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    標題 ADI 帶你走進 MCU 的神秘世界：無處不在的“幕后英雄”
    分類 熱點事件
    內容 *** 次數：60000 已用完，請聯系開發者***

    現代信息社會，是半導體技術支撐起來的社會。在各種各樣的設備中，運行著無數各種各樣的芯片，它們各司其職，推動著生產生活。

    其中有的芯片廣為人知，比如 CPU、GPU，但也有海量的芯片默默工作在幕后，扮演著 " 無名英雄 " 的角色，比如說 MCU。

    近日，ADI 亞德諾半導體公司就帶我們探尋了一番 MCU 世界的秘密。

    一、什么是 MCU？

    MCU、微控制器、單片機……這三個名字更新不少人都聽過。

    事實上，它們三個如今的含義是完全相同的 ( 歷史早期微控制器 / 單片機略有不同但不大 ) ，等于一個人有三個名字。

    MCU 是一個英文縮寫，全稱為 "Microcontroller Unit"，翻譯過來就是 "" 微控制器單元

    的意思，簡稱微控制器。

    MCU 誕生于 20 世紀 70 年代，就是將 CPU 處理器、RAM 內存、ROM 存儲、I/O 輸入輸出等微型計算機的主要功能集成在一顆單芯片上實現，所以最初叫做 " 單片微型計算機 " ( Single Chip Microcomputer ) ，簡稱單片機。

    為方便表述，下文統一使用 MCU。

    63bbb42b8e9f0931285ab18b_10240620.jpgMCU 在電子系統里起著至關重要的作用，可以按照一定的程序，對系統其它部件進行控制和管理，也可以收集外界或者內部的數據，進行處理計算，并做出決策，可以說是電子系統的 " 大腦 "。

    事實上，MCU 已經滲透在我們生產生活的方方面面，幾乎沒有哪個地方找不到它的蹤跡。

    尤其是在日漸普及的智能生活中，微控制器更是發揮著不可替代的作用。

    比如一臺智能洗衣機，它怎么知道衣服已經洗好了？用了多少電？

    比如一部智能手表，它怎么測量心率、血氧、睡眠，并分析健康度的？

    這些都是 MCU 的基礎功勞。

    63bbb42b8e9f0931285ab18c_10240620.jpg二、ADI 是干什么的？有哪些 MCU？

    ADI（亞德諾半導體）創立于 1965 年，總部設在美國馬薩諸塞州諾伍德市，設計和制造基地遍布全球，是業界公認的數據轉換和信號處理技術領先供應商，擁有 6 萬 + 世界各地的客戶，涵蓋全部類型的電子設備制造商。

    在模擬 IC 領域，ADI 一直高居第二，2021 年銷售額 94 億美元，同比增長 21％，占據 12.7％的市場份額。

    63bbb42b8e9f0931285ab18d_10240620.jpgADI 以其出色卓越的高精度信號鏈和電源產品聞名，但在 MCU 領域同樣布局久遠，1995 年至今累計出貨量已超過 10 億顆。

    從 1995 年誕生的 8051 系列，到 2004 年推出的 MAXQ 系列，再到 2012 年之后的 ARM 內核系列，以及 2020 年開創的全新邊緣 AI 系列，一直在 MCU 領域占據舉足輕重的地位。

    63bbb42b8e9f0931285ab18e_10240620.jpgADI MCU 產品根據功能應用，主要分為三大類。

    第一類是低功耗 MCU，具備體積小、功耗低、存儲大的特點，屬于通用型產品，可廣泛用于工業、物聯網、醫療、消費類等領域。

    它還可以細分出一支低功耗藍牙 MCU 系列，專用于藍牙通信設備。

    第二類是安全 MCU，具備安全的系統架構，具有很強的抗攻擊加密能力，適用于對安全要求較高的智能設備、終端，比如 POS 機、讀卡器等。

    第三類是人工智能 MCU，實際上脫胎于低功耗 MCU，但具備 AI 能力，可以將 AI 推理從云端推向邊緣端，非常適合電池供電的 AIoT 設備和場景，比如說智能家居、人臉打卡、語音控制等。

    63bbb42b8e9f0931285ab18f_10240620.jpg以下是 ADI MCU 的一些典型產品，以及關鍵規格，包括核心架構與頻率、內存與存儲容量。

    可以看到，頻率基本都在 100MHz 上下，內存都不超過 1MB，存儲不超過 3MB，畢竟是 " 微 " 控制器，不需要太多算力，更關鍵是功耗得超級超級低。

    63bbb42b8e9f0931285ab190_10240620.jpgADI 表示，其 MCU 產品具備功耗低、接口優、通訊新、評估全、開發易、安全強等六大特色。

