面對市場上琳瑯滿目的MCU(微控制器)產(chǎn)品，工程師選擇時主要考慮哪些因素？“綠色設(shè)計”正當(dāng)?shù)溃こ處熜袠I(yè)內(nèi)所談的綠色設(shè)計概念到底如何？ MCU市場中，目前產(chǎn)品呈現(xiàn)哪些特點？為什么8位市場并沒有向很多分析家所判斷的那樣迅速被拋棄，而是充滿了活力？“減碳”和“綠色”正成為社會共識，因此用戶也要求MCU廠家提供“綠色MCU”，這“綠”又體現(xiàn)在哪些方面？
有業(yè)內(nèi)資深人士說：MCU的工程師和客戶在選擇MCU時一般會考慮以下幾個因素：首先制造商為推出迎合市場“低碳”需求的產(chǎn)品，所強調(diào)的MCU是否具備更低功耗；其次，MCU的選擇是否提供低的總體系統(tǒng)成本、可重復(fù)使用性、芯片性能(包括處理能力、功耗、外設(shè)等)；其三，不同MCU的熟悉程度和是否易于開發(fā)，MCU供應(yīng)商是否提供完善的技術(shù)支持、軟件、工具及配套產(chǎn)品。
“綠色設(shè)計”是不可回避的時代命題
中國科學(xué)院院士、北京大學(xué)微電子研究院首席科學(xué)家王陽元在其主編的《綠色微納電子學(xué)》一書中有這樣一段論述：未來集成電路產(chǎn)業(yè)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的驅(qū)動力是降低功耗，不再僅以提高集成度，即減小特征尺寸為技術(shù)節(jié)點，而以提高器件、電路與系統(tǒng)的性能與功耗比作為標(biāo)尺。
因此，對于先進(jìn)電子產(chǎn)品的設(shè)計工程師來說，如何采用更為先進(jìn)的電子器件，為人類提供更為節(jié)能的電子產(chǎn)品，已經(jīng)成為新的歷史使命?？梢哉f，“綠色設(shè)計”正成為一道不可回避的“時代命題”。
對于應(yīng)用電子工程師而言，首先，“綠色設(shè)計”不僅僅意味著使用符合RoHS環(huán)保法規(guī)的元器件，更為重要的是設(shè)計出工作穩(wěn)定、性能可靠、功能強大、質(zhì)量優(yōu)良、經(jīng)濟(jì)耐用的電子產(chǎn)品，以減少電子垃圾和廢舊電池，這就需要我們建立新的“綠色設(shè)計”理念。
記者采訪了安陽工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院副院長秦長海教授。秦教授認(rèn)為，真正做到“綠色設(shè)計”并不容易，一方面要求工程師擁有深厚的設(shè)計理念和設(shè)計水平，同時要把它當(dāng)成一種習(xí)慣。這需要從學(xué)生時代就要開始進(jìn)行“綠色設(shè)計”理念的教育，養(yǎng)成節(jié)能為先的設(shè)計習(xí)慣。
而一位資深工程師——深圳應(yīng)用電子工程的戴上舉先生則表示，現(xiàn)在各種電子產(chǎn)品都有節(jié)能方面的市場準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，如果達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)就無法進(jìn)入市場。這些也迫使工程師們要盡量選用低功耗的電子元器件，運用更為合理的電路設(shè)計來達(dá)到系統(tǒng)低功耗的目標(biāo)，最終做到“綠色設(shè)計”。
因此，不論是現(xiàn)在搞電子設(shè)計的工作者還是準(zhǔn)備學(xué)習(xí)電子技術(shù)的初學(xué)者，在搞電子產(chǎn)品設(shè)計的同時，要倡導(dǎo)“綠色設(shè)計”的理念，設(shè)計出更多的“環(huán)保產(chǎn)品”和“節(jié)能產(chǎn)品”，這也是從事電子設(shè)計的工程師們?yōu)榱吮Ｗo(hù)地球應(yīng)盡的特殊義務(wù)。
MCU——綠色節(jié)能的先鋒官
應(yīng)用電子工程師在實現(xiàn)綠色電子設(shè)計的過程中，離不開低功耗的電子零部件，作為電子系統(tǒng)的核心部件，MCU當(dāng)仁不讓地成為節(jié)能先鋒。
