嵌入式系統(tǒng)已成為生活中不可或缺的一部分。嵌入式系統(tǒng)的各種創(chuàng)新開辟了幾個新的商機，吸引了行業(yè)巨頭和創(chuàng)業(yè)公司的關注。不斷增長的業(yè)務潛力促使公司投資于未來的產(chǎn)品創(chuàng)新。嵌入式設計師一直面臨著創(chuàng)新的壓力，以滿足這些市場需求。

隨著商業(yè)潛力的增加，許多公司已經(jīng)進入這個領域，創(chuàng)造了激烈的競爭。為了實現(xiàn)差異化，公司正專注于增強產(chǎn)品供應和優(yōu)化成本競爭力。

微控制器是嵌入式系統(tǒng)的關鍵組件，必須跟上不斷變化的系統(tǒng)需求的挑戰(zhàn)。這導致PIC?微控制器的推出與Microchip Technology的集成度達到了新的水平。

具有內(nèi)核獨立外設的PIC單片機

這些新型PIC單片機引入了 - 芯片獨立核心外設（CIP）提供靈活性，可擴展性和增強性能，以滿足不斷變化的創(chuàng)新需求，同時仍保持低功耗和成本競爭力。

CIP提供增強的性能，靈活性和可擴展性具有以下功能：

獨立模塊，無需中央處理單元（CPU）的持續(xù)監(jiān)控即可運行

高吞吐量和接近零延遲的專用硬件

與其他片上外設直接交互以實現(xiàn)自持式閉環(huán)系統(tǒng)，提供更高的集成度

智能模塊幾乎不需要處理器資源即可運行

低功耗消費與capabi在節(jié)能模式下運行，使其成為低功耗設計的理想選擇

圖1：Microchip的帶有CIP的PIC單片機提供多種功能優(yōu)勢

CIP采用硬件設計，以經(jīng)濟高效的方式實現(xiàn)目標功能。與需要閃存，RAM，必要處理器帶寬和外部組件的用戶固件類似的實現(xiàn)相比，使用CIP設計系統(tǒng)功能的增量成本要低得多。 CIP允許PIC MCU執(zhí)行極其復雜和專用的任務，幾乎不與CPU交互。這樣可以降低整體功耗，同時還可以釋放CPU來執(zhí)行其他任務。此外，通過使用集成外設替換片外分立元件，CIP可顯著節(jié)省BOM成本。此外，CIP使并行處理能夠與CPU一起實現(xiàn)，以實現(xiàn)復雜的功能，而無需具有更高處理能力的更昂貴的MCU。

PIC微控制器中的外設集成

CIP存在于許多PIC MCU上，包括PIC16，PIC18，PIC24，dsPIC33和PIC32MM系列。 16位PIC24和dsPIC33器件中包含的一些CIP包括外設觸發(fā)發(fā)生器（PTG），可配置邏輯單元（CLC），帶隨機數(shù)發(fā)生器（RNG）的加密引擎，帶有消隱和數(shù)字濾波器功能的高速比較器，和多個捕捉/比較/PWM（MCCP）。

圖2：新PIC MCU中的外設集成

使用CIP提高性能

核心獨立外設降低了處理器資源需求并允許并行處理的實現(xiàn)，從而導致增強性能。例如，加密引擎能夠支持AES，DES和3DES對稱加密和解密。為了在軟件中實現(xiàn)這些例程，它需要大約1-6 KB的Flash和100-400字節(jié)的RAM。通過使用加密引擎CIP，幾乎沒有Flash或RAM要求，這些資源可用于執(zhí)行最終應用程序的其他功能。

圖3：加密/解密的閃存和RAM要求

作為硬件模塊的加密引擎與軟件中的類似實現(xiàn)相比具有非常高的吞吐量。加密引擎CIP執(zhí)行加密和解密的速度大約是軟件加密實現(xiàn)的十倍，同時消耗的功率幾乎相同。這些是需要高度安全數(shù)據(jù)吞吐量的功耗敏感應用的重要因素。幾乎相同功耗下的高吞吐量將應用的整體能效提高了大約十倍。由于此CPU在CPU處于待機狀態(tài)時也能夠在低功耗模式下運行，因此可以在需要安全性的電池供電應用中實現(xiàn)整體較低的系統(tǒng)功耗，例如物聯(lián)網(wǎng)（IoT）應用。

用于系統(tǒng)功能擴展和成本節(jié)約的CIP

隨著需求的發(fā)展和促進創(chuàng)新，CIP有助于擴展系統(tǒng)功能。外設觸發(fā)發(fā)生器（PTG）是一個用戶可編程的序列發(fā)生器，可以生成具有復雜輸入的觸發(fā)器，以協(xié)調(diào)其他外設的操作。作為“核心獨立”，PTG在一個外圍設備中滿足多個系統(tǒng)需求。 PTG減少了對CPU干預的需求，并帶來了將多個外設連接到閉環(huán)系統(tǒng)的靈活性和可擴展性，從而擴展了整個系統(tǒng)的功能。

PTG可以有效地用于實現(xiàn)電機控制中的集成功率因數(shù)校正等應用。該應用需要三個PWM通道來控制電機功能，另外還需要一個PWM來控制功率因數(shù)校正（PFC）操作。可以使用簡單的輸出比較（OC）外設來增加器件上可用的PWM通道數(shù)量，超出高速PWM通道。但是，在PFC等應用中，最佳執(zhí)行時間對于在給定的時間窗口內(nèi)完成以下任務非常重要：

