歐美德國工控產品 INGUNKT-158 06

歐美德國工控產品 INGUNKT-158 06

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目前，先楫半導體通用MCU拳頭產品為HPM6700系列，于2022年1月量產，現已批量出貨。該系列產品采用雙RISC-V內核，主頻高達816MHz ;面向高性能電機控制和數字電源的運動控制系統，以及信息安全模塊如實時加解密和安全啟動等需求，HPM6700系列產品支持2D圖形加速顯示系統，集成高速USB、千兆以太網、CAN FD等通訊接口，以及高速12位和高精度16位模數轉換器。

　　不僅為物聯網和邊緣計算等應用提供了自主可控的中國芯保障，而且補了國內在高MCU領域的空白。為擴大MCU產品的市場覆蓋范圍，先楫半導體于2022年5月再次推出MCU HPM6300系列產品，并于2022年6月量產發布，可廣泛應用于工控、醫療、電力、新能源、車載等領域。據了解，該HPM6300系列產品延承了HPM6700高性能的特點，采用QFP封裝，在成本、功耗、DSP等方面進一步優化。在功耗方面，其對于電源管理域進行了更加精細的劃分，實現了低至1.5μA的待機功耗，及低至40mA的運行功耗全速運行coremark，外設時鐘關閉，皆低于市場上同類國際品牌的功耗。

　　同時，HPM6300系列提供eLQFP144和小體積7x7 BGA116封裝，簡化用戶板級設計，結合更為友好的價格，可讓用戶獲得性價比優的方案。而為了進一步滿足新手開發者快速上手的需求，先楫半導體還為開發者提供了完備的生態系統，包括全免費的商用集成開發環境Segger Embedded Studio，以及基于BSD許可證的SDK，包含底層驅動、中間件和RTOS，例如lwIP， TinyUSB，FreeRTOS等，幫助開發者大幅縮短開發時間。上述產品及開發工具等均已上線世強優良電商平臺——世強硬創，搜索“先楫半導體"即可獲取，還可申請免費樣品。

　　面向未來，先楫半導體和世強優良雙方將秉持著共同發展、合作共贏的理念，共同助力國產芯片蓬勃發展。先楫半導體將借助世強優良線上+線下相結合的銷售網絡進一步開拓本土化市場，深入觸達客戶并在銷售渠道穩定發力。

　　作為先的硬件創新研發及供應服務平臺，世強硬創平臺因其良好的供應保障與研發服務受到了眾多名原廠與硬件研發企業的青睞。截至2022年7月，世強優良目前已獲得超過500家原廠*代理，產品品類涉及集成電路、分立元件、阻容感、機電部件、自動化、儀器儀表等，可覆蓋絕大部分研發工程師的研發產品需求。

　　除了良好的供應保障外，世強優良還為硬件研發工程師提供新產品資訊、海量技術資料免費下載、選型幫助、加工定制、產品免費測試以及*FAE技術支持，幫助硬件研發企業快速攻克研發難題，提升創新研發效率。減少邊緣節點的洞察時間可在獲得數據之后盡快做出關鍵決定。而理論上處理能力和通信數據均不受限制，則可將所有全帶寬邊緣節點檢測信息發送至遠端的云計算服務器。此外，還可以進行大量運算，以挖掘做出明智決策所需的寶貴細節信息。然而，電池電量、通信帶寬和計算周期密集型算法的局限使得我們的設想只是一種概念，而無法成為實際方案。

　　在這個包含多個部分的工業物聯網系列文章中，我們將分解和研究大型物聯網框架中邊緣節點解讀的基本方面：檢測、測量、解讀和連接數據，同時還將考慮功率管理和安全性。邊緣節點所需的數據集可能只是一個離散的完整寬帶信息子集。同樣，數據可以根據要求進行傳輸。高效的超低功耗(ULP)處理也是實施任何邊緣節點方案的一個關鍵。

智能分區模式轉變工業物聯網及其前身(機對機(M2M)通信)的先鋒時代在很大程度上是由云平臺這一主要應用推動因素的作用定義的。智能系統的洞察力以往都只是依賴于云級能力。實際的邊緣傳感器裝置一直以來都相對簡單。然而，由于邊緣節點的低功耗計算能力比云計算能力的發展更迅速，這個前提目前正在動搖。

邊緣節點如今具有檢測、測量、解讀和連接數據的能力。智能分區模式正從連接傳感器模型向智能設備模型轉變，從而提供更多的可用架構選項，并允許組織部署工業物聯網，以的方式改進其實體資產和流程。邊緣計算分析(亦稱為智能邊緣或解讀)推動著這一轉變。大規模的工業物聯網部署依賴于一系列安全、高效節能并且易于管理的多樣化智能節點。

邊緣分析優質的傳感數據仍可邊緣化，且無需細心留意邊緣節點分析中應用的要求。邊緣傳感器裝置可能會受到能源、帶寬或原始計算能力的約束。這些約束條件將影響到能夠將IP堆棧刪減為最小閃存或RAM的協議選擇。這使得編寫程序充滿挑戰性，并且可能需要犧牲一些IP性能。

