公司，我们的业务模式是我们并不做实际的芯片，我们只做芯片的IT，授权给合作伙伴。包括今天看到的 TI，也是我们合作伙伴。由芯片原厂基于芯片技术开发芯片。大家可能注意到，我们生活的方方面面，ARM已经是无处不在的，从你们的智能手机、平板电脑、嵌入式控制都有涵盖。每一天基于ARM技术的控制器是超过2200万片的规模。在过去2011年，全球各种各样的芯片合作伙伴，他们基于ARM技术有这样一个累计，是超过80亿片，这样的规模增长非常迅速。能够取得这样一个非常快速的增长，是跟ARM的业务模式息息相关的。也就是说，我们是跟我们的合作伙伴，大家一起所提倡的这样一个共赢的模式，目前在全球基于ARM技术开发芯片的合作伙伴已经超过850多家，每年都在快速的增长。
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回到微控制器Cortex-M，它所涵盖的范围特别广，这里只是列举一些代表，一会会看到全部。我们为了提高能效，为了更好的便利，更好的用户体验、更多的优化系统成本等等，会衍生很多新的市场增长机会。这些应用背后，或者说我们大家都知道，都在谈论IOT，就是物联网，它给我们半导体行业确实带来了特别大的潜在市场机遇。它作为智能控制底层的核心，就可以涵盖电梯驱动、无线、智能电网、医疗电子等机械设备控制。作为嵌入式行业的市场趋势来看，都是见仁见智。基本上来讲，我相信这四条作为嵌入式行业的趋势来讲还是比较有代表性。首先我们讨论的市场应用机会，比较有代表性的是我们谈论的智能电网、像物联网这些，这些都希望有很多的控制器在里面，通过有线或者无线的通讯连接，把我们手控制的智能设备连接起来，这样衍生出来第二个趋势，就是智能化控制的技术，对于实现这样一些技术，你就需要有很多的控制器去实现这样一个通讯连接，包括协议站的处理。同时因为大家都在谈论能效或者提倡低功耗，低功耗也是作为ARM 在开发IT技术的基因、一个核心，贯穿产品线的始终。能效作为低功耗来讲，不管是消费电子控制也好还是作为工业控制来讲，都会是一个永恒不变的主题。最后非常重要的一点就是开发的难易程度，大家从事嵌入式行业开发都会有这样的心得，希望你的产品快速上市，缩短开发周期，希望你搭建控制器开发平台的时候，能够有很好的资源让你利用，让你能够更好的上手，更好的把这个方案做出来。一方面是有赖于芯片的设计，同时还有更多的包括一些软件，一些中间件等等资源的支撑。
   
因为我今天给大家报告的主题是混合信号处理这一块，我们认为目前对于Cortex-M市场控制器来讲，趋势非常明显。这种趋势用一个词来讲就是融合的趋势非常明显。以前我们做一块MCU，做一个控制器来讲，相对来说比较简单，我们把一些东西接入进去就可以了。现在开发出来的MCU产品越来越集群化，不光是数字电路，大家的差异是在于模拟信号的集成上。包括高速转换的ADC。包括一些电源管理、终端控制这些。作为这样一个融合的趋势，确实非常明显。同时另外一方面，我们反过来看，原来可能只是做模拟信号处理的这样一些芯片厂家，他们现在也是反过来往数字化集成角度发展，也在往这个方向迈进。本身模拟器周边，也会集成一些控制器的内河，比如32位处理器内核。
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作为这样一个趋势来看，我们发现从控制器内核这个角度讲，32位逐渐变成市场主流和趋势。大家知道ARM公司并不做8位和16位的，ARM公司所有的都是 32位。对于MCU市场来讲，32位的市场更广阔，大家平时所接触的信息、网站、杂志也好，很多听到32位MCU时代的到来，当然这个时代的到来，自然而然就会带来很多的市场驱动力，否则大家也没有必要切换这样一个平台了，如何能够让32位的平台能够满足我们嵌入式的市场趋势呢？首先我们称为能效，随着嵌入式融合的趋势，性能要求越来越高，利用32位内核，高能效的处理器性能，可以通过更优化的代码效率，能够让你的程序在运转你的软件代码的时候，更集成、更优化。另外我们称为电力开发，如果从传统的做8位、16位的传统来讲，脑子里有固有的意识，比如32位会比较难用，代码比较麻烦。但是现在的情况已经完全改变了。比如以ARM为代表的32位存储器内核，针对这样一些市场应用的时候，我们专门开发了针对C语言的编程，还有终端控制、调试等，还有很多的代码、方案。对于开发者而言，你切换到32位来讲没有瓶颈了。
另外我们称为高性能，高性能比较容易理解。大家有时间接触很多信息资源就可以看到，针对Cortex-M系列开发出来的产品，覆盖的宽度和覆盖范围也非常高。从几十M的MCU到两百M的MCU在市场上都有推广，包括处理器内核，芯片原厂推动这一块取得了非常好的成果。最后我们一直提倡生态系统，因为大家知道，ARM现在的Cortex-M系列作用我们通用内核的标志，越来越被市场所接受和所采纳，采用基于ARMCortex-M系列来讲，作为终端客户实际开发来讲就会带来更丰富的选择，包括芯片资源的选择、生态系统的选择，包括后面提到的软件等，ARM能够给大家带来一个选择的背景。
   
