Десять 32-битных микроконтроллеров, питающих системы встраиваемых систем следующего поколения

В 1974 году компания Texas Instruments выпустила TMS1000, первый коммерчески доступный микроконтроллер (MCU). Этот прорывной (для своего времени) компонент объединил в себе 4-битный ЦПУ, 1 КБ ПЗУ, 256-битную ОЗУ и линии ввода/вывода, все на одном чипе. Сегодня высокопроизводительный 32-битный MCU с 2 МБ встроенной SRAM может достигать скорости 1 ГГц, работая как минимум в 2500 раз быстрее, чем пионерский TMS1000. 

Микроконтроллеры эволюционировали от простых калькуляторов до сложных процессоров, которые управляют всем, от идеального приготовления кофе в вашей кофеварке до жизненно важных медицинских устройств. По мере распространения устройств IoT, 32-битные MCU переписывают правила того, что возможно в встроенных системах.                   

Возвышение 32-битных MCU

Хотя 8-битные и 16-битные MCU по-прежнему занимают значительную долю рынка, 32-битные MCU быстро набирают популярность. Согласно недавним исследованиям рынка, сегмент 32-битных MCU ожидается достигнет 40% доли рынка к 2036 году и будет "доминировать на рынке", опережая рост 8-битных и 16-битных аналогов. Это свидетельствует о явном сдвиге в сторону более мощных и универсальных 32-битных микроконтроллеров.

Несколько факторов способствуют возрастающему внедрению 32-битных МК:

• Увеличенная вычислительная мощность
• Большая емкость памяти
• Расширенные периферийные устройства
• Лучшая энергоэффективность
• Повышенная поддержка сложных алгоритмов и протоколов связи

Эти возможности делают 32-битные МК хорошо подходящими для применения в автомобильных системах, промышленной автоматизации, устройствах IoT и потребительской электронике.

Определение совершенства: 10 ведущих 32-битных МК

Давайте рассмотрим десять популярных семейств 32-битных МК и что делает их особенными:

Part Insights Experience

Access critical supply chain intelligence as you design.

Learn More

1. STMicroelectronics STM32: Семейство МК STM32 предлагает широкий выбор вариантов, от ультранизкопотребляющих моделей до высокопроизводительных мощностей с тактовой частотой до 480 МГц и производительностью более 1000 DMIPS.
2. Espressif Systems ESP32: С интегрированной поддержкой Wi-Fi и Bluetooth, ESP32 является фаворитом среди разработчиков IoT. Его двухъядерный процессор и обширная поддержка периферийных устройств помогают создавать сложные подключенные продукты, сохраняя при этом конкурентоспособное энергопотребление. 
3. NXP i.MX RT: Эта серия стирает границы между микроконтроллерами и микропроцессорами, предлагая тактовые частоты до 1 ГГц с ядрами Arm Cortex-M7. Эти компоненты превосходно подходят для приложений, требующих обработки в реальном времени и продвинутых графических возможностей.
4. Renesas RX: Оснащенная 32-битной улучшенной архитектурой Harvard CISC, серия RX предлагает высокую плотность кода и впечатляющую производительность, причем некоторые модели достигают 3.08 CoreMark/MHz. Память flash без задержек и интегрированные функции DSP позволяют обрабатывать данные в реальном времени без внешнего ускорения.
5. Microchip PIC32: Опираясь на наследие микропроцессоров Microchip, серия PIC32 предлагает надежную производительность и широкий спектр интегрированных периферийных устройств. Они превосходно подходят для приложений, требующих управления в реальном времени и обработки сигналов. 
6. Microchip SAM: Полученная от Atmel, серия SAM включает в себя микроконтроллеры Cortex-M, известные своим низким энергопотреблением и высокой производительностью. Целевые области применения варьируются от ультранизкопотребляющих приложений до высокопроизводительной встроенной обработки с интегрированными периферийными устройствами.
7. NXP Kinetis: Семейство Kinetis предлагает широкий портфель микроконтроллеров для различных уровней производительности и интеграции. В серию входят специализированные варианты, оптимизированные для промышленного управления, управления двигателями и приложений IoT.
8. TI MSP432: MSP432 от Texas Instruments сочетает в себе наследие низкого энергопотребления MSP430 с производительностью ядер ARM Cortex-M4F, предлагая отличный баланс эффективности и вычислительной мощности.
9. Silicon Labs EFM32: Разработанный с учетом энергоэффективности, серия EFM32 отличается в приложениях, работающих от батарей и использующих сбор энергии. Они обладают ультранизким энергопотреблением в режимах ожидания и быстрым временем выхода из них. 
10. Infineon XMC Series: Серия XMC предназначена для промышленных приложений, предлагая высокоточные аналоговые интерфейсы и возможности управления двигателями. Эти Cortex-M микроконтроллеры идеально подходят для автоматизации на производстве, преобразования энергии и систем промышленного IoT.

Пионерские изменения в различных секторах

Возможности и производительность ведущих 32-битных микроконтроллеров позволяют достигать значительного прогресса во встроенных системах в различных секторах:

Автомобильная промышленность: Современные автомобили в значительной степени зависят от встроенных систем, управляемых 32-битными микроконтроллерами. Эти микроконтроллеры обеспечивают обработку данных сенсоров в реальном времени для избежания столкновений и управляют сложным управлением силовой установки в электромобилях, фактически превращая автомобили в компьютеры на колесах.