    具體來說，功耗方面，支持靈活的操作模式和超低功耗，可以延長系統續航時間；

    接口方面，具備高速、安全的多時鐘選項，可以優化程序性能；

    通訊方面，集成最新的 BLE 低功耗藍牙，支持遠程模式、BLE 音頻等，允許設備在更遠的范圍內通信；

    評估方面，針對大多數產品提供完備的評估方案和開發示例，硬件包括評估板、演示套件等；

    開發方面，提供 SDK、庫文件、驅動代碼等，從而簡化難度、加快速度；

    安全方面，具備 30 余年的 IP 保護和信任根研發經驗，可極大增強系統安全性，可快速、高效地為產品增加安全加密、密鑰存儲、防篡改等功能。

    63bbb42b8e9f0931285ab191_10240620.jpgADI MCU 有著豐富的開發資源支持，包括多種評估套件、開發板與參考設計，包括豐富的軟件庫和設計文檔，包括編程與調試 IDE，以及線上線下技術支持。

    ADI 中國技術支持中心高級工程師辛毅打了個形象的比方，就像做飯的時候，不但有全套的食材、菜譜、廚具，還有料理包，只需加熱就能上桌。

    63bbb42b8e9f0931285ab192_10240620.jpg63bbb42b8e9f0931285ab193_10240620.jpg三、ADI 邊緣 AI MCU

    AI 已經無處不在，IoT 也無處不在，二者融合就是 AIoT。

    問題在于，海量的設備和數據必然需要大量的矩陣據算，意味著大量的存儲空間、強大的計算能力、高速的數據交互，成本很高，而以往必須以來云端大型服務器才能滿足，IoT 又是物與物互連，絕大多數設備都是電池供電，在本地彼此通訊。

    這就催生了邊緣 AI 技術，也叫終端 AI，起源于 20 世紀 90 年代誕生的邊緣計算，是相對于云端 AI 的概念。

    有了邊緣 AI 技術，就不必再將數據集中在云或數據中心進行處理，而是在靠近用戶本地的終端網絡邊緣即可執行 AI 運算，本地設備可以自行運算與決策，無需接入互聯網。

    邊緣 AI 具備實時性好、帶寬資源要求低、隱私性高等特點，特別適合 IoT 應用，包括森林火災監測、公路鐵路大壩塌方檢測、語音識別、人體數據分析等等。

    邊緣 AI 就像《韓非子 · 說林上》里說的：" 失火而取水于海，海水雖多，火必不滅矣，遠水不救近火也。"

    63bbb42b8e9f0931285ab194_10240620.jpgADI 的邊緣 AI MCU 解決方案是 MAX7800X 系列，集成 Arm Cortex-M4F、RISC-V 架構的兩個微控制器內核負責數據加載和啟動，還有 CNN 卷積神經網絡加速器負責 AI 推理。

    該方案在本地即可完成全部工作，無需連接互聯網。

    兩個內核也有個不同的分工，其中 Cortex-M4F 負責應用和通信，內部集成 Flash、SRAM。

    RISC-V 則是一顆小內核，32 位精簡指令集，主要配合 CNN 工作，將輸入的數據傳輸至存儲空間再交給 CNN 來處理。

    ADI 指出，RISC-V 的功耗非常低，尺寸比較小，而且是開放式的，很多用戶都喜歡，ADI 也有自己研發的知識產權，未來可能會推出更多基于 RISC-V 的產品。

    值得一提的是，微控制器內核完成加載和啟動之后就可以休息了，不再耗電，因此整體功耗非常低。

    63bbb42b8e9f0931285ab195_10240621.jpg該系列方案有兩個版本 MAX78000、MAX78002，后者規格更高，具備更快的頻率、更大的存儲空間，處理速度更快，而且除了圖像、音頻還可以處理視頻。

    63bbb42b8e9f0931285ab196_10240621.jpg這一方案相比于純軟件方案數據吞吐量高出 100 倍，相比于 FPGA 或 GPU 方案成本微不足道，相比于微控制器加 DSP 方案功耗不到百分之一，因此在性能、功耗、成本等方面達到了最優的平衡，而且尺寸小巧。

    如果使用傳統微控制器執行 AI 推理，功耗開支會非常大，而使用單獨的卷積神經網絡加速器，只需非常少的功耗即可達到同樣的效果。

    63bbb42b8e9f0931285ab197_10240621.jpg相比于競品，性能和能效也是碾壓級的存在。

    63bbb42b8e9f0931285ab198_10240621.jpg開發支持方面，ADI 邊緣 AI MCU 提供豐富的數據手冊、文檔、評估套件、視頻、筆記、工具、例程等等，還有參考設計相機模組。

