Cortex突破日系MCU阵营防线,富士通FM3欲抢占电机控制应用先机

2011-01-30 15:30:35来源: 电子工程专辑
11月初,富士通半导体继东芝半导体之后也正式宣布采用ARM Cortex-M3内核的FM3系列MCU面市,并一口气推出44款产品型号。与东芝不同的是,富士通对新款Cortext-M3 MCU的宣传显得更为高调。一贯以专用内核为主的日系MCU供应商阵营是否会由此转向通用RSIC微控制器内核,引发业界广泛关注。

ARM内核一贯以其良好的产业生态系统(在全球拥有700多家第三方供应商)和低功耗而着称,而随着32位Cortex MCU不断向“亚1美元”价位逼近,它们在替代8位、16位MCU的战役中捷报频传。这正是富士通半导体开始布局通用内核MCU的主要原因之一。“我们看到了市场对Cortex的需求,随着产品研发周期日益缩短,客户希望采用更加便利的平台,ARM良好的产业生态系统使其开发工具、中间件、驱动器等非常容易获得,这是专用内核无法比拟的优势。FM3 MCU可以让富士通的独特技术优势惠及更广泛的客户群。”富士通市场部负责人表示。

在日前举办的深圳2010 MCU技术创新与嵌入式应用大会上,ARM的发言人宣称,据最新统计,2010年Q2一个季度Cortex-M的出货量就达到990万片,高出2008年全年的总量,预计未来3年的年复合增长率将达到160%。除了传统的欧美系MCU厂商,像富士通半导体等拥有独特技术专长的日系MCU供应商的加入无疑将对Cortex-M的爆炸性增长起到推波助澜的作用。

Cortex突破日系MCU阵营防线(电子工程专辑)
图1:基于ARM内核的芯片出货量预测。(资料来源:ARM公司)

竞争法宝:面向差异化的外设

无论是欧美系、日系还是台系供应商,Cortex MCU之争最根本的还是外设之争。在过去20多年的专用内核MCU产品和ASIC/ASSP开发过程中,富士通半导体积累了大量外设设计经验,并广为市场所接受,其中很多特性还是由中国本土团队自主开发的,很贴合中国市场的需求。

此次发布的FM3 MCU分为两个系列:高性能MB9BF500/400/300/100系列强调高性能、高速,可用于工业自动化应用伺服控制、变频控制、电动汽车太阳能逆变器、智能电网数据采集器等等工业应用,能够增强系统功效;标准MB9AF100系列强化了低功耗性能的设计,可以很好地满足节能设计需求,适合用于白色家电(空调、冰箱、洗衣机等)、数字消费类设备和办公自动化设备等。两个系列的外设基本相似,如图2所示,特别值得一提的是以下3个特性,体现了富士通半导体有别于其他Cortex-M3 MCU的独到之处,也可以从中管窥富士通半导体的通用32位MCU产品策略。

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图2:FM3系列MCU的特性。

1.上至5.5V的宽操作电压

FM3系列可在2.7V~5.5V的电源下工作,而大多数其他厂商的Cortex-M3 MCU不能用于5V系统,仅能在3.6V或更低的电源下工作。FM3满足了市场上只能用于5V系统的微控制器的需求,是工业自动化设备和大型家电的最佳选择。明年,富士通半导体还将推出支持1.8V-3.6V的超低功耗系列,进一步拓展32位MCU产品的适用范围。

2. 业界最快、汽车级性能的高速闪存

对于这些MCU产品,富士通半导体采用的是和汽车用MCU产品同样的高性能NOR闪存,具备至少10万次擦/写次数(这只是一个保守数字),并能保持数据长达20年,而且提供数据加密保存支持,确保了IP的安全性。该闪存还是同类产品中读取速度最快的,具备高达60MHz的无时滞频率响应,因而大大提高了CPU的性能。基于开源的基准测试程序Dhrystone2.1 benchmark的结果显示,在60MHz工作频率下,富士通Cortex-3M产品的性能(MIPS)比竞争对手的产品提高了30%。

