圖形需求通常是選擇操作系統的主導因素。控制應用不但需要2D或3D圖形、視頻流以及更高的顯示分辨率，通常還需要功能齊全的RTOS、Embedded Linux或Windows Embedded CE操作系統，并將通過功能強大的處理器在家庭中得到應用，這些基于ARM9或Cortex-A8核（如Sitara ARM MPU中采用的）的處理器包含完整的存儲器管理單元（MMU）。

可處理文本文件、2D基本圖元以及QVGA JPEG圖像的智能顯示模塊通常處于Cortex-M3 MCU的上限。Cortex-M3內核具有存儲器保護單元（MPU），有助于小型RTOS與輕量級linux內核（如RoweBots的Unisom內核）的高效使用。

ARM 架構的優勢之一就是前文提到的強大生態系統。這可帶來數目眾多的第三方認證通信協議棧，其中包括工廠自動化環境所需的專用工業通信協議棧。TI Stellaris MCU可通過提供StellarisWare軟件加速產品上市進程，該軟件提供了各種外設驅動程序庫、圖形庫、USB庫（用于支持USB Device、USB Host和USB OTG）、啟動加載程序支持以及可在工業應用中實現設備診斷的IEC 60730自檢庫。

Sitara MPU支持開發硬件、驅動器以及針對開源Linux與Windows Embedded CE6的電路板支持套件，并具有諸如Neutrino、Integrity以及VxWorks等RTOS的第三方支持，因而具有加速產品上市的優勢。?

功耗

功耗現已成為所有應用的一個重要特征，其中包括電力線供電的應用。不過便攜式設計主要關注處理器功耗，工業系統設計人員則將精力集中在盡可能保持低的效用成本。而且更低的功耗還具有積極的環保效應。

馬達在生產車間和加工廠中普遍存在，通常會消耗工廠大量的電能。讓人有些驚奇的是，MCU內核的確定性性能可在電源效率方面發揮重要的作用。比如在Cortex-M3中，MCU中斷服務響應效率提升60%時，系統級功耗將降低。中斷服務速度提高60%意味著MCU可將馬達的停止與啟動速度提高60%，而且節約的電能可在一年中累加。此外，Cortex-M3內核的高性能可用于實現智能數字換流，從而可以選擇更小的馬達投入使用，還可以選擇更高效率的馬達或者對馬達性能進行改進（例如AC感應馬達由空間矢量調制驅動，而不是由簡單的正弦算法來驅動），所有這些均可降低所需的系統電能。Stellaris MCU包含帶有死區定時器的專用馬達控制PWM以及針對閉環控制的QEI，可幫助設計人員利用Cortex-M3內核的計算能力提高效率，降低功耗。

另一個功耗問題是設計全面封閉的工廠自動化系統以預防車間環境下普遍存在的灰塵和其它污染物的趨勢。如果對處理器及相關電子設備進行制冷需要采用一個以上散熱片，設計人員就必須考慮采用通風口和風扇，為不使最初的全密閉系統目標落空，必須安裝昂貴的強制通風清潔系統。

Sitara系列MPU可通過適應性軟硬件技術滿足更低功耗的需求，該產品可通過IC操作動態控制電壓、頻率以及功耗。?

外設與I/O?

基于標準ARM架構的處理器內核價值在于其具有眾多的優勢。因為系統級設計都建立在MPU與MCU基礎之上，所以IC制造商在圍繞內核的片上系統中提供的功能也同等重要。存儲器選項是一個重要因素，由于片上外設提供其余的產品差異化，因此外設與IO接口的類型和數量也是非常重要的因素。

上面討論了兩個重要的通信塊，CAN控制器和支持1588協議的以太網MAC與PHY。下面列出了各種IO選項，其中許多選項都具有巨大的市場需求，因為它們可實現廣泛的數據傳送應用。

I2C：用來連接低速外設的多主控串行計算機總線。

UART/USART：高級高速通用通信外設。

SPI：運行在全雙工模式下的廣泛使用的同步串行數據鏈路。

內部集成聲控（I2S）：可將低失真信號驅動到外部IC以實現音頻應用。

外部外設接口（EPI）：具有各種模式的可配置存儲器接口，可支持SDRAM、SRAM/閃存、傳統的主機總線x8及x16外設，以及150MB/秒的快速機器對機器（M2M）并行傳輸接口。

通用串行總線（USB）：用于點對點或多點應用的USB接口，通常包括支持機器配置外部存儲或USB OTG的USB主機。

在工業應用中，超高速通用I/O（GPIO）、脈寬調制（PWM）、正交編碼輸入以及模數轉換器（ADC）通道等功能對于馬達控制及其它機械和加工設備都非常重要。

圖3是一個高端MCU的結構圖，主要說明了片上所能集成這些功能的數量。

圖3：基于Cortex-M3的Stellaris 9000系列MCU提供了豐富的外設集合

大多數IC廠商均可提供上述所有片上功能。在一些實例中，可通過更穩健的實施來實現產品差異化。Stellaris系列器件上集成的以太網MAC與PHY和支持IEEE 1588是該產品差異化的良好范例。

另一個例子就是TI Sitara系列ARM9 MPU上提供的可編程實時單元（PRU）。PRU是一款具有有限指令集的小型處理器，可通過配置為片上不具備的實時功能提供特定資源。

在工業控制應用中，PRU通常針對IO進行配置。這可能是一種該產品線任何MPU都不具備的定制接口或IO塊。與添加外部芯片執行相同功能相比，使用PRU可幫助節省系統內成本。例如，工業設計人員可利用PRU實現UART或工業現場總線（如Profibus）等附加的標準接口。PRU的全面可編程性甚至可幫助設計人員添加其贏得的客戶專有接口。

由于PRU可編程，因此它可在不同的執行環境中替代不同類型的IO以降低功耗并提升系統性能。例如，PRU可處理專用定制數據處理，通過關斷ARM時鐘減輕ARM9處理器負載。

本文小結

當越來越多的半導體供應商紛紛采用ARM架構MCU與MPU時，工業控制設備設計人員將能夠獲得更廣泛的IC選擇。產品差異化將由硅片（均衡的存儲器系統，快速I/O及外設以及可加速產品上市的通信集成）的智能應用以及良好的軟件開發工具、庫以及工業協議棧的提供情況來確定。因此僅僅擁有大量的MCU或MPU清單仍遠遠不夠。擁有生產就緒型工具及開源軟件的詳細清單（如驅動器或基元及小控件的圖形庫等）為設計人員的設計提供快速啟動，才會占有更多的市場先機。

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