作者：Pin Tsalin, Bridgetek

微控制器單元（MCUs）有效地構成絕大多數(shù)現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)設計基礎，為工程師提供靈活性與符合成本效益的適當強大性能。由于這些特性，它們已經(jīng)達成驚人的銷售數(shù)量（根據(jù)IC Insights的數(shù)據(jù)，去年有近230億件裝置出貨）。隨著MCU市場成熟，已經(jīng)越來越集中于少數(shù)且廣泛使用通用架構。 然而，這幾乎完全與某些嵌入式市場的需求背道而馳。 以下的文章，我們將探討在某些工程師想要的內容與他們實際期望的差距。

雖然MCU系列與其核心平臺的通用性明顯是這些裝置取得非凡的成功主要因素，但也限制其使用范圍。這可能會在將來留下越來越少的差異化空間。業(yè)界關注的應用焦點，例如物聯(lián)網(wǎng)等讓大量的MCU被引入市場，其中首要的目標是保持功率消耗盡可能小，并保持高水平的安全性，只支持連接選項為無線傳輸。盡管這樣做可以確保在此領域的機會，同時其他必要的完全不同功能應用程序，處于被忽視的風險。

一個恰當?shù)睦釉谙到y(tǒng)設計中，有大量的多媒體數(shù)據(jù)需要處理?，F(xiàn)代通用MCU對于這樣的工作因裝備不足，往往難以應付。 他們的處理資源一度處于不同的方向，試圖處理進來的數(shù)據(jù)，在同一時間還必須參加其他標準的操作功能。 因此，可能會出現(xiàn)延遲問題。 這直接與其強制執(zhí)行確定性操作的應用場景沖突。例如，復雜的機器視覺系統(tǒng)檢查PCB上的焊料，不能被緩沖所中斷。

在MCU提供足夠的I/O通常是無法充分考慮的另一個領域，盡管現(xiàn)在存在于嵌入式設計中，有各種不同的接口技術。 例如，在MCU實現(xiàn)USB通常不容易做到，因為軟件開發(fā)方面往往沒有充分地被覆蓋。 因此，嵌入式工程師通常沒有擁有所需要的軟件支持。 此外，MCU通常只具有USB從端（不是USB主端）功能。

應當體會到，一般來說，目前市場上大多數(shù)MCU的I/O支持遠遠不夠。 提供廣泛的連接功能，將在未來變得越來越重要。特別是可能需要對I/O進行分組，這將使得MCU更適合處理具體的應用程序類型。

MCU往往是工程師常采用的途徑 - 當然系統(tǒng)單芯片（SoC）選項也可供考慮。 與MCU相比，提供更優(yōu)化的解決方案、具更高的性能參數(shù)、與更小的占用面積和長期的成本優(yōu)勢。 然而，還有許多問題對他們的吸引力產(chǎn)生重大影響。 前期的財務投資，工程成本和SoC開發(fā)所涉及的時間都需要考慮。為了判斷采取行動的理由，前提是未來對高單位需求的絕對信心，或者長時間不需要改變設計。 即使這樣，也有相關的風險。 如果發(fā)現(xiàn)一個錯誤，那么可能需要時間來糾正這個問題，導致最終產(chǎn)品的發(fā)布延遲。 由于這樣的原因，去購買現(xiàn)成的裝備仍然可能是有利的。

然而絕大多數(shù)MCU供應商都集中在軟件實現(xiàn)的特性和功能，Bridgetek的策略是更多功能通過硬件執(zhí)行。 因此，本公司的FT900和FT930系列可以提供通用MCU缺乏的性能優(yōu)化操作。 先進的橋接技術是關鍵。 通過使用它，這些MCU可以在快速 I/O 之間提供專用橋接，允許分立設計元件訪問最適合的可用硬件。 這意味著MCU上不同程序處理和 I/O 元件的接口可以被完全確定性方式完成（毫無延遲發(fā)生的威脅）。