3.用于高精度马达控制的外设模块

富士通的FR微控制器家族的外设性能在马达控制应用方面一直广受褒扬,为满足高精度马达控制的精准要求,富士通进一步改善外设模块,使之适用范围更广。尤其是搭载了高精度和高速度的12位A/D 转换器(+/-2LSB 1.0μs转换)后,MCU的高精度采样使马达控制更加精准,应用到高精度高速伺服马达及工业自动化应用下的其它设备时更能展示其真正潜能。FM3 MCU的3单元12位A/D的通道多达16路,更能提高位置精度和马达控制的精准性。此外,以往业界惯常使用CPU通过软件检测马达的转子位置,而FM3系列拥有的新型马达转子位置传感计数器,可以进行自动化检测并能减轻CPU负荷。使用该产品可降低变频系统的功耗。

成就中国厂商180度变频节能设计目标

尽管富士通算是最早推出Cortex-M3 MCU的日系厂商之一,但相对抢先一步的欧美同业,如何做到后来者居上,则不仅要在产品本身下功夫,还得找准市场切入点。电机控制、中国成为富士通市场战略的两大关键词,该公司希望凭借其差异化的外设加上全方位的解决方案和本地深度支持,在一贯拥有口碑的电机控制应用市场抢占先机。

谈到电机控制,不得不提几个富士通MCU独有的特性。首先是多脉冲发生器(MPG),目前业界只有富士通能做到。通过用配置好的硬件模块来检测电机位置信号,转换驱动信号,进行电机闭环控制。

其次是多功能定时器(MFT)模块,包括AD模块和波形发生模块:

·高速AD采集,仅需1us完成;

·2组独立AD,变频方案使用第一组4通道,第二组8通道由客户自由使用不会受变频影响;

·自由设定由驱动波形触发,保证在最适当时候采样信号;

·自由设定PWM波形的周期和宽度;

·三组6通道PWM驱动信号周期和反向由硬件同步;

·硬件死区时间,宽度自由设定;

·传感器信号硬件捕捉和驱动信号触发。

再者,MCU集成了变频驱动的算法,并提供源代码级别的参考和定制。这一特性较之“DSP+MCU”的模式大大降低了设计门槛和系统复杂度。由于变频技术和算法是富士通中国本地团队自主研发,因而可根据中国客户的需求改动算法,并且固件系统是拆成若干软件模块形式,客户可以灵活选择,组成自己的系统。这种本地深度技术支持服务是其他竞争对手无法做到的。

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图3:基于FM3的电机驱动开发平台和解决方案。

富士通半导体还提供全方位的基于FM3的电机驱动开发平台和解决方案,包括:既支持单芯片也支持双芯片的硬件系统;底层外设驱动+中间件核心算法+高端附加功能的固件系统;另外,富士通的电机调试软件工具除了可以设置参数,还可以向示波器一样绘制任意波形,方便观测波形变量,提高了调试的便利性,这一点也是大多数同类产品没有的。

180度直流变频方案正受到很多中国白家电厂商的追捧,富士通半导体也与领先的制造商展开了合作,很快将有相关产品上市。据悉,富士通可提供完整的180度直流变频方案,其优点是采用32位高速高性能芯片,2相电流检测,反馈更安全可靠、算法自主研发且国内领先,支持三相永磁同步马达和直流无刷马达压缩机驱动。由于提供死区补偿和转子位置估算更准确,富士通变频方案的正弦波电流波形相比同类型方案更加平滑,因为电流调节更优化,相同环境和系统,富士通方案功耗也更少,效率更高。

算法可为变频方案竞争的重中之重。富士通180度变频核心控制算法包括上图所示的这些重要组成部分,可从以往的专用内核MCU平台快速移植到FM3通用32位MCU平台上,从而将帮助加速180度直流变频的普及,为家电和工业设备的节能降耗作贡献。

关键字:突破  日系  抢占  电机控制

编辑:eeleader 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2011/0130/article_4701.html
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