自动化新变革：雅特力AT32 MCU与智慧共生
物联网所谈论的议题是一个大方向，往应用细分又可分为智慧城市、智慧交通、智慧医疗、工业物联网(iiot)等，而工业物联网和工业4.0的概念是密不可分的，着重于互联性、自动化、机器学习及实时数据等多方面。工业物联网是现今除了消费性应用以外，对于实现物联生活使用范围最广的，涵盖领域包含整个工业应用。
工厂自动化带来生产效率和产品质量的提升，并有效解决了有限人力的困境。从产线自动化到无人车搬运系统，再加上机器人、机械手臂助力，驱动工业物联网快速发展。然而要实现真正的智能工厂，对于很多企业来说还是任重而道远。在传统工厂尚未进行数字化转型前，仅能依照第一线员工分散记录生产状况，制作表格整理数据，管理者凭借过去经验和假设做出决策判断。这样耗时耗力地组织整理报告、等待管理者决策，往往耽误了排除问题的最佳时机。传统工厂升级为智能工厂首要任务，将老旧的机器设备进行可程序化逻辑控制器(plc)和传感器(sensor)对接，利用sensor前端采集资料，可视化的设备进行数据分析，通过通讯设备将资料传输至控制器做实时监控，最后回传到云端管理，形成完整的工业联网。然而要做到这样的技术，必须在现有的设备上安装嵌入式或非嵌入式的联网设备，利用mcu的高运算、小体积、低成本优势，执行硬设备的通讯、边缘运算、实时反应和电机控制等功能，加速推动传统工厂转型。iiot特性在于拥有灵活高速的通讯网络、快速的分散式运算能力以及有助提高分析的边缘运算技术。这些技术能力缺一不可，用于信号撷取和驱动控制的plc，与协助工厂设备运作的电机控制系统，在对系统处理的要求上与日俱增，传统8-bit mcu已无法满足制造商的需求，因此采用32-bit mcu才能达到更好的性能要求（图1）。
图1. at32 mcu导入iiot设备应用
目前arm处理器内核作为工业和汽车系统中高集成、低成本mcu的行业标准，特别是arm cortex-m4 32-bit mcu，除了继承cortex-m3内核优势，内建数位信号处理器(dsp)，可选择附加单精度浮点单元(fpu)，让cortex-m4拥有高精度复杂的运算能力，且具有可访问性的优势，易于开发人员易编写软件。cortex-m4 32-bit mcu能有效改善低延迟、精确度及电力管理等问题，将传统mcu功能简化集中至单一芯片，并提供大容量内存，灵活弹性运用，优化系统成本。同时提供开发软件平台便于工程设计人员开发，带来高效处理、实时控制、网络通讯、数据分析和安全控制等功能。雅特力专注于32位微控制器研发与创新，采用arm cortex-m4高效能或m0+低功耗内核，在运算效能和精度上实现技术上的突破，超越市场上同级芯片，at32 mcu在工业自动化运用中崭露头角，表现出一定的优势。
实时反应和控制
为确保工厂设备安全和机器的连续运作，精确的类比信号控制至为关键，必须在规范的时间内控制信号，通过快速处理大量的数据，做出实时反应和控制。特别是在数十万转的电机驱动应用上，因电机转速快电流频率高、电机线圈电感小，需要提供高频、高解析的pwm电压，方能使电机高效稳定运转。例如，雅特力推出的at32f435/437系列mcu，采用最高主频288mhz，支援fpu浮点运算，内建超大容量4032kb flash和高达512kb sram，让cpu能以零等待周期访问（读/写）(图2)。且内嵌自动时钟校准(acc)模块，acc可校准高速内部时钟hick 48 mhz，并保证hick在芯片可操作温度范围内的最佳准确度，满足各种运动控制和智能控制对高运算力、高精度的需求。
图2. 零等待flash映射区块
简化设计降低系统复杂性
at32 mcu将丰富的外设如can总线、uart、spi/i2s、adc、多元用途定时器等外围元件整合成单片机系统，通过高阶软件编程进行最优化设计，建立在弹性的硬件区块上，针对不同应用需求进行软件设定，具备可扩充性和系统兼容性，降低系统复杂度。除上述多元接口外，还包含双dma控制器、兼容ieee-802.3 10/100mbps以太网络和usb otg等，提高资料传输效率和可靠性；并建立完整的系统生态链，包含开发环境、实时作业系统(rtos)以及通过雅特力验证的第三方软件资源，并符合国际电工委员会(iec)制定的iec-60730国际安全标准规范，如此强大丰富的资源及便利性，有助于产品快速开发上市。
大容量内存提升灵活性
