本土芯片產(chǎn)業(yè)在過去幾年里取得了傲人的成績，很多國產(chǎn)芯片在與國際友商的產(chǎn)品相比時，也不落下風。但是，我們必須承認，在不少領(lǐng)域，國產(chǎn)芯片還有很長一段路要走。例如，TI的C2000系列，就是本土實時控制MCU廠商短期難以逾越的高山。

極海半導(dǎo)體實時控制產(chǎn)品線高級產(chǎn)品經(jīng)理Louis LU在談及C2000的時候也對TI這系列產(chǎn)品的成就和貢獻表示了深深敬意。他直言：“在實時控制MCU領(lǐng)域，TI的C2000系列產(chǎn)品以其卓越的性能和創(chuàng)新技術(shù)，不僅樹立了行業(yè)標桿，更引領(lǐng)了行業(yè)發(fā)展。”

不過，基于國際競爭局勢以及自身的技術(shù)積累和發(fā)展需求，極海半導(dǎo)體也毅然走向了實時控制賽道，力爭與自己所敬仰的對手同臺競技。

TI C2000，輝煌三十年

自1982年推出 TMS32010 DSP 以來，德州儀器 (TI) 就一直是數(shù)字信號處理器 (DSP) 市場的領(lǐng)導(dǎo)者。但相信TI并沒有預(yù)想到在1994年推出TMS320C10處理器的時候，這個后來并稱為C2000的產(chǎn)品線會在歷經(jīng)三十年后，仍能受到市場的熱捧。

據(jù)TI高管在早前的一場采訪中所說，C2000之所以能一直被行業(yè)內(nèi)的工程師認可和青睞，就是因為它切中了實時控制這個點。而對于實時控制而言，需要高性能實時CPU、數(shù)學(xué)運算單元和協(xié)處理器單元，還需要ADC和PWM等關(guān)鍵控制外設(shè)，來幫助開發(fā)者實現(xiàn)從傳感到執(zhí)行鏈路的整體優(yōu)化，這正是TI C2000 MCU實時處理核心的競爭力所在。

行業(yè)人士也告訴半導(dǎo)體行業(yè)觀察，TI C2000能夠獲得當前的地位，主要得益于其擁有強大實時性能、差異化外設(shè)支持、豐富解決方案、全面的軟件支持、優(yōu)秀的人才培養(yǎng)和持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新。以處理能力為例，據(jù)介紹，得益于C28x內(nèi)核， TMU 與 VMU 等獨特架構(gòu)和硬件加速單元，TI C2000 能高效處理三角函數(shù)、復(fù)數(shù)等運算，滿足電機控制等復(fù)雜場景需求。尤其是在數(shù)字濾波、快速 FFT 等方面，TI C2000表現(xiàn)特別出色。

此外，龐大用戶基礎(chǔ)、豐富開發(fā)資源和廣泛合作伙伴支持，也是TI C2000歷久彌新的原因之一。

行業(yè)人士表示，TI 為 C2000 提供了完整的開發(fā)工具鏈、軟件庫、文檔資料等，降低了開發(fā)難度、縮短了開發(fā)周期。同時，TI針對不同數(shù)字電源和電機控制等應(yīng)用方向提供了豐富的參考設(shè)計資源，方便工程師進行原型設(shè)計及產(chǎn)品開發(fā)參考。疊加TI 本身圍繞著C2000開發(fā)的一系列算法庫，讓很多廠商難舍TI。例如，針對電機，TI開發(fā)了InstaSPIN算法，這也是讓他們在這個市場站穩(wěn)腳跟的另一個殺手锏。再者，在諸如電動汽車、工業(yè)伺服驅(qū)動等特定領(lǐng)域，TI C2000 經(jīng)過長期應(yīng)用驗證，能很好滿足這些領(lǐng)域的特殊要求，新進入者難以短時間滿足。

以上談到的TI C2000種種優(yōu)勢，對于任何想進入這個市場的芯片公司來說，都是必須逾越的鴻溝之一。

但是，正如文章開頭所說，打造本土的C2000芯片，刻不容緩。

國產(chǎn)C2000，是時候了

之所以需要國產(chǎn)C2000，在行業(yè)人士看來，這是由多方面的原因決定的。

首先，從TI C2000本身來看，雖然這系列產(chǎn)品備受歡迎，但在某些方面，卻存在“硬傷”。例如存儲資源相對受限、主頻存在瓶頸、內(nèi)核架構(gòu)限制、協(xié)處理器限制以及軟件兼容和生態(tài)存在局限性。

