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PSoC3和PSoC5:可编程嵌入式SoC的新时代

    编者语:毋庸置疑,SoC是未来嵌入式系统的承载主体,器件可编程化则是嵌入式系统的发展主题,当发展主题和承载主体两大理念合二为一,一个新的奇迹就此诞生。

  PSoC成长奇迹

  赛普拉斯半导体(Cypress)公司的PSoC(可编程片上系统),从诞生之日起就经历了惊人的成长历程。PSoC大规模的商业化交付始于2002年,2003/2004年在8位嵌入式MCU(微控制器)市场排名41位,2005/2006年跃居第15位,2007/2008年跃至第11位。2009年3月11日,Cypress宣布PSoC在全球出货量已达5亿片!

  如此市场奇迹缘于各方对PSoC的广泛认可。一些企业把CapSense作为了追逐的目标,CapSense触摸感应芯片目前占PSoC总出货量的60%。 一些专家也关注到PSoC开发工具的独特之处。例如,图形化嵌入式设计软件——PSoC Express 3.0曾荣获本刊“2007影响中国的嵌入式系统新技术奖”,专家认为该工具是最先把图形化设计方法引入嵌入式设计业的产品之一。学生是接触新事物最快的群体,在嵌入式系统高校竞赛中PSoC颇受青睐,例如去年在某公司举办的多核竞赛作品展示时,参赛学生在控制部分采用了PSoC。网友们对PSoC的评价是上手快、应用方便,其模拟性能很强,很适合模拟高手采用。

   可见,PSoC以独特的模拟可编程定位成为8位MCU大千世界里的一朵奇葩。但Cypress坚定地认为:PSoC不是MCU,是SoC!更确切地说是可编程嵌入式片上系统。Cypress过去主要定位通信市场的存储、时钟、数字逻辑等芯片,2001年网络泡沫破灭后,公司转向了消费类电子、工业等其他新兴市场,在此背景下诞生的PSoC何以能在短短几年内获得巨大成功?MCU与可编程嵌入式片上系统的区别在哪里?PSoC的下一步发展方向将如何?

  2009年9月14日,PSoC翻开了重要的篇章:在原有PSoC(现在被该公司命名为PSoC 1)的基础之上,推出两系列全新架构产品:PSoC 3和PSoC 5,分别采用8051架构和ARM Cortex-M3核,并使模拟和数字可编程性能大幅提升。借此机会,我们深入理解了PSoC的特点及走向。

  天下难事必做于易

  我国古人老子说:“天下难事必做于易,天下大事必做于细。”从用户角度来说,PSoC为设计者提供了便捷性和灵活性,适合各种电子设计,可谓化繁为简。

  新推出的PSoC 3和PSoC 5器件都基于市场上通用、较为流行的架构或内核,为的是方便用户了解、获得第三方开发支持。例如PSoC 3基于8位 8051处理器,PSoC 5器件则包含了ARM公司两三年前在ARM7基础上优化的Cortex-M3处理器。这两款新产品为设计者提供了一个无缝的可编程设计平台,可以轻松地从Cypress的8位过渡到16位或32位。除了提供标准的MCU内核之外,新的PSoC 3和PSoC 5架构还包含高精度可编程模拟能力(最高20位分辨率的ADC)以及可扩展的可编程数字资源,并配有足够的存储器和通讯外设。

  “PSoC 3和PSoC 5架构扩充了PSoC原有的可编程嵌入式系统设计平台,将PSoC的应用市场规模扩大10倍并增至150亿美元,涵盖8、16、32位应用和精确模拟市场。”Cypress PSoC事业部副总裁Gahan Richardson说,“PSoC 3 和 PSoC 5能够在诸如马达控制、智能供电和电源管理、人机界面(如CapSense触摸感应)、LCD节段显示、图形控制,以及音频/语音处理、通讯协议等应用中大显身手。这些新的性能大大地拓展了PSoC的应用市场范围,包括工业、医疗、汽车、通讯和消费电子设备等等。可以说‘PsoC is everywhere’,即PSoC可以用于任何电子产品。”

  早在几年前,8位市场已经被认为量大以至有些过滥,营业额已经难以上升,很多公司纷纷把注意力转移到32位市场。弊和利并不是绝对对立的,Cypress在大力发掘8位MCU市场中获益匪浅。

  天下大事必做于细

  与一般MCU厂家比较注重MCU部分的策略不同,Cypress注重在可编程模拟部分,增加其产品的价值,在灵活性方面给予客户更多的选择。

  丰富的模拟资源

  PSoC 3 和 PSoC 5架构包含了高精度可编程模拟资源,可以配置为ADC、DAC、TIA、混合器、PGA、运放以及其他模拟器件。除此之外,还包括增强型的基于可编程逻辑的数字资源,可配置为8、16、24和32位计时器、计数器、PWM以及更多高级数字外设,例如循环冗余校验(CRC)、伪随机顺序(PRS)发生器,以及正交调幅解码器。PSoC 3 和 PSoC 5所拥有的基于PLD的全功能通用逻辑使设计者们拥有了独特的能力,可以对这一数字系统进行客户化设计。这一新架构还支持多种通讯接口,包括全速USB、I2C、SPI、UART、CAN、LIN和 I2S(如表1)。

   处理器架构的提升

  基于8051处理器的PSoC 3架构运算速度最高可达33 MIPS(如图1);而PSoC 5架构则囊括了一个32位 ARM Cortex-M3处理器,运算速度最高可达100 DMIPS。因提供了宽泛的0.5~5.5V的电压范围和低至200nA的休眠电流,这两种架构均可满足极低功耗应用的要求。PSoC 3和PSoC 5提供了从8位到32位架构、具有引脚和API兼容性的无缝可编程设计平台,而且拥有可编程通路,允许任何模拟或数字信号分配到任何通用I/O,从而简化了电路板布局。这一功能可以将LCD节段显示和CapSense信号引至任何GPIO引脚。

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