电子产品世界

图4 ： DSP加上FPU，对于近年来相当火热的感测器融合技术有相当大的发挥空间。(Source：意法半导体)

黎柏均指出，导入FPU的另一个好处在于，可以利用FPU的运算能力，以数字方式进行滤波，以进一步提升SNR值，所以像是工业电表、量测与生理讯号等，都是十分适合的终端应用。黎柏均强调，过去的确在讯号链上，的确有用放大器与滤波器等类比元件来处理杂讯的问题，但这种作法，多少还是会有失真的问题存在，因此采用数字滤波的方式，亦不失为一种作法，此外还有可能可以省去一些不必要的系统成本。

然而，黎柏均也透露，让MCU搭载FPU之后，系统业者为了能提升整体系统的效能或是解析度，在ADC的采用上，可能就会更加大胆，一口气进入16位元甚至是24位元的规格，原因在于这类ADC所面临的杂讯现象会更加严重，透过FPU来处理，不失为一种作法。

FPU仍有局限?TI提供其他硬体加速单元

不过，如同陈俊宏所提到的，如果DSP要处理的工作十分多元，意味着需要更多元的工具来加以因应，单靠FPU这样的硬体加速单元仍有不足之处。

陈俊宏透露，延续TI的C2000架构，TI进一步推出了如TMU与VMU硬体加速单元，前者专职于三角函数运算(偏重马达应用)，后者则负责复数运算(对应通讯与软体定义无线电)，既有的FPU就负责分数与小数点的运算工作，透过分工合作的方式，来因应客户不同的运算工作需求。他更举例，就算是马达所需要的运算工作，因应不同的马达类型，TI也能给予不同的DSP架构来对应。

架构异曲同工MCU仍有市场区隔

就Cortex-M4 MCU而言，ST所提供的产品线相当广泛，核心时脉从最低的72MHz到最高的180MHz，中间亦有84MHz、100MHz、168MHz的版本，这些不同核心时脉的产品，自然也对应到不同应用。STMF3(核心时脉为72MHz)系列，就是要因应既有的Cortex-M3的升级而推出的版本，其他如 STMF401(核心时脉为84MHz)与STMF411(核心时脉为100MHz)，是为了因应穿戴式与高C/P应用为主。而ST的STMF479，其核心时脉高达180MHz，也搭载绘图引擎，专攻人机介面应用。

不过，撇除应用面不谈，英飞凌在尚未导入Cortex-M4前，就已有FPU(浮点运算单元)与DSP(数字信号处理器)的MCU产品线：TriCore系列。该系列产品线，早在1999年就已经面世。

英飞凌电源管理与多元电子事业处亚太区市场部资深经理黄志鸿表示，当初英飞凌设计TriCode，本身就具备了DSP与FPU的功能，就应用面而言，就聚焦在汽车领域。而谈到先前就引进Cortex-M4的原由，黄志鸿也直言，所锁定的应用就是工业自动化领域，再加上ARM架构在全球市场中，本来就有其普遍性，并进一步取得过去由传统的DSP业者所垄断的市场。Cortex-M4在先天上，本身就具备即时性的特性，像是近期英飞凌所聚焦的工业乙太网路与工业标准SIL3、SIL4等，都十分适合。

图5 ： 乙太网路进入工业领域后，成了重要的网路通讯技术，由于有其普遍性与开放性，采用开放的处理器核心来提供MCU方案，也是合理的选择。(Source：www.datacenterdynamics.com)

所以英飞凌的产品区隔相当明显，拥有FPU与DSP的MCU产品线，延续TriCode架构，进而一脉相承的AURIX，聚焦车用应用，取得ARM授权的Cortex-M4，就扛下工业自动化市场的责任。当然，英飞凌对于Cortex-M4也还有其他的期待，像是数字电源与马达控制领域，英飞凌也开始尝试利用Cortex-M4 MCU打入其应用。他也不讳言，DSP也的确存在相当长的一段时间，产业界有不少工程师对于DSP本来就有相当高的熟悉度，MCU约莫是在三年前左右，才开始导入DSP功能。

图6 ： 车用电子产业的特性相对较为封闭，尽管在车用处理器可以看到ARM有明显的市占率表现，但在MCU方面，还是由各大车用半导体所提供的自主架构居多， ARM的能见度相对较低。(Source：www.teijinaramid.com)

而黄志鸿也强调，Cortex-M4还是有其局限性在，像是视讯系统的设计，还是要透过DSP来处理会较为适当。像是高速铁路或是风力发电系统等应用，普遍来看还是传统的DSP业者主导。但如果是电动机车、一般风扇、家电与智慧家庭等，就有FPU功能的MCU的发挥空间。

谈到数字电源，同样也有类似的情况，黄志鸿表示，从功率大小来区分，从500瓦以上的系统设计，如伺服器或是电信设备的AC/DC电源，市场上还是以传统DSP架构为主，但也的确有不少拥有Cortex-M4 MCU的业者对于该市场，有相当高的兴趣。

图7 ： 数字电源在电源设计领域渐渐成为主流，市场也开始有了用MCU来进行数字电源设计。(摄影：姚嘉洋)

MCU多元架构并陈定位仍有不同

徐达勇表示，将DSP与FPU加以整合，无需外挂的好处在于，系统工程师可以用同一套的侦错与编译器等工具，进行系统开发，简单说，简化开发环境对于系统开发而言，可以提升不少效率。在过去，采用DSP设计，会有些设计方法必须动用组合语言的作法才能完成，但是，MCU的开发，最终还是要回归到C语言的撰写。若把DSP导入与MCU一同合作，ARM在作法上，就是统一采用C语言的方式，来统一DSP、FPU的撰写方式，解决了过去组合语言所造成的困扰。然而，陈俊宏也强调，事实上组合语言是更为细腻的程式语法，对于工作执行上能更有效率，TI近年来也不断努力，让C语言与组合语言两者之间的差异缩小，以让使用者能有更多的选择。

关键词： DSP FPU MCU 架构设计 新思路