高效能 MCU 改變產業的 5 種方法

圖1：Sitara AM2x 高效能 MCU 的優點

實現更優異的性能

近期的 MCU 在記憶體大小、類比功能整合和低功耗方面都有明顯的進步。但在許多應用中，快速處理大量即時控制和感測器數據的能力同樣重要。在自動化工廠中，可程式化邏輯控制器 (PLC) 和機器人馬達控制系統的處理要求已從每核心大約 100 MHz 提高到 400 MHz 以上，而且在未來三到五年間可能達到 1 GHz 以上。

當面對下列要求時，更需要高效能 MCU 的處理能力，包括：

• 日漸增加的工業通訊，因為生產機台和中央數據系統會透過各種協議分享大量數據。
• 透過邊緣分析進行預測性維修，維持工廠穩定運轉

Sitara AM2x MCU透過提高每個 MCU 的內核時鐘，以及在同一晶片上整合多個 MCU 核心，實現更好的性能要求。AM2434 具備四個各自以 800 MHz 運作的核心，與傳統 MCU 相比，它能在工廠進行更快、更複雜的數據處理，及更低延遲的控制和高速通訊。舉例來說，如果能更快、更平穩地控制機械手臂，就能提高運作安全、生產效率、品質和產能。  

改善即時運作與分析

隨著現代化工廠的自動化程度提高，對於即時數據分析和控制的需求也與日俱增。許多傳統系統藉由多個 MCU 分別處理不同的功能。高效能 MCU，尤其是具有多核架構的 MCU，可以透過在單一設備上管理數據處理和即時控制功能，實現高度整合的系統。

Sitara AM2x MCU 整合了快速資料採集功能和精確的即時控制周邊設備，能夠高速輸入和處理數據。想像一下，不需額外的MCU，就可在單一 MCU 上控制機械手臂馬達，透過整合音訊、電流和位置感測介面，提高機器人與人類合作的安全性；或透過一顆整合音訊輸入、聲音辨識和分類的 MCU，能夠提高建築物安全系統中的邊緣智能。高效能 MCU透過在單一晶片上實現多種處理能力，不僅讓工業系統變得更聰明，更易於設計，也讓價格變更實惠。

簡化設計，實現軟體重複使用

界定 MCU 的特徵包括簡單的系統設計和軟體開發。即使 MCU 性能和整合程度變得與處理器更接近，對易於使用的硬體和軟體期望依然不會改變。 

藉由 Sitara AM2x MCU，工程師可獲得以下體驗：

• 簡單的軟體開發環境和工具 (例如基於即時操作系統的軟體)，支援跨平台重複使用，從而減少開發時間和成本。
• 高效率的即時任務管理和更簡單的電源管理架構，可實現更具成本效益的電源管理解決方案。
• 最佳化的速度和低延遲功能，歸功於整合的隨機存取記憶體 (RAM)。 

即時感測和反應應用 (例如 PLC) 必須處理時間限制，以確保安全和連續運作。這代表系統需要針對最壞情況下的時序進行設計。提供簡單易用的軟體，可協助您快速有效地設計此類系統。

透過靈活的記憶體配置實現系統成本最佳化

傳統 MCU 具有內建非揮發性記憶體，例如快閃記憶體。但是隨著自動化工廠到自動駕駛等應用範圍的數據處理需求不斷增加，記憶體容量面臨到了擴充的難題。此外，對於更快速的中央處理器，產生了下列兩項挑戰：

• 在系統需要即時寫入記憶體的情況下，只能完全依賴快閃記憶體速度和性能。
• 受限於非揮發性記憶體，無法支援更先進的製程節點，例如 16 nm。

改用外部非揮發性記憶體架構後，MCU工程師可以從中取得更好的靈活性。藉由 Sitara AM2x MCU，您無需更換 MCU 或重新設計電路板，即可滿足不斷增長的記憶體需求，從而實現更靈活的設計並降低開發成本。AM2x 的大型內建RAM 和簡單的軟體架構解決了外部記憶體的延遲和性能問題。  

提升電源效率

傳統 MCU 以低功耗著稱，因此隨著應用轉換成高效能 MCU，降低功耗變得十分重要。電源效率凸顯了設計師重視的兩個面向：

• 每瓦性能 (有效功耗效率)。超過 2 W 至 3 W 的散熱增加通常會導致傳統 MCU 系統的成本、重量和板上配置問題，尤其是那些需要主動冷卻措施 (例如散熱器和風扇) 的系統。因此，性能的提高不能與成比例的功耗並存。高效能 Sitara AM2x MCU 可支援超過 5,000 DMIPS/W 的性能。
• 低功耗 (關機) 模式。MCU 通常在較低工作週期的環境中運行，鑑於高效能 MCU 採用先進製程節點設計，其漏電流影響高於傳統 MCU。設計人員需要在電源閘控技術和低功耗模式 (例如睡眠、深度睡眠、關機、即時時鐘和輸入/輸出喚醒) 方面不斷創新。

結論

高效能 MCU 使處理器級運算變得更加普及，為設計人員和系統翻開了新的一頁。隨著應用的不斷演變和設計工程師在其系統中充分發揮高效能 MCU 的潛力，MCU 創新者、產品設計師和消費者都將能完整體驗新功能的益處。