来源：EEWORLD
时间：2014-12-09
基于ARM核的微控制器(MCU)已经成为一种时尚，一种趋势，也是一个界限，不过随着很多厂商已经跨过了这个“有没有”的界限，大家又站在同一起跑线上以后，新的竞争开始了。很多工程师关心的问题也从“是否基于ARM核”转向了“能提供什么差异化”。MCU领头羊们也开始谋划新的“界限”。
近几年和未来的一段时间，对社会产生巨大影响的4大因素有物联网、网络安全、便携和可穿戴式应用、互联汽车。这些因素有一些明显共性，例如用到的传感器种类和数量越来越多，需要时刻运行，对功耗的苛刻要求。以上这些共性就要求新一代的传感器枢纽，即作为各种传感器所收集来的数据的处理中心。“欧洲豪门”恩智浦半导体（NXP）就把竞争的“界限”划定到了这类多传感器处理应用上，推出了LPC54100系列MCU，它在“始终开启”传感器处理应用中拥有业界低的功耗。NXP微控制器通用市场产品线总经理Ross Bannatyne先生近日来京向记者介绍了这款新产品的独特魅力，并展示了一些有趣的参考案例。
Ross 表示：“早期的传感器融合多用在移动市场，如智能手机中的运动传感器、加速器、陀螺仪，其他应用正在效仿这种功能。各种应用都有同样的趋势（采用更多的传感器），不同的传感器。例如工业用的多的是温湿度传感器，游戏用的多的是运动传感器，医疗健康应用更多地采用生物传感器。我们想把在移动领域的成功经验移植到健康、娱乐甚至是工业领域。NXP LPC54100系列MCU的目的就是处理不同类型的传感器数据,可以实现传感器监听、汇聚、融合及通信，并且在‘始终开启’传感器处理应用中达到业界低功耗。”
图1 NXP微控制器通用市场产品线总经理Ross Bannatyne先生
三个模式的传感器数据管理优化
Ross表示：“我们一个客户在早期试用后，向我们反馈他们的典型便携式健身设备电力节省达20%，这是他们将LPC54102与接近的竞争产品进行比较得到的结果。NXP随后也进行了相关检测，验证了确实LPC54102能效要高20%。”
这都归功于LPC54100系列MCU有很多对传感器数据管理功能的优化，这就使得不是每次接到数据都要处理，节省了内核资源和功耗。优化包括以下几个方面。
首先是不同传感器数据管理方式不同，有两个核（Cortex-M0+和Cortex-M4F）来处理不同数据。如何保持低功耗呢？即在每个处理数据节点只调用低数据处理能力。LPC54102有3种模式：（1）监听模式，即掉电模式，且无CPU处理，但具有RAM保留功能，此时功耗仅为3 µA，竞争产品功耗为9 µA。（2）读取模式（I2C和ADC，12 MHz CPU时速率为10 S/s），这种模式用于监听、数据采集以及管理等非数据密集型应用。此时，LPC54100中只有Cortex M0+在运行，功耗为55 µA/MHz。（3）算法处理（80 MHz CPU时每秒一次），这种模式用于传感器信息处理和数据通信等数据密集型应用。此时，LPC5412中的Cortex-M4F核工作，其功耗为100 µA/MHz。竞争产品在第2和第3种模式时，都是采用Cortex-M4F核工作，功耗为112 µA/MHz。
LPC54100的另一个特别之处是有一个模拟接口。一般的传感器都是数字输出，而工业应用却不同，是模拟输出。因此针对工业应用可能需要的模拟接口，LPC54100内置了一个高能效ADC。它的特点是在任何电压下（1.62 V~3.6 V），都能实现性能，达到12位 4.8 MS/s。而其他竞争对手产品中内置的ADC速率只有2.4 MS/s，而且必须是在高电压下。如果电压只有1.8 V甚至更低，它们的ADC就不工作了；而LPC54100在1.62 V也能全速运行。这种低电压运行的功能十分适合需要低功耗的应用。Ross特别指出，这个ADC模块是NXP采用新的IP，从零开始从上至下设计的，相当于在一块白纸上规划。
此外，LPC54100系列针对空间受限设计的微型结构，低至3.28 mm × 3.28 mm WLCSP封装，使其适用于可穿戴式设备等物联网应用。
图2 LPC54100内部框图
“一站式”应用盒子解决方案
NXP有广泛的32位ARM MCU产品组合之一，有多达400多款MCU，并且使用同样的LPC开发套件。NXP提供了总体“一站式”解决方案，其集成度高，能为设计人员提供构建应用所需的一切。此外，能快速完成从评估到实现终产品设计，简化设计并降低风险，客户不用担心复杂问题，能把精力花在终端产品上。
目前有4个典型的基于LPC54100的解决方案。一个是NXP与BST一起开发的SensorHub，应用于手机和穿戴设备，可作为协处理器帮助应用处理器减少负担。第二个是与高通合作的QCA Wi-Fi模块，适用于低成本工业级应用，包括物联网、智能家居。第三个是与MXCHIP合作的Wi-Fi方案，这是一个完整的物联网解决方案，从硬件开发、驱动、协议，到云服务、操作系统，再到智能手机端的SDK开发。还有周立功的阿波罗（Apolio）平台，它是一个即插即用的工业类入门级解决方案，是一个像“搭积木”一样的嵌入式系统软硬件开发平台。说到周立功，我们知道2年多前，其与NXP的强大竞争对手开始合作，记者很好奇他们的合作是否会影响NXP和周立功的关系。Ross 十分大方地表示：“这是很正常的商业行为，他们也可以从中吸取很多精华，我们并不介意。”
传感器枢纽演示
LPC54102的一个典型应用配置是：SPI接口接蓝牙，ADC接心率监测和温度传感器，I2C接口与加速计、陀螺仪等连接。下图是NXP工程师所演示的SensorHub方案，可以同时检测照明、温度、湿度甚至进行语音识别，还可以运用开发板上的陀螺仪、加速计等运动传感器玩赛车游戏甚至绘画。此外，在监听、处理传感器数据的同时，还能保持低功耗（图3橙色半圆形所示）。
图3 NXP工程师演示SensorHub方案：一站式传感器处理/运动解决方案
图4 NXP工程师用SensorHub方案玩赛车游戏
“”也要不断进步
很多人不知道（记者也是其中之一），家生产基于ARM MCU的厂商是NXP，并且ARM现在热推的mbed物联网平台，NXP也是个加入进来的微控制器厂商。Ross 表示：“因为大家都想凭借生态系统这把钥匙去打开物联网的大门。我想LPC54100推出不久后，其他竞争对手可能也会开发出类似产品，我们很欢迎，有竞争才有进步。”
物联网、网络安全、便携和可穿戴式应用、互联汽车这4大因素正在对NXP产生深远影响。为此，NXP微控制器技术也不断在实现“智慧生活、安全连结”的目标上更上一层楼。