作为Cortex-M系列，有四个细分市场，M3是最早推出的，也是目前能够看到各种各样MCU产品其中最主要的就是M3，它涵盖的范围非常宽，高性能、低功耗的趋势涵盖了方方面面。后来ARM又陆陆续续推出其他几个内核，Cortex-M4，引入了包括浮点的支持，你用M3做系统控制的时候，希望进一步增加它的性能，比如说增加一些算法的场合，就可以用M4做覆盖往上面延伸。往下慢慢导入了M0和M0+，这两个内核主要针对替代8位和替代16位的市场。因为ARM目前我们的定位希望能够用Cortex-M系列涵盖MCU市场的方方面面。作为中低端的应用，16位的市场，M0和M0+是最好的选择。重点强调一下M0+  ，是今年3月中旬，也是最新的内核产品，不知道大家有多少人听到这样内核信息覆盖的宣传，它跟M0相比，最重要的改进就是在功耗上，把M0+从以前的三极变成了两极。把中间一排打散，分别放到前后，这样非常有效的改善了处理器内核的功耗，当你执行一些跳转，包括其他的一些程序循环的场合的时候，对于代码优化也是非常明显。另外，除低功耗增强以外，性能也有增强。比如总线接口上，以前在M0里面没有快速IO总线，现在通过这个快速IO总线，运行起来非常的简单。当然还有其他的，我们称为MPU，主要针对这样一些程序的代码区，之前只有在M3、M4有的保护电路放在M0+，随着嵌入式应用的增强，对于软件的挑战越来越大。后面就是兼容性了，兼容性也是延续了Cortex-M系列的始终，它是100%兼容的，从M0、M0+，一直涨到M3，以及M4里面的浮点这样一些，给广大的半导体或者行业应用的开发者来看带来的好处，你的兼容性。芯片厂家一方面从外设的角度可以做一个兼容性的设计，同时ARM处理器内核也在底层支撑他们指令集角度做一个兼容。

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这张幻灯有一些测试的数据，这里给大家简单过一下。主要是M0+和市场上其他的8位和16位处理器内核产品在能效的角度，其次就是它的跑分数据。一方面你的处理器跑分要很高，同时希望功耗越来越低。这里面为了对比，所以ARM也拿了市场上公开的数据，做一些测试数据进行对比，比如CPU占整个MCU的三分之一。ARM如何支持客户实现更好、更小的封装呢？其实说白了，一方面刚才M0和M0+这样的内核产品，如果大家做芯片设计就有这样一个概念，电路就非常非常少，如果把它达到最小化，也就一万两千多门，包括代码效率，你在跑同样应用程序的时候，你所占用的内存很小。这样设计芯片的时候，可以做得非常小，放到非常小的封装里面去，针对物联网、医疗设备这样一些都有比较好的帮助。当然如果大家不是做芯片设计的，对这个就没有太大的概念。ARM除了处理器内核，还有芯片设计的产品，如果你们自己做芯片的话，尤其是初次做芯片来讲，你拿到这个内核，还希望有一些总线连接、外设也好，ARM提供了CMSDK，给你一个类似于非常集成化的一些包，你可以快速把你自己的IC产品设计出来。对于我们称为模拟混合信号市场来讲，除了处理器内核以外，还有很多产品线，包括物理 IP的产品线，给大家很多IP的选择，如果你没有能力自己设计IP产品，也可以拿到这样的物理IP，包括电源管理，可以快速搭建自己IC产品。
   
除了电路本身以外，刚才提到了在嵌入式市场来讲，软件也是非常重要的一环。ARM推出了一套我们称为CMSIS，大家都在做基于ARM内核的产品，ARM 为了支持市场发展，也开发出很多软件的东西，包括处理器内核、指令，下面有很多芯片原厂，他们也支持ARM所推出的算法标准，当然芯片厂家本身也有很好的资源，包括还有第三方资源。这些作为一个汇总，融入到ARM的生态系统当中，让大家找到各种各样的资源支持你的嵌入式开发。这样的话，就是我们称为ARM 的生态系统。ARM的生态系统包括很多，包含很多的芯片原厂，也包含很多做软件的、做IT的开发工具，做一些嵌入式的操作系统，包括调试工具等。这些之所以大家选择通用的32位平台大家越来越倾向于选择ARM，是因为ARM的生态系统带来丰厚的资源，能够非常方便大家做设计和开发。