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USB應用普及帶動MCU性能提升

上網時間: 2008年07月07日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:MCU  USB  RS-232 

通用串列匯流排(USB)正逐漸取代曾經在通用型微處理器(MCU)中廣為流行的標準串列介面──RS-232匯流排。隨著更多的元件持續整合主機和OTG(On-the-Go)性能以強化早期MCU的終端設備介面,USB的整合性能也不斷提高。市場上最新推出的產品也顯示出USB正大舉朝向更專業化的元件發展,瞄準了諸如汽車、工業以及超低功率消費產品等應用。

不久前召開的嵌入式系統會議(ESC)上所展示的新產品,充分顯示了MCU製造商對於USB的熱情。Atmel和Luminary Micro這兩家採用ARM晶片的供應商,已在其一系列產品中增加了先進USB功能。Atmel公司基於ARM-9核心的SAM9R64 MCU,是針對以USB高速模式(48Mbps)執行的終端設備而設計。Luminary Micro公司基於ARM Cortex-M3核心的Stellaris系列,增加了20個包含USB功能的新成員,其中大多提供主控制器和OTG功能。Microchip公司PIC32系列的新品,以及其最新的PIC23FJ256GI系列中的十幾款16位元MCU也都包含了這樣的功能。

一些準備在近期問世的產品,則致力於將USB功能導入目前尚未實際應用USB的領域中。德州儀器(TI)的MPS430產品行銷經理Kevin Belnap表示:“TI近期將推出超低功率的USB產品,以應用在工業、醫療、消費電子以及其他領域。”

同樣地,針對超低成本應用領域,Microchip公司即將推出具有USB功能的8位元MCU產品線,量產後的售價預期將低於一美元。

USB在嵌入式控制領域的地位似乎註定將持續擴大。NEC公司看好USB在遊戲、工業自動化和建築管理等領域的發展,也提供了一系列具有USB功能的微控制器,。

NEC汽車事業部行銷總監David Stone指出,將USB導入汽車市場也激起了很多人的興趣。“消費者可以將USB隨身碟中的音訊檔下載到汽車娛樂系統中。人們也開始討論如何使用無線USB將家庭伺服器中的影像檔下載到車庫的汽車系統中,並在車內播放。”

在MCU領域中,有許多因素正推動對於USB的廣泛採納。首先,越來越多的用戶使用PC(特別是筆記型電腦)作為嵌入式系統的介面和控制單元。NEC多功能MCU策略事業部高級工程經理Ray Shin表示:“如果所設計的應用是為了要連接PC,那麼它就必須具有USB功能,因為目前的筆記型電腦已不再提供RS-232介面。”TI公司的Belnap對此也表示認同:“PC已經移除串列埠,因此若要進行設備與PC間的配置或資料下載,設備上就必須具備USB介面。”

圖1:隨著對高速、主機和OTG功能支援的出現,MCU中的USB功能也逐漸增強。
圖1:隨著對高速、主機和OTG功能支援的出現,MCU中的USB功能也逐漸增強。

然而即使不需要PC介面的嵌入式應用也開始採用USB。Luminary Micro公司在其Stellaris系列發佈會上指出,工業市場對於USB的標準化連接、熱插拔以及可對設備供電的能力感到興趣。USB介面在不需CPU介入的情況下,可透過DMA介面將資料傳送到記憶體中,這又是它另一個吸引人的平行作業特性。工業系統早已將USB作為與快閃記憶卡連接的介面,透過USB將配置資訊下載到工業系統中,而且不須透過PC,即可直接復原記錄資訊。

不過,為了獲得USB介面的高速和多功能特性也必須付出代價──即設計複雜性的增加。“USB是一個相當複雜的協定。”TI公司的Belnap說,“為了在使用時提升USB的速度,開發者需要配備合適的工具。”Belnap強調,MCU製造商現在必須提供軟體、工具和參考設計以同時滿足初級用戶和具經驗的USB使用者之需求。

Microchip公司高性能MCU行銷經理Terry West也同意上述觀點,他指出,在MCU中增加USB尤其會對軟體產生重大影響。“USB主機堆疊本身就包含超過35kB的二進位程式碼。”

圖2:如安全密鑰等一系列新應用均正提高MCU內建USB連接功能的需求。
圖2:如安全密鑰等一系列新應用均正提高MCU內建USB連接功能的需求。

由於USB是針對PC環境開發的,所以在針對新應用領域(如超低功率消費性產品)進行設計時,USB也帶來了許多挑戰。“超低功率系統通常都是以2顆AAA電池或1顆鈕釦電池供電,其工作電壓比USB介面的工作電壓還低,因而也必須考慮到這個問題。此外,為了延長電池壽命,USB介面心須在未連接的情況下斷電,”Belnap指出。

幸運的是,MCU製造商正設法為用戶解決軟體複雜性和其他設計問題,如對晶片上USB週邊提供完整的軟體支援,包括驅動程式、類型驅動程式,以及主機、元件和OTG功能的堆疊。製造商可自行開發軟體(如NEC和Microchip),或與第三供應商合作(如Express Logic公司對Luminary Micro公司Stellaris系列所提供的USBX支援)。

儘管已開始著手解決這個問題,但MCU製造商需要為USB開發提供更為廣泛的支援。“客戶總是問我們如何才能更省錢。”Shin說,“所以我們必須提供完整的解決方案。”典型的USB製造商支援包括軟體原始程式碼、參考設計、開發板和工具套件。

作者:古韻德





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