32位元MCU於嵌入式聯網應用設計趨勢
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面對嵌入式系統在效能、功耗效率與聯網等需求下，微控制器大廠Microchip以授權的MIPS32 microAptiv微核心架構，提供每MHz高運算效能標竿、更大容量記憶體與多元連接週邊的支援性；配合內建或第三方多樣化的驅動程式、函式庫、即時操作系統與中介軟體元件的整合型開發框架，大幅縮短了32位元MCU程式碼開發與整合驗證時間…
PIC32MZ Embedded Connectivity(EC)微控制器系列，是Microchip針對嵌入式聯網應用所開發的32位元微控制器。「PIC32MZ提供突破性效能、高記憶體容量與週邊整合性。200MHz操作頻率下，提供領先MCU業界的 330 DMIPS，及3.28 CoreMarks/MHz的單位執行效能，比上一代PIC32MX MCU效能提昇三倍以上，也比其它競爭對手32位元MCU，程式碼儲存空間╱密度縮減30%。」Microchip技術經理林建益指出：「PIC32MZ也創下業界之先，採用每秒取樣頻率達28M的12bit類比數位轉換電路(ADC)設計，較坊間ADC僅數十KHz最多數MHz取樣頻率的MCU設計，可以創造許多過去無法想像的應用。」
PIC32MZ提供了最大2MB Flash快閃記憶體與512KB SRAM高速靜態記憶體容量設計，並採取雙Flash燒錄切換電路與即時更新(Dual-Panel Flash with Live Update)的設計，可以透過間隔不同Flash區塊下，使MCU在載入韌體升級做內部燒錄的過程中，仍然繼續執行原先的工作而無須關機停止，SRAM容量也是上一代MX系列的四倍以上。
「PIC32MZ提供高整合度的週邊，像Hi-Speed USB 2.0、10/100Mbps乙太網路控制器，兩組CAN 2.0b控制模組，提供6組UART、6組SPI/I2S串列介面，5組I2C通訊介面，4bit的Serial Quad Interface(SQI)。」林建益特別提到：「PIC32MZ內建硬體加密引擎(Crypto)，可作AES/3DES/HA, MD5與HMAC等資料加密編碼的防護，強化網頁瀏覽購物等電子交易的安全性。」
PIC32MZ EC系列提供了一系列應用的入門開發套件(Starter Kit)、週邊插入套件(Plug-In Module, PIM)，以及完整開發工具板(Developer Board套件。像PIC32MZ EC Starter Kit約119美元，PIM模組25美元，Starter Kit連接多媒體功能擴充板(Multimedia Expansion Board II)僅299美元，已整合一切週邊應用可直接組裝做嵌入式應用工程機雛型出貨。168轉132pin轉接卡為59美元。
PIC32產品家族與藍圖規劃
林建益列舉Microchip PIC32 MCU家族與藍圖規劃。以DMIPS效能為橫軸，規格╱功能為綜軸，最左邊66/83DMIPS級別的PIC32MX1/2，全系列提供腳位數28-44 pins。有16？32KB Flash/4？8KB SRAM容量，與64？128KB Flash/16？32KB SRAM容量的差別，週邊部份則提供了USB、I2S、CTMU(Charge Time Measurement Unit)與PPS(Peripheral Pin Select)等設計。
在105 /131 DMIPS級別，有PIC32MX3/4/5/6/7 MCU，全系列均為64-100 pins腳位數設計。入門款PIC32MX3/4 MCU具備32？512KB Flash/4？32KB SRAM容量，與內建USB控制器設計；中間款PIC32MX3/4 MCU則加大到64？512KB Flash/16？128KB SRAM容量設計，提供USB、I2S、CTMU、PPS等週邊設計。高階款PIC32MX5/6/7 MCU，同樣採64？512KB Flash/16？128KB SRAM容量設計，提供USB、Ethernet、兩組CAN控制器等功能。
而新介紹的PIC32MZ EC系列，列在330DMIPS級別，提供1~2MB Flash/512KB SRAM容量設計，提供HS USB、Ethernet、兩組CAN控制器、Crypto加密引擎、PPS等功能。其市場瞄準消費性電子音響、工廠╱建築、居家自動化、環境監控、電錶、再生能源(Renewable Energy)控制模組、汽車電子、家電與交通運輸設施儀表板等應用。
PIC32MZ EC核心架構、功能區塊與開發套件
PICMZ EC功能區塊上，主要採用Imagination公司的MIPS32 microAptiv微核心(代號M4K)，採5階管線設計，工作時脈為200MHz。microAptiv核心具備1.65DMIPS/MHz的單位時脈運算效能，內建DSP數位訊號處理器，以及159道DSP加速指令；可針對16bit MIPS16、32bit MIPS32等指令集混用切換，以縮減程式碼儲存空間。中斷控制器也大幅縮減進行中斷處理時的作業延遲，以及提供更好的功耗表現。