    63bbb42b8e9f0931285ab199_10240621.jpg該方案已經應用的實例場景有：打卡考勤與智能門鎖人臉識別、語音識別、攝像頭物體識別、智能音箱、電動窗簾、智能照明、相機雞蛋計數、車載冰箱、智能頭盔、管道泄露檢測、垃圾分類等等。

    63bbb42b8e9f0931285ab19a_10240621.jpg63bbb42b8e9f0931285ab19b_10240621.jpg63bbb42b8e9f0931285ab19c_10240621.jpg63bbb42b8e9f0931285ab19d_10240621.jpg四、ADI 低功耗 MCU

    ADI 的低功耗 MCU 采用單一芯片設計，集成度高，一顆的功能就能替代以往的多顆，甚至還有電源管理模塊。

    如此一來，單一系統就可以使用相當數量的 MCU，各自負責邏輯與控制、傳感器數據收集、藍牙連接等不同功能，功耗超低的同時，還能滿足豐富的功能需求。

    63bbb42b8e9f0931285ab19e_10240621.jpgADI 的低功耗 MCU 也有著廣泛應用，比如監測污水、原油、自來水等的工業流量計，傳統上需要 MCU、高精度 ADC、運算放大器、HART 模塊等多顆芯片，ADI MAX32675 單芯片就集成了上述功能，可以大大降低系統的尺寸，并節約物料成本。

    還有使用 MAX32672 方案的工業光學式氣體探測儀、MEMS 傳感器，等等。

    63bbb42b8e9f0931285ab19f_10240621.jpg在消費類設備中，可穿戴智能手表可以使用 ADI MAX32650，它集成 1MB Flash、3MB RAM，能支持較大規模的數據存儲和計算，非常適合需要收集大量數據的智能手表，高安全性也能保證用戶隱私數據不會被泄漏。

    還有使用 MAX32660 的真無線耳機、掃地機器人，使用 MAX32666 的心電 T 恤，使用 MAX32680 的連續式血糖監測儀等等。

    包括最近火爆的血氧儀，ADI 也早在新冠疫情前就有專門的血氧檢測方案、血氧飽和度檢測芯片，以及專用算法，可以方便地構建產品。

    63bbb42b8e9f0931285ab1a0_10240621.jpg五、ADI 安全 MCU

    安全是永恒的話題，尤其是隨著 IoT、AIoT 設備的應用日益廣泛，數據量日益龐大，還有潛在風險環境，很容易遭到物理攻擊。

    多年來，ADI 積累了大量實時代碼與數據加密專利技術，廣泛應用于安全 MCU 產品，符合 EMV、PCI、FIPS 等安全標準，可以低于側信道攻擊。

    比如說專門的 ChipDNA PUF 電路，可產生密鑰以實現強大的防物理攻擊能力，確保系統密鑰不會落入黑客之手。

    還有閃存加密、安全存儲功能，可以使敏感數據抵御最先進的物理探測手段，從而實現可靠的 IP 保護。

    當然，既然是 MCU，安全的同時，低功耗、小尺寸也是必需的。

    63bbb42b8e9f0931285ab1a1_10240621.jpg63bbb42b8e9f0931285ab1a2_10240621.jpgADI 安全 MCU 也有著豐富的應用場景。

    比如在電子現金領域，可以對 POS 機、ATM 機進行加密；

    在智能家居領域，可以對訪客的身份簽名進行驗證，并實現各傳感器數據的加密傳輸；

    在信息系統領域，可以實現訪問授權和簽名檢查；

    在遠程醫療領域，可以保證患者的健康隱私不被泄露等等。

    63bbb42b8e9f0931285ab1a3_10240621.jpg怎么樣？通過這次介紹，是不是對小小的 MCU 有了全新的認識？正是有了這些幕后英雄，我們的生活才更加智能、便捷。

    相信在未來，MCU 的功能會愈加強大，應用會愈加廣泛，期待 ADI 帶來更豐富、更優秀的產品。

        ADI 帶你走進 MCU 的神秘世界：無處不在的“幕后英雄” 車水朝夕口若懸河相處馬龍16. 指尖跳動，舞蹈在自我的世界，而心被風吹拂著，在微涼的紅塵深處，一枚青苔滋生的記憶彌漫著。Not only...but also：不僅......而且......336.只要功夫深，鐵杵磨成針。祝穆《方輿勝覽?眉州?磨針溪》    安公子　袁去華116王維：山居秋暝ai,芯片,risc-v,智能手表,aiotActually, persons in status societies who are secure in their niches (適當的位置)are allowed more eccentricity than Americans, who rely heavily on signals that other people like them.
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