同步電機控制PWM和PFC PWM

觸發(fā)模數(shù)轉換器（ADC）動作和切換用于電機控制和PFC信號的ADC通道

這些要求，同步以及ADC觸發(fā)生成都得到有效解決通過單個PTG模塊。通過PTG實現(xiàn)PFC與電機控制的集成，它還消除了對雙芯片設計的需求，從而顯著降低了系統(tǒng)級成本。

能效

便攜式設備，手持設備，可穿戴設備和家庭安全是一些最受歡迎的物聯(lián)網(wǎng)應用。這些應用由電池供電，必須在充電或更換之間延長使用壽命。在這些應用中使用的微控制器必須經(jīng)過功率優(yōu)化和靈活，以實現(xiàn)節(jié)能設計。采用CIP的新一代極低功耗（XLP）PIC MCU提供業(yè)界最佳的低功耗規(guī)范，以滿足低功耗設計要求。

圖4：XLP PIC MCU提供同類最佳的電源規(guī)格

XLP MCU提供一系列低功耗模式，以滿足各種設計要求。 XLP模式根據(jù)用戶配置保持MCU的不同資源處于活動狀態(tài)，而其余模塊則關閉。

圖5：省電模式XLP PIC MCU的實現(xiàn)

為了增強功耗，XLP PIC MCU中的CIP也消耗最少的功率，以幫助實現(xiàn)低功耗實現(xiàn)。

使用CIP提升產(chǎn)品

由于激烈的競爭，許多嵌入式公司都在尋求差異化產(chǎn)品和增強產(chǎn)品，同時最大限度地降低成本。多功能CIP可實現(xiàn)產(chǎn)品增強，無需額外開銷。例如，在提高無人機的承載能力的情況下，需要更高的每分鐘轉數(shù)（RPM）馬達。較高轉速的電機控制通常要求MCU具有更高的處理能力和先進的模擬功能，如高采樣率和多通道ADC。然而，具有消隱和數(shù)字濾波器功能的高速比較器（HS比較器）等CIP的存在以及MCU中的精密電壓參考模塊消除了遷移到先進，成本更高的MCU的需要。外圍組合用作閾值信號監(jiān)視器并有效地監(jiān)視電動機參數(shù)。由于HS比較器沒有正常ADC的低采樣率限制，因此無需在MCU中使用高速ADC。如前所述，CIP的所有這些優(yōu)勢減少了對額外處理器資源的需求，并且無需遷移到更昂貴的MCU。

產(chǎn)品增強的另一個方案是提高公用事業(yè)電表的準確性。公用事業(yè)儀表中的能量測量精度取決于監(jiān)測電壓和電流信號之間的相位差的精度，以計算負載功率因數(shù)。測量兩個信號之間相位差的最常用方法是比較兩個信號的零交叉和外推相位角之間的時間間隔。為了準確估計相位差，采樣率應足夠高，以最大限度地減少外插誤差，如高速ADC。當單個ADC需要采用時分復用方法對所有三個信號（電壓，電流和中性信號）進行采樣時，情況會變得更加復雜。在這種情況下，有效采樣率要求增加了三倍。

圖6：在公用事業(yè)儀表中測量相移以確定功率因數(shù)

可配置邏輯單元（CLC）等CIP通過擴展其實現(xiàn)硬件相位檢測器的能力，有助于提高相位差測量的精度。具有輸入捕捉（IC）外設的CLC可以測量相同頻率的兩個信號之間的相位差。 CIP的組合提供更好的分辨率并提供超前/滯后信息。這擴展了CLC使能增強功能，無需遷移到更昂貴，更高性能的MCU。

圖7：相位檢測器CIP有助于提高相位差測量的準確度

設計優(yōu)化

嵌入式公司的差異化，系統(tǒng)級成本優(yōu)化的目標不能受到影響。 PIC MCU通過各種功能實現(xiàn)了這一目標。

Microchip的PIC MCU與CIP一起，還包括集成模擬外設，如片內(nèi)sigma-delta ADC，高速SAR ADC和集成運算放大器具有內(nèi)置控制功能的芯片可在不需要CPU干預的情況下做出明智的決策。這些集成的模擬模塊無需創(chuàng)建多芯片外部組件設計。集成的單芯片解決方案顯著降低了系統(tǒng)級成本，節(jié)省了PCB空間，提供了更好的優(yōu)化。該解決方案占地面積小，甚至可以滿足空間受限應用（如可穿戴設備和傳感器應用）的要求。

此外，片上CIP有助于實現(xiàn)多個擴展應用并卸載許多應用。來自CPU的確定性例程。因此，使用CIP的應用程序?qū)崿F(xiàn)需要較少的處理器資源，如帶寬，閃存和RAM。通過從CPU中移除負載，CIP可以在沒有昂貴的多核MCU的情況下實現(xiàn)多個并行進程。作為硬件模塊的CIP對刺激響應更快，并以更高的吞吐量實現(xiàn)目標功能。 CIP的所有這些屬性減少了遷移到更高內(nèi)存，更高處理能力的MCU的需求，并優(yōu)化了設計成本。

結論

隨著Microchip專注于創(chuàng)新，PIC MCU不斷發(fā)展更好地滿足客戶現(xiàn)在和未來的需求。目標不僅是解決未來嵌入式系統(tǒng)的技術要求，還要解決整體業(yè)務挑戰(zhàn)。 PIC單片機中的核心獨立外設解決了嵌入式系統(tǒng)中的新興需求和挑戰(zhàn)，并為開發(fā)人員提供了創(chuàng)建突破性應用的靈活性。