因此，圍繞MCU來做好系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計，成為這些工程師必須率先考慮的項目。
戴上舉工程師用自己的開發(fā)經(jīng)歷證明，購買一款高性能、低功耗的MCU替代原有器件，雖然單個器件的成本可能會增加，但是由于新型MCU可能會減少其他元器件的數(shù)量，從而使總體成本TCO得到降低，同時還得到了系統(tǒng)性能的提升。
而以瑞薩電子為代表的跨國生產(chǎn)商，為了滿足應(yīng)用工程師們所關(guān)注的——“綠色設(shè)計”、“低TCO”和平臺化應(yīng)用，目前正不斷推出低功耗、高性能的MCU產(chǎn)品，從而推動著MCU的應(yīng)用不斷深化。
比如，2010年12月2日，瑞薩電子（中國）宣布在大中國區(qū)推出超低功耗的新型RL78族微控制器（MCU），這一產(chǎn)品群可實現(xiàn)更低的功耗、更優(yōu)的性能和更高的集成度，并可提供強大的移植路徑，適用于包括電池供電設(shè)備和家用電器在內(nèi)的大量應(yīng)用。
——顯然，在實現(xiàn)更高性能的基礎(chǔ)上，RL78族明顯是為了滿足工程師們以上3大必答命題作業(yè)“含匙而誕”的。為讓更多工程師了解這一族新品，本報記者專門走訪了瑞薩電子大中國區(qū)MCU產(chǎn)品中心的邱雯佳工程師。
邱工程師在接受本報記者采訪時首先說，“新MCU完美融合了原瑞薩科技R8C族的高性能外圍功能與原NEC電子78K的低功耗、高性能架構(gòu)。憑借該族產(chǎn)品，瑞薩電子將能提供滿足地球環(huán)境與市場所需的解決方案，即：實現(xiàn)超低功耗、更廣泛的產(chǎn)品種類及更優(yōu)化的系統(tǒng)性價比”。
RL78族實現(xiàn)業(yè)內(nèi)最低功耗
RL78族在其運行模式下實現(xiàn)了70uA/MHz、RTC+ LVD活動狀態(tài)下的0.7uA超低功耗。
“最低功耗”首先依托于生產(chǎn)工藝的提升。邱工程師告訴記者，RL78族基于瑞薩電子最新的130納米（nm）工藝，設(shè)計能效高——在32MHz的工作頻率下，可達(dá)到41 DMIPS的性能。
圖：運行模式下功耗(µA/MHz)
同時，邱工程師還向記者介紹了RL78族 MCU新推出的一種獨特的低功耗模式——“貪睡模式”。工程師大都知道，在電池供電的大部分應(yīng)用中，CPU將很多時間用于功率降低或休眠模式。因此，實現(xiàn)低功耗非常關(guān)鍵的一點是微控制器能提供極具吸引力的電源模式、喚醒源和啟動時間選擇，以便設(shè)計人員能夠優(yōu)化外設(shè)活動和恢復(fù)時間來滿足應(yīng)用需求，并最大限度地使用現(xiàn)有的可用能源——在RL78族的“貪睡模式”下，可以在貪睡模式和STOP模式之間進(jìn)行切換，一旦收到了正確的A/D信號或者是串口通信信號的情況下就可以自動切換，喚醒到運行模式。
圖：貪睡模式說明：狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖
“貪睡模式”非常適用于家電當(dāng)中的傳感器應(yīng)用——因為可以使待機(jī)時間更長。比如，在采用了RL78族的數(shù)碼相機(jī)或手機(jī)的副控制器中，因為該模式，其所搭載的乘加法器能夠在減輕CPU內(nèi)核工作負(fù)荷的同時，進(jìn)行電機(jī)、電源控制所必須的定時器控制，這就使傳感器不需要經(jīng)常喚醒鋰電池進(jìn)行電量檢測，或時鐘的工作，這就大大節(jié)省了電量的消耗。
外圍電路集成，幫助用戶實現(xiàn)低TCO
盡力降低采購成本永遠(yuǎn)是用戶的期待。瑞薩電子一直在為此努力：如將原先外部的外圍電路集成到MCU中，首先可使系統(tǒng)成本得以降低，同時能縮小安裝面積，這就同時滿足了用戶需要提供給消費者功能“越來越多”、尺寸“越來越小”產(chǎn)品的需求和用戶自身采購成本不增加的需求。
邱工程師介紹，具備眾多的外圍IP一直是瑞薩電子產(chǎn)品的一大優(yōu)勢。比如RL78繼承了R8C的高性能外圍功能，以及高精度OCO、CPU工作時可高效擦寫data flash的BGO（Back Ground Operation）功能、長期以來一直獲得業(yè)界口碑的DTC（Data Transfer Controller）、在電機(jī)及電源控制方面取得眾多成績的高性能定時器等，因而實現(xiàn)了低功耗、高速擦寫、小塊容量閃存、高性能CPU內(nèi)核等優(yōu)勢。