圖1描述一個相關的應用實例。 這里存在觸摸控制的多顯示系統(tǒng)，其適合于部署在銷售點（PoS）或數(shù)字廣告系統(tǒng)環(huán)境。圖像內容可以運用系統(tǒng)，呈現(xiàn)在4個顯示屏幕上滾動。 觸摸操縱可以被單獨地于每個顯示器運作或者同時于所有顯示器中運作-從而提供更引人注目的用戶體驗，吸引人們的注意（零售店購物者，火車站乘客等）。 本示例強調Bridgetek FT930 MCU創(chuàng)建USB橋接的能力，然后通過專有的 D2xx USB 引擎控制4個獨立的SPI外設。 在這種特殊情況下，外設是圖形控制器芯片內置觸摸功能。

通過在USB 2.0 D2XX通道的通信，MCU接收由主機PC提供的內容數(shù)據(jù)，并將其應用于不同的顯示器。大型全景圖像被分割成圖像片斷，并作為JPEG圖像存儲在主機PC上。 MCU向PC發(fā)送命令以獲取所需的圖像片斷，并將其傳送到相應的圖形控制器，使得它們可以被解碼和顯示。它能夠通過集成的四線式SPI（QSPI）接口資源控制4個連接的FT813 EVE圖形控制器。這意味著能有效地作為控制中心 - 將數(shù)據(jù)分送到多個顯示器（而不僅局限于單個點對點布局）。同時，MCU掃描4個觸摸啟用面板以進行任何用戶輸入，並記錄加速，減慢或凍結圖像內容的觸摸和滑動。根據(jù)應用程序的性質，可以水平或垂直滾動圖像。在任何給定時刻，獲取、下載、解碼和顯示4個圖像片段，以便實現(xiàn)平滑的滾動外觀。如果嘗試使用通用MCU來進行這種復雜的設置，則需要克服許多挑戰(zhàn)。這些將首先涉及USB從端的開發(fā)代碼（將會花費相當多的時間和精力）。此外，可能還需要菊花鏈連接幾個MCU（提高材料清單成本，占用更多的PCB空間，增加系統(tǒng)功耗預算，增加總體復雜性）。此外，由于缺少Q(mào)SPI功能，該菊花鏈可能對系統(tǒng)的速度造成嚴重的限制。

圖2顯示另一個應用程序實例 - 此實例與數(shù)據(jù)流相關。例如，這種設置可能有利于家庭的安全目的?！爸悄荛T鈴”此類產(chǎn)品已經(jīng)擁有越來越吸引眾多廣大民眾關注。由遠程相機捕獲的視覺通過CAN總線（或者可能在一些情況下經(jīng)由以太網(wǎng)）橋接到支持觸控功能的顯示器，使得設備可以被控制。在其他情況下，例如監(jiān)視或工廠視察，用戶將需要確保實時觀看內容，而不會發(fā)生緩沖的威脅。通過觸摸控制，他們可以凍結顯示（如果他們看到潛在的問題），然后放大感興趣的特定區(qū)域進行仔細檢查。 MCU能夠利用附隨的EVE圖形控制器的觸控和音頻特征來呈現(xiàn)來自攝影機的視頻數(shù)據(jù)（加上屏幕顯示的用戶手冊），同時還捕捉觸控屏輸入和播放合成的聲音。數(shù)據(jù)流的速率適用于特定攝像機的分辨率和幀速率。 Bridgetek 的MCU具有CAN，攝像機連接和以太網(wǎng)端口功能有助于實現(xiàn)這類設置，而大多數(shù)通用MCU不具有所需的廣泛接口，因此（再次）使得系統(tǒng)更難以實現(xiàn)。

最后一個實例是音頻分配。 會議廳可以具有多個麥克風網(wǎng)絡連接到不同揚聲器的復雜布置。 這很可能要求以太網(wǎng)基礎設施安裝。 數(shù)據(jù)吞吐量和避免延遲問題的需要，此意味著MCU橋接將再次成為最好的方法。

簡而言之，性能增強的MCU采用快速橋接顯示其有效性在嵌入式系統(tǒng)的實現(xiàn)，如剛才所述。 他們能夠提供一種更有效的方式來滿足現(xiàn)代多媒體 /人機界面 /音頻 / 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)設計所設定的要求，而不是當前過多功能的“一體適用”解決方案。 這將意味著工程師將不需被迫做出不必要的取舍。