Microchip提供了PIC32MZ EC嵌入式MCU的入門開發套件(Starter Kit)與插入模組(PIM)。入門開發套件提供整合偵錯╱程式開發功能，提供PIC32擴充板與特殊功能子卡的連接擴充設計：具備USB供電設計、10/100Mbps Ethernet、雙向USB 2.0 OTG控制器，4 MB SQI Flash記憶體，PIC32MZ EC MCU晶片本體，並提供線上開發工具與軟體下載。
過去使用Microchip 16bit的PIC24、dsPIC與32bit PIC32 MCU等Explorer 16開發板的客戶，只要選購PIC32MZ PIM處理器插入套件後，直接插入升級，就可以進行PIC32MZ EC MCU的嵌入式應用開發。而多媒體擴充板(Multimedia Expansion Board II)，提供高畫質WVGA (800x480)的液晶面板，並具備多點電容式觸控功能，前端VGA(640x480) 30萬畫素攝影鏡頭、Wi-Fi 與Bluetooth藍牙的無線射頻元件，24bit立體聲音效，內建三軸加速感測儀(accelerometer)與溫度感測器，可搭配Starter Kit做多媒體嵌入式應用。Microchip提供MP3、AAC音源解壓、圖形人機介面(Graphical HMI)與聯網(Internet Connectivity)等應用的展示軟體。
林建益總結全新的PIC32MZ EC MCU家族，具備200MHz、330DMIPS高執行效能與3.28CoreMarks/MHz效能效率，最大2MB Flash與512KB SRAM設計，最多48通道、28Msps取樣頻率的12bit ADC，硬體加密引擎、媲美64pin QFN/124 VTLA 9x9mm晶片封裝的外觀，以10K為基本採買單位的單價僅6.68美元，提供非常強大的競爭力。
整合一切嵌入式軟硬體開發資源的MPLAB Harmony
MPLAB Harmony是一套針對Microchip PIC32 MCU所開發，基於MPLAB X IDE整合開發環境為操作基礎的整合式跨廠商元件開發框架。它能夠全面的讓內建(In-House)或第三方(Third party)中介軟體(Middleware)、驅動程式、週邊函式數庫和RTOS等軟體方案，彼此和諧共存並相互運作；所有涵蓋第三方軟體方案，均委由Microchip做直接銷售，從microchipDIRECT取得，同時不僅能獲得Microchip第一線技術支援，也能透過Microchip的入口網站，取得相關授權、轉售、技術支援與擔保。
當今嵌入式系統開發面臨的挑戰，有：1.終端複雜化(Complexity)，造成支援項目增加、拉長開發時間，其中軟體佔總開發時間達60%。2.選擇不同的RTOS、軟體相容性欠缺所造成的新的錯誤，使得程式碼重工(Re-work)風險增加。3.前後不一致。當需要整合RTOS、中介軟體、驅動程式於同一個嵌入式平台下，造成相衝突的機會越大。4.拖垮測試(Test Drag)，60%的軟體開發資源用於元件之間的功能互通驗證，而錯誤到驗證階段材發現，花費的時間時從設計階段就發現多出十倍。5.支援零散(Fragmented)。很難從單一供應商網站取得所有軟體組件。6.荒廢(Obsolescence)，在不可預知的未來競爭環境下，快速導入某個軟體元件，需衡量該未來是否陷入經濟危機的疑慮。
Microchip MPLAB Harmony整合開發框架，可以達到：1.降低研發時間與支出。2.所有內部內建與第三方元件軟體碼，均已過Microchip測試、偵錯與互通驗證，無須重工；客戶所開發的程式碼，在Harmony架構下有極高的可重複使用性。3.模組化架構啟動有效率的軟體元件的堆疊整合。4.預先測試過的軟體元件已剔除掉日後驗證所可能發生的錯誤。5.Microchip提供MPLAB Harmony程式碼的單一來源，涵蓋第三方軟體元件。6.改進縮減反應時間以因應市場。
林建益列出MPLAB Harmony的架構圖，從最底層Peripheral Libraries (PLIB)層，有PIC32MX與PIC32MZ，往上Device Drivers(驅動程式層)，有Interniche公司的TCP/IP、freeRTOS或Wittenstein的OpenRTOS，到中間Middleware有Interniche公司的TCP/IP、freeRTOS，或Wittenstein的OpenRTOS，Micrium μC-OS/Ⅲ與wolfSSL公司的CyaSSL Embedded SSL等。
到第四層Common System Services，則有MPLAB Harmony內建的USB Device、USB Host、TCP/IP、File System、Wi-Fi 802.11g、Cryto、Graphics GDDX/GRC、MP3/AAC Decoder、Peripheral Lib、Math/DSP Lib等。未來會增加像是Bluetooth Audio Stack、Smart Phone Accessory、Class B Safety與mTouch Sensing等元件。
目前MPLAB Harmony從2013年11月18日開始開放於Microchip網站下載，基本版框架與大多數函式庫免費，第三方開發工具與高級版驅動╱函式庫則可另外選購。林建益最後總結，MPLAB Harmony是整合絕大多數跨產業界軟體元件的開發框架，提供一站式購足(One-Stop Shop)，易於移植且縮短開發時間。