同時，上文所提到的RL78族采用的130納米（nm）先進(jìn)工藝可令片上元件達(dá)到更高的集成度，例如：能夠集成32MHz ±1％的片上振蕩器，集成支持后臺運行的可擦寫100萬次的數(shù)據(jù)閃存，并且支持1.6至5.5伏（V）工作電壓。
其中，邱工程師向記者特別介紹了全新的內(nèi)置32兆高精度片上振蕩器，其精度達(dá)到了1%——對于UART通信來說，以往內(nèi)置串口的精度往往達(dá)不到需求，而如今有了RL78族，客戶就可以把外置晶振省略了。因此就在不增加用戶成本的基礎(chǔ)上，圓滿解決了這一問題。
滿足用戶“平臺化開發(fā)”普遍需求
據(jù)邱工程師介紹：“目前，國內(nèi)制造類企業(yè)實力明顯增強，他們對于‘平臺化開發(fā)’有著普遍而強烈的需求。而RL78完全考慮到了這一點，產(chǎn)品種類非常廣泛。該族首批問世產(chǎn)品系列為RL78/G13和RL78/G12，這2個系列產(chǎn)品被定位為通用產(chǎn)品”。
其中，20引腳~128引腳，2K~512K字節(jié)，RL78族有產(chǎn)品共計302種。目前已問世的RL78/G13系列具有最大32MHz工作、20～128引腳、16k～512k字節(jié)的超廣泛產(chǎn)品線。RL78/G12系列作為最大24MHz工作、20～30引腳、2k～16k字節(jié)的產(chǎn)品范圍，其目標(biāo)是比RL78/G13更為密集的產(chǎn)品線。封裝方面，RL78族采用了LGA（Land Grid Array）、FBGA（Fine pitch Ball Grid Array）、QFN（Quad Flat Non-leaded Package）、LQFP（Low Profile Quad Flat Package）、TQFP（Thin Quad Flat Package）、SSOP（Shrink Small Outline Package）等各種封裝。據(jù)記者了解，預(yù)計1年以后，包括封裝種類在內(nèi)，RL78族的產(chǎn)品種類將超過700種。
RL78族，全力為用戶開發(fā)提供綠色、高效支持
邱工程師強調(diào)：“RL78符合歐洲家電安全規(guī)格（IEC60730），硬件上搭載了規(guī)格基準(zhǔn)所必須的功能?？稍跍p輕CPU負(fù)荷的同時，實現(xiàn)更高速的軟件處理，還集成了可防止存儲器異常存取的RAM保護(hù)等軟件無法處理的功能”。同時，瑞薩電子正致力于可供所有MCU內(nèi)核使用的通用開發(fā)工具的研發(fā)。軟件開發(fā)工具由集成開發(fā)環(huán)境（IDE：Integrated Development Environment)的驅(qū)動器自動生成工具、編譯器、調(diào)試器等組成。使用簡單的GUI可使所有MCU的軟件開發(fā)在同一操作下完成。硬件開發(fā)工具則包括OCD（On-Chip Debugger）、閃存燒寫器等，以幫助用戶縮短開發(fā)周期、提高產(chǎn)品品質(zhì)。
據(jù)了解，今后瑞薩電子還將會迅速擴(kuò)大RL78系列產(chǎn)品的陣容，并將其視為為各個市場降低系統(tǒng)功耗與成本的核心產(chǎn)品，包括消費電子、工業(yè)設(shè)備、汽車、計算機(jī)外設(shè)。其中，涉及到廣受關(guān)注的，變頻白色家電如變頻空調(diào)等的產(chǎn)品很快就將推薦給中國用戶。如此豐富的產(chǎn)品線不僅使RL78滿足“建設(shè)綠色智能社會”中更為廣泛的應(yīng)用，也能夠使其為用戶提供更加細(xì)微的需求差異，以給用戶所設(shè)置的同時“降低使用成本”和“降低采購成本”命題以最圓滿的答案。
相信瑞薩電子RL78族的面市，為應(yīng)用工程師們提供了一個極好的選擇。而隨著RL78族更多新的系列產(chǎn)品不斷推向市場，“綠色+實用”將幫助工程師們實現(xiàn)“百花齊放”的應(yīng)用，成為市場真正的主流。