尤其是軟件生態(tài)，如大家所見，現(xiàn)在工業(yè)界越來越多的使用實時操作系統(tǒng)，而Arm MCU 常常能夠更好地兼容主流的操作系統(tǒng)（如FreeRTOS和RT-Thread），這對于需要復(fù)雜軟件架構(gòu)的應(yīng)用來說是一個重要優(yōu)勢，也易于用戶進行平臺統(tǒng)一化管理。另外Arm MCU 擁有更為龐大的生態(tài)系統(tǒng)和開發(fā)者社區(qū)，可提供豐富的開發(fā)工具、庫和開源項目。這使得開發(fā)者在使用 Arm MCU 時能夠更容易找到支持和資源。

于是，從Arm MCU中冒出C2000的替代者，就成為了水到渠成的事情。值得一提的是，就連TI自身也發(fā)布了使用Arm內(nèi)核的AM263x 系列并取得了成功，這足以證明了Arm替代C28內(nèi)核的可能性。

C2000 內(nèi)核和Arm內(nèi)核的閃存執(zhí)行效率對比

圖源：TI

其次，從本土芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀看來。一方面，因為近年來國際貿(mào)易形勢變化及缺貨等問題的出現(xiàn)，讓客戶對供應(yīng)鏈安全產(chǎn)生顧慮。而國產(chǎn) MCU 廠商以 C2000 為替代目標，推出國產(chǎn)實時控制 MCU，可提供更穩(wěn)定、安全的供應(yīng)鏈，降低客戶風險；

另一方面，國產(chǎn)實時控制 MCU 廠商過去幾年里大多聚焦于汽車和泛能源等市場，這與C2000 的應(yīng)用領(lǐng)域高度重合，從而驅(qū)使國產(chǎn)廠商以 C2000 為目標，能夠更好地滿足自身目標客戶群體的需求，為客戶提供更全面的解決方案；

再者，隨著本土晶圓廠工藝取得新突破，國產(chǎn) MCU 在性能、質(zhì)量等方面有了提升的基礎(chǔ)。同時，國產(chǎn)廠商在模擬產(chǎn)品等方面也有了深厚積累，具備了挑戰(zhàn) C2000 的實力，有機會通過技術(shù)創(chuàng)新和優(yōu)化，在實時控制領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)對 C2000 的替代。

有見及此，為了在高端市場與國際巨頭競爭，國產(chǎn) MCU 廠商以TI C2000 為目標進行研發(fā)和替代，推動開發(fā)工具、軟件庫、文檔資料等方面不斷完善，構(gòu)建更豐富、更成熟的生態(tài)系統(tǒng)，為國產(chǎn) MCU 的發(fā)展創(chuàng)造良好環(huán)境，提升國產(chǎn)芯片的整體競爭力，推動產(chǎn)業(yè)升級。

極海半導(dǎo)體，正在成為其中一個重要的參與者。

極海半導(dǎo)體，攜G32R501入局

作為一家擁有20年集成電路設(shè)計經(jīng)驗和嵌入式系統(tǒng)開發(fā)能力的企業(yè)，珠海極海半導(dǎo)體有限公司在工業(yè)級/車規(guī)級微控制器、模擬混合信號IC及系統(tǒng)級芯片方面擁有豐富的行業(yè)經(jīng)驗。經(jīng)過多年的厚積薄發(fā)，公司芯片和方案獲得了客戶的高度認可，公司客戶群體也覆蓋了各行業(yè)的頭部企業(yè)。據(jù)透露，在過去的發(fā)展中，極海APM32 工業(yè)級MCU出貨量已突破7億顆，車規(guī)級MCU也通過ISO 26262 ASIL-B功能安全產(chǎn)品認證和AEC-Q100 Grade1/2車規(guī)可靠性認證，并已廣泛量產(chǎn)上車應(yīng)用于信息娛樂系統(tǒng)、車身控制、動力系統(tǒng)、以及安全系統(tǒng)等汽車領(lǐng)域，這讓公司有實力和底氣去往更高端市場進軍。