Промышленный IoT: В умных фабриках и промышленной автоматизации 32-битные микроконтроллеры питают встроенные системы, которые контролируют производственные линии, оптимизируют использование энергии и предсказывают потребности в обслуживании. Они обеспечивают улучшенную связь и вычислительную мощность, необходимые для интеграции промышленного оборудования в экосистему IoT.

Потребительская электроника: От умных устройств для дома до носимой электроники, 32-битные МКУ обеспечивают производительность и энергоэффективность, необходимые для устройств следующего поколения. Например, они выполняют сложные алгоритмы в умных термостатах; в носимых устройствах они предоставляют продвинутые функции мониторинга здоровья и увеличивают время работы от батареи. 

Медицинские устройства: Точность и надежность 32-битных МКУ критически важны для встроенных систем в жизненно важном медицинском оборудовании и переносных диагностических устройствах. Они обеспечивают точную обработку данных и безопасное управление информацией о пациентах в устройствах, таких как инсулиновые помпы и переносные мониторы ЭКГ.

Part Insights Experience

Access critical supply chain intelligence as you design.

Learn More

Аэрокосмическая промышленность и оборона: 32-битные МКУ управляют встроенными системами во многих приложениях аэрокосмической промышленности и обороны, начиная от систем управления полетом и заканчивая устройствами для защищенной связи. Они предлагают высокую производительность, необходимую для обработки данных в реальном времени в авионике, и обеспечивают функции безопасности, требуемые для чувствительных военных приложений.

Умное сельское хозяйство: Встроенные системы, которые мониторят состояние почвы, контролируют ирригацию и управляют скотом, позволяют использовать техники точного земледелия. Эти системы используют 32-битные МКУ для анализа данных с различных датчиков для оптимизации урожайности и использования ресурсов.

Управление энергией: В решениях для устойчивой энергетики 32-битные микроконтроллеры (MCU) играют ключевую роль для встраиваемых систем в технологиях умной сети, солнечных инверторах и системах управления батареями. Они позволяют реализовывать сложные алгоритмы управления энергопотреблением и осуществлять мониторинг производства и потребления энергии в реальном времени.

По мере развития встраиваемых систем 32-битные MCU все чаще используются для выполнения сложных вычислений, управления разнообразными периферийными устройствами и обеспечения надежных функций безопасности. Этот тройственный набор продвинутых возможностей будет продолжать стимулировать инновации в различных отраслях. 

Будущее 32-битных MCU

По мере продвижения вперед несколько тенденций влияют на эволюцию 32-битных MCU:

Meet US Government Security Requirements

Foster real-time collaboration with enhanced data security and access controls

Find Out More

1. Увеличение интеграции ИИ и машинного обучения: Производители MCU внедряют специализированные вычислительные блоки нейронных сетей (NPU) и оптимизированные наборы инструкций для задач ИИ. Это позволит осуществлять более интеллектуальное принятие решений на периферии, сокращая задержки и потребности в пропускной способности для устройств IoT.
2. Улучшенная архитектура безопасности и функции: Некоторые микроконтроллеры следующего поколения интегрируют более сложные модули аппаратной безопасности, механизмы безопасной загрузки и специализированные ускорители криптографии. Это усиленное основание безопасности защищает от развивающихся киберугроз, сохраняя при этом производительность системы в чувствительных приложениях.
3. Дальнейшее повышение энергоэффективности: Ожидается, что будущие микроконтроллеры (MCU) продвинут границы низкопотребляющей работы за счет продвинутых техник управления питанием и более эффективных режимов сна. Это позволит увеличить время работы от батареи в портативных устройствах и открыть новые возможности в системах сбора энергии.
4. Больше внимания к обработке данных в реальном времени для вычислений на периферии: Микроконтроллеры оптимизируются для детерминированной работы с низкой задержкой, чтобы поддерживать критически важные приложения в реальном времени. Эта тенденция позволит реализовать более сложные системы управления и обработку данных с чувствительностью к времени непосредственно на периферийных устройствах, сокращая зависимость от облачной инфраструктуры.
5. Продолжение расширения вариантов беспроводного подключения: Будущие микроконтроллеры, вероятно, будут поддерживать новые стандарты беспроводной связи, такие как Wi-Fi 6, 5G NR-Light и продвинутые протоколы Bluetooth. Это улучшенное подключение облегчит интеграцию микроконтроллеров в сложные экосистемы Интернета вещей и откроет новые возможности использования в таких областях, как умные города и промышленная автоматизация.

Эти разработки приведут к еще более мощным и универсальным микроконтроллерам. Эти компоненты следующего поколения будут способны обрабатывать все более сложные задачи на краю сетей, сохраняя при этом эффективность и экономичность, которые делают их такими привлекательными для проектирования встроенных систем.

Встроенные системы завтрашнего дня

От их скромных начал в качестве базовых калькуляторов до их нынешней роли в качестве основы интеллектуальных устройств, микроконтроллеры значительно превзошли ожидания рынка. С вычислительной мощностью, измеряемой в гигагерцах, и памятью в мегабайтах, современные МКУ позволяют достигать инженерных прорывов, которые ранее были возможны только на специализированных процессорах. 

Поскольку автомобильные системы требуют более сложной обработки данных в реальном времени, медицинские устройства требуют повышенной точности, а промышленная автоматизация стремится к большей интеллектуальности на периферии, производители МКУ поднимаются на высоту задачи, разрабатывая всё более мощные и эффективные компоненты. Для дизайнеров встроенных систем выбор МКУ никогда не был более критичным – или захватывающим.