亚派科技创新视野:明明白白工控“芯”

2020-04-29 未知 未知
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引言

在华为遭遇美国围追堵截的时候,许多企业都产生兔死狐悲之感。特别是我们国家在IC领域尚处于发展阶段,不少人因为芯片问题而自危,不过困难总是暂时的,当前我们应该对芯片有怎么样的认识,又应当如何选择呢?



芯的认识

毫无疑问,芯片是一切电子设备的关键,特别是核心处理器,我们必须要对其有清晰的认识。

这里暂且不管电脑或者手机类消费电子,只论工控领域,与我们设备息息相关的核心芯片。

通常我们把设备上的主芯片概括称作单片机,但这只是一种对软硬件资源可裁剪的微型计算机的一种统称。事实上,单片机的种类非常繁多,可以分为微型控制器(MCU),微型处理器(MPU),数字信号处理器(DSP),数字信号控制器(DSC)等等。

在数字电子技术蓬勃发展的50年里,芯片架构不断推陈出新,在摩尔定律快要终结的后电子时代,不同应用场景都优胜出典型无可取代的主芯片类型。


ARM

ARM公司设计了基于精简指令集(RISC)的芯片架构,并授权给芯片厂商,我们现在所见的平板电脑,手机等产品都是采用的ARM芯片。

在工控设备中,ARM芯片同样随处可见,具有明显优势,主要体现在性能高、价格低、功耗低。

因为ARM资源丰富,使得其成为一种通用性的多面手,特别在同时需要与多种外部设备通讯或者处理图形界面的时候,选择ARM性价比很高。


DSP

在我们公司的许多设备中,许多都是DSP核心的,在数字信号运算处理系列应用场景中,DSP是当之无愧的王者。

DSP采用了哈佛结构,将程序与数据分开,流水线并行操作数个指令,运算速度快,处理能力强。

当然DSP在资源上远不如ARM,如果外设功能复杂,则需要其他协处理器。


FPGA

FPGA与上面的两者区别明显,严格来说甚至不属于单片机,是一种硬件可编程的半定制化电路,应用它可以灵活实现许多功能,甚至可以定制成ARM或DSP。

由于FPGA通过硬件来实现运算,能够对复杂算法进行并行计算,大幅提高了运算速度,是高端运算应用的不二选择,但成本高也限制了其应用的拓展。


芯的选择

芯片的选择有非常大的灵活性,不同的开发人员的选择也会有所不同,但如何兼顾性能、成本以及必要的预留扩展,这当中取舍有道。

ARM芯片厂商较多,但就市场占有率而言,意法半导体(ST)和恩智浦(NXP)这两家独占鳌头。

ST拥有一条基于ARM Cortex-M系列的完整生态链,涵盖了低功耗应用,低成本应用,以及高性能应用等多种场景。特别是ST的定价策略考虑到了许多成本敏感型客户,许多产品在市场上拥有最高的性价比。


NXP的产品生态也非常丰富,其中不仅有针对通用场景的Kinetis系列芯片,也有主打物联网应用的LPC系列芯片,同时在多媒体和显示方面,也提供了一套高性能I.MX系列芯片。

当然,除了这两家,近年来在国内也涌现了一些ARM生产厂商,能在一定程度上替代进口厂家。比较成功的有兆易科技的GD32系列芯片,灵动微电子的MM32系列等,同等系列Pin to Pin兼容STM32。

DSP最著名的厂商要属德州仪器(TI)和微芯(MICROCHIP)这两家了,由于DSP专为实时确定性处理而构建,所以价格都比较高。

我们公司目前采用的C2000系列芯片,在数年前被TI归为DSP,但现在属于实时微控制器,更突出其控制上的优势。

事实上在处理方面,TI早就推出了C5X和C6X系列芯片产品,其中C5X主打低功耗,而C6X号称全球最快DSP。

我们HMI产品上用的PIC33芯片则是MICROCHIP出货量非常大的一款16位DSC,也是偏向于控制。

而国内能够实现批量DSP的厂家很少,进芯电子目前有一些低端DSP,最高性能的一款也仅可对标TI的28335。

市场上的FPGA主要是赛灵思(Xilinx)和阿尔特拉(Altera)比较多,其中Xilinx是全球领先的可编程逻辑完整解决方案供应商,产品除了FPGA,也包括了CPLD,后者在某些控制方面速度更快,但逻辑资源少。而Altera是可编程芯片系统解决方案的倡导者,面向众多客户需求,提供灵活集成的产品服务。

在计算控制类应用上,以TI和MICROCHIP公司的DSP/DSC作为优选,满足时间严苛型计算及控制。如果兼顾成本,可以在满足性能要求的情况下,选择ARM Cortex-M系列中的高端芯片。

显示通讯类应用选择ARM芯片为宜,高端产品可使用ARM Cortex-A系列,但复杂图形渲染,必须联合FPGA/DSP进行,否则算力不够。

在大数据处理应用或硬件资源不足的情况下,FPGA/CPLD是非常好的选择,能够灵活拓展硬件功能,并行快速进行逻辑计算。

不过随着跨学科技术的深入发展,现在的工业应用界限有时比较模糊,各个领域都相互交叉,所以一些跨界多核处理器也应运而生。比如在电力应用场景下,TI的一款OMAP系列芯片被长期广泛使用,这个系列是DSP+ARM多核芯片,既能够满足实时计算,同时也兼顾通讯与显示。

亚派科技在选择芯片时,首先综合评估应用场景需求,同时建立健全多种场景应用芯片平台,拓宽产品生态,满足客户日新月异的应用需求。