最近，他們正式發(fā)布了基于 Arm^? Cortex^?-M52雙核架構(gòu)及支持Arm Helium?技術(shù)的G32R501 實時控制MCU，正式宣告入局TI C2000所把持的市場。在極海半導(dǎo)體看來，實時控制MCU需要從架構(gòu)到設(shè)計上支持更低系統(tǒng)時延、高性能控制外設(shè)和靈活I(lǐng)P互聯(lián)核心等特性，公司的G32R501正是基于這些理解而誕生的。

據(jù)介紹，G32R501實時控制MCU基于Arm^? v8.1-M架構(gòu)，其新一代高能效處理器具備出色的實時運算性能，在保持Cortex-M4F、Cortex-M33遷移便捷的基礎(chǔ)上，能實現(xiàn)DSP性能2.7倍與ML性能5.6倍的提升，可滿足大部分實時控制的需求，這主要得益于Arm在該架構(gòu)上帶來的擴展——Helium?。作為Arm^? Cortex^?-M 處理器系列的 M-Profile 矢量擴展 (MVE)，如上所述，Helium?技術(shù)可為機器學(xué)習 (ML) 和數(shù)字信號處理 (DSP) 應(yīng)用提供顯著的性能提升。

基于上述硬件配置，再借助極海基于ACI的CDE(Customer Datapath Extension)接口，還可以將極海自主研發(fā)的紫電數(shù)學(xué)指令擴展單元和Cortex-M52內(nèi)核完美融合，使其在指令集層面支持FFT運算、復(fù)雜數(shù)學(xué)運算、三角函數(shù)、傅里葉變換等多種數(shù)學(xué)加速運算，從而進一步提升了實時控制運算效率，并顯著降低了CPU訪問時延。

此外。支持TCM，包括數(shù)據(jù)TCM及指令TCM，將實時控制核心代碼和數(shù)據(jù)放入TCM，可大幅提升運行效率；再加上對Arm Helium?技術(shù)的支持，有助于大幅提升SIMD運算性能，使的邊緣AI的部署更加簡單高效，觸手可及。

正是得益于這些領(lǐng)先的設(shè)計，使得G32R5的單核配置在Flash中運行代碼的相對TI C2000的執(zhí)行周期數(shù)降低了5.8%（相對周期數(shù)越低性能越高）。Louis LU也提到："如果按250MHz主頻換算，這意味著縮短了超過64%的控制環(huán)路執(zhí)行時間！"

除了性能強勁的計算單元，增強型實時控制也是G32R501不得不提的又一個優(yōu)勢。

據(jù)介紹，在這顆MCU中集成了16個高分辨率PWM通道（150ps分辨率）、4個靈活邏輯塊（FLB）以及UART、CAN、I2C、QSPI和PMBus等多種通信接口。這讓其擁有了更強悍的擴展能力。當中，高性能PWM模塊和FLB邏輯塊能夠為高精度實時控制提供了更好的保障。

除了上述的外設(shè)，G32R501還集成了3個12 位ADC（3.45MSPS 采樣率）、7個內(nèi)置12位參考DAC的比較器、7個增強型捕捉模塊（CAP）、2個增強型正交編碼器脈沖（QEP）模塊和4個Σ-Δ濾波器模塊（SDF），得益于這些靈敏感測資源，G32R501的信號采集能力獲得了進一步的優(yōu)化。

此外，通過集成包括代碼安全（DCS）、多重安全增強和國際認證與環(huán)境適應(yīng)性在內(nèi)的多項設(shè)計和認證，讓G32R501 在安全性和可靠性方面表現(xiàn)出色，確保其在嚴苛環(huán)境中的穩(wěn)定運行。

據(jù)介紹，G32R501提供的全面安全防護功能，可以防止未經(jīng)授權(quán)的訪問和查看片上安全存儲器及其他安全資源，確保數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的機密性與完整性；丟失時鐘檢測電路、看門狗定時器、寄存器寫保護以及糾錯碼（ECC）與奇偶校驗功能的集成，也讓其在安全上獲得更高維度的保障；作為一款對高可靠性有強硬要求的產(chǎn)品，G32R501還符合 IEC 61508 SIL2 安全完整性等級和AEC-Q100 Grade 1 車規(guī)可靠性認證標準，并支持寬工作溫度范圍（-40℃ ~ 125℃），這讓其在很多場景的應(yīng)用中游刃有余。