　　邊緣處理可以是一個分析過程，除了將數據發送至遠端服務器以進行云級分析，它還可以作為一種方法，用于分析接近其來源的數據。在數據鏈中盡早地進行實時分析邊緣處理可減少下游有效負載，并縮短延遲。如果初始數據處理可以在邊緣節點進行，那么就可以簡化所需的數據格式、通信帶寬以及最終聚集在云端網關。通過緊耦合連接至傳感器的時間敏感型反饋回路可提供即時處理，從而為更有價值的明智決策作準備。然而，這要求提前了解清楚需要獲得哪些有價值的具體信息，才能從檢測和測量數據中得到預期結果。此外，由于空間隔離或應用差異，也可能因邊緣節點的不同而不同。事件報警、觸發信號和中斷檢測可以忽略大部分數據，只傳輸需要的數據。時間折舊貨幣的時間價值是一種概念，即現在的一美元比未來某一時候的一美元更有價值。類似地，數據也存在時間常數。數據的時間價值是指在這個幾分之一秒檢測到的數據與從現在起一周、一天或甚至一個小時之后檢測到的數據不同。此類任務關鍵型物聯網范例有熱沖擊檢測、氣體泄漏檢測或需要采取立即行動的災難性機械故障檢測。時間敏感型數據價值在解讀之時開始衰減。有效解讀數據和采取行動的延遲越長，決策的價值將越低。為了解決工業物聯網的時間折舊問題，我們必須進一步深入了解信號鏈。

　　邊緣傳感器節點的處理算法可對抽樣數據進行篩選、抽取、調諧和精處理，將其分解至要求的子集。這首先需要定義目標窄帶數據。可調帶寬、抽樣率和動態范圍有助于一開始就在硬件的模擬域中建立基準。通過使用所需的模擬設置，傳感器只會檢測需要的信息，并提供更短的時間常數以獲得高質量的解讀數據。

　　邊緣處的數字后端處理濾波器可進一步重點關注目標數據。邊緣傳感器處的數據頻率分析可在信息離開節點之前，并及早判定信號內容。一些高階計算模塊執行快速傅里葉變換(FFT)、有限脈沖響應(FIR)濾波并使用智能抽取，可縮小抽樣數據的范圍。在一些情況下，在大幅度降低數據帶寬之后，只需要從邊緣傳感器節點處傳輸通過或未通過信息增量痕跡。在未使用前端濾波器或數字后端處理濾波器的情況下，可能會出現混疊。振動監控的典型信號鏈。

　　我們可以看到在未使用前端模擬濾波器或數字后端處理濾波器的情況下，抽取8次(左側)的簡單信號將混疊新的干擾信號(中間)，從而使頻率折疊成期望的新信號頻帶(右側)。數字后端處理濾波器搭配數字信號處理器(DSP)或微控制器(MCU)，同時將半帶FIR低通濾波器與抽取濾波器一起使用，將能夠濾除混疊的干擾信號，從而有助于防止出現這一問題。

邊緣節點處理洞察力——智能工廠，工業物聯網應用解決方案適用于工廠機器狀態監控。該解決方案的目的是在發生故障之前識別和預測機器性能問題。邊緣傳感器節點的多軸高動態范圍加速度計用于監控工業機器上不同部位的振動位移。可以篩選和抽取原始數據，在微控制器中進行頻域解讀。可以處理與已知性能極限進行比較的FFT，針對下游的通過、未通過和警示警報進行測試。通過FIR濾波去除目標帶寬外的寬帶噪聲，可實現FFT內的處理增益。非對稱MCU可整合ARM® Cortex®-M3和Cortex-M0，使用處理器間通信協議進行通信。這使M3能夠重點處理繁瑣的數字信號處理任務，而M0則執行密集程度較低的應用控制。5這樣可以將更簡單的任務分流至小型內核中處理。分區可化功能更強大的M3內核的處理帶寬，以便進行計算密集型處理，而這是協同處理的真正核心所在。核間通信采用共享SRAM，其中一個處理器引發中斷，而另一個檢查。當接收處理器在響應時引發中斷，就會發出報警。

異構多核MCU的另一個優勢在于，它可以克服嵌入式閃存的限速問題。通過在兩個小型內核中以非對稱的方式對任務進行分割，可在實現內核的全部性能的同時，仍繼續使用低成本嵌入式存儲器。實現嵌入式閃存的成本通常決定MCU的成本，因此可有效地消除瓶頸。在可用的功率預算中平衡處理器需求是工業物聯網邊緣傳感器節點設計的關鍵部分。

功率平衡即使是在可以實現能量采集的情況下，許多工業物聯網邊緣傳感器節點也必須能夠在同一小型電池上運行多年。ULP操作將是這些節點的一個關鍵參數，而且必須選用能夠最小化節點實際功耗的元件。6許多非常適用于工業物聯網的MCU都采用ARM系列的Cortex-M嵌入式處理器，針對低功耗MCU和傳感器應用。7包括針對更簡單高效應用而優化的Cortex-M0+，以及需要浮點和DSP操作的高性能復雜應用的Cortex-M4。使用性能更高的處理內核可能會影響低功耗性能。

　　ARM CPU在代碼大小、性能和效率方面提供了一個新方向。但是對于MCU在工作模式或深度睡眠模式下的實際功耗，許多超低功耗能力*取決于MCU供應商。工作功耗深受工藝技術選擇、超高速緩存和處理器整體架構的影響。MCU睡眠電流以及CPU處于睡眠模式時的可用外圍功能主要受MCU的設計和架構影響。