從以上參數(shù)可以看到，G32R501在與德州儀器F280049/F280025/F280039兼容（大部分封裝支持硬件PIN2PIN替換，具體需要結(jié)合客戶的管腳功能復(fù)用情況評估，軟件只需要 5%~10% 代碼更改量）的同時，還具備了TI同類產(chǎn)品所不具備的優(yōu)勢。例如，G32R501的Flash及SRAM資源比競品大客戶項目代碼無需基于項目優(yōu)化，維護更簡單，比如ADC通道數(shù)比C2000多。正是這些領(lǐng)先的配置，讓G32R501在與模擬芯片龍頭最新推出的、集成了NPU的28P55進行對標時，也不落下風。

為了簡化工程師的開發(fā)工作量，極海半導(dǎo)體還為G32R501 提供了完善的生態(tài)開發(fā)體系，助力工程師高效開發(fā)，實現(xiàn)更短的項目落地周期。據(jù)介紹，公司為其提供了驅(qū)動庫、數(shù)學(xué)庫、中間件、安全庫和應(yīng)用庫等多種庫資源，能滿足用戶在不同開發(fā)階段的需求；同時，兼容KEIL、IAR、Eclipse等主流 IDE 工具鏈，支持多任務(wù)操作系統(tǒng)和軟硬件開發(fā)工具，確保開發(fā)流程順暢，方便用戶使用熟悉的開發(fā)環(huán)境；此外，還提供了數(shù)據(jù)手冊、用戶手冊、遷移手冊等豐富的技術(shù)文檔，G32R501 EVAL 評估板、雙電機調(diào)試板、EtherCAT 總線調(diào)試板等靈活的硬件調(diào)試工具，以及雙向電源、微型逆變器、伺服控制器、低壓無感雙電機等量產(chǎn)級參考設(shè)計，同時，極海半導(dǎo)體還具備專業(yè)技術(shù)團隊，可快速周到的響應(yīng)工程師及客戶需求。

G32R501資料官方鏈接：https://www.geehy.com/product/fifth/G32R501

正因為具備這些領(lǐng)先設(shè)計，極海半導(dǎo)體G32R501主要聚焦新能源光伏、新能源汽車、商業(yè)電源、工業(yè)自動化等典型實時控制應(yīng)用領(lǐng)域，能夠為光伏/儲能逆變器、充電樁電源模塊、服務(wù)器電源、車載OBC、UPS、伺服控制器、機器人等細分市場提供高效、穩(wěn)定、可靠的芯片產(chǎn)品及方案支持。

寫在最后

在問到對實時控制芯片產(chǎn)品線未來規(guī)劃時，極海半導(dǎo)體表示，公司將針對服務(wù)器、通信電源、充電樁直流模塊等商用電源領(lǐng)域、以及機器人、變頻器等運動控制領(lǐng)域，推出成本更具競爭力的G32R502系列實時控制MCU；針對高性能應(yīng)用需求，將推出加強總線通訊外設(shè)和實時控制性能的G32R507系列實時控制MCU。

回看過去幾年國產(chǎn)MCU的發(fā)展歷程，從一開始的向國外領(lǐng)先對手學(xué)習到正向原創(chuàng)，本土MCU產(chǎn)業(yè)在技術(shù)實力上獲得了質(zhì)的飛躍。在產(chǎn)品應(yīng)用場景上，我們也已經(jīng)從低端市場，一步步走向了高端市場。極海半導(dǎo)體這些年取得的成績，正是國產(chǎn)MCU這些年篳路藍縷的最好印證。

從專用MCU走向工業(yè)市場，再到現(xiàn)在走向高端應(yīng)用，極海半導(dǎo)體正在積極參與到這波國產(chǎn)高端MCU的逆襲浪潮中去。在G32R501發(fā)布后，極海半導(dǎo)體已然成為這個市場不可或缺的重要角色。