at32 mcu可搭配标准规格的扩充板，适用于快闪存储器编程和运行控制的内置调试接口，快闪存储器(qspi)具备高读取频宽，加速高效能嵌入式系统的资料存取及编辑，完成系统的快速编程执行，通过先进制程技术，集成更大容量sram进行数据缓存，执行复杂的系统代码与弹性应用。at32f403a/407系列及at32f435/437系列，提供256~4032kb flash、96~512kb sram超大存储器选用，灵活应用于各种工业自动化控制领域，如化工、塑料、纺织、包装、印刷、中央空调、环保设备等生产机械设备(图3)。图3. at32 m4/m0+ mcu family
提高能源效率
未来工业化的设备将增加更多控制程序和传感器来提升安全性，这些都需要大量的计算能力。例如，设备上增加异常检测功能，在即将发生灾难性的故障前，提前进行预防保养，确保设备发生故障时工厂仍能安全地运作，减少工厂停机时间，并增加多种通讯方式。或是在工厂自动化升级中，实现无线抄表和数据传送功能的低功耗电磁流量计与电流表，节省人力资源和提升效率。at32wb415系列采用低功耗(ble)蓝牙5.0，集成蓝牙射频(rf)收发器与基带(baseband)功能所组成的无线通讯型mcu，作为工厂建设首选；由于工厂设备需随时处在联网情况下，能源管理为一大挑战，须解决低运行功耗和低待机功耗等问题，at32l021系列将于2022下半年推出，主频采用72mhz，片上集成了丰富的外设外围，且扩展了1个采样率高达2 msps的12位adc，几乎所有的i/o接口可容忍5v输入讯号，适用于高速数据采集、工业及电机控制，且芯片于待机模式下可达约1ua，深度睡眠模式约20ua的优异功耗表现。根据market research future分析报告预测，从现在到2023年，物联网微控制器市场的复合年增长率(cagr)将达到12%，届时年收入将达到近40亿美元。工业物联网的应用多偏重工厂环境设备与大量远距离传感器的连接，因此需要高速的资料传输和数据处理能力同时保持低功耗的电力，也是雅特力mcu一直为之努力的方向。
关于雅特力雅特力科技于2016年成立，是一家致力于推动全球市场32位微控制器(mcu)创新趋势的芯片设计公司，专注于arm cortex-m4/m0+的32位微控制器研发与创新，全系列采用55nm先进工艺及arm cortex-m4高效能或m0+低功耗内核，缔造m4业界最高主频288mhz运算效能，并支持工业级别芯片工作温度范围（-40°~105°）。雅特力目前已累积相当多元的终端产品成功案例：如微型打印机、扫地机、光流无人机、热成像仪、激光雷达、工业缝纫机、伺服驱控、电竞周边市场、断路器、adas、t-box、数字电源、电动工具等终端设备应用，广泛地覆盖5g、物联网、消费、商务及工控等领域。
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传感器在智能家居系统中的运用
工厂自动化带来生产效率和产品质量的提升，并有效解决了有限人力的困境。从产线自动化到无人车搬运系统，再加上机器人、机械手臂助力，驱动工业物联网快速发展。然而要实现真正的智能工厂，对于很多企业来说还是任重而道远。在传统工厂尚未进行数字化转型前，仅能依照第一线员工分散记录生产状况，制作表格整理数据，管理者凭借过去经验和假设做出决策判断。这样耗时耗力地组织整理报告、等待管理者决策，往往耽误了排除问题的最佳时机。传统工厂升级为智能工厂首要任务，将老旧的机器设备进行可程序化逻辑控制器(plc)和传感器(sensor)对接，利用sensor前端采集资料，可视化的设备进行数据分析，通过通讯设备将资料传输至控制器做实时监控，最后回传到云端管理，形成完整的工业联网。然而要做到这样的技术，必须在现有的设备上安装嵌入式或非嵌入式的联网设备，利用mcu的高运算、小体积、低成本优势，执行硬设备的通讯、边缘运算、实时反应和电机控制等功能，加速推动传统工厂转型。iiot特性在于拥有灵活高速的通讯网络、快速的分散式运算能力以及有助提高分析的边缘运算技术。这些技术能力缺一不可，用于信号撷取和驱动控制的plc，与协助工厂设备运作的电机控制系统，在对系统处理的要求上与日俱增，传统8-bit mcu已无法满足制造商的需求，因此采用32-bit mcu才能达到更好的性能要求（图1）。
图1. at32 mcu导入iiot设备应用
目前arm处理器内核作为工业和汽车系统中高集成、低成本mcu的行业标准，特别是arm cortex-m4 32-bit mcu，除了继承cortex-m3内核优势，内建数位信号处理器(dsp)，可选择附加单精度浮点单元(fpu)，让cortex-m4拥有高精度复杂的运算能力，且具有可访问性的优势，易于开发人员易编写软件。cortex-m4 32-bit mcu能有效改善低延迟、精确度及电力管理等问题，将传统mcu功能简化集中至单一芯片，并提供大容量内存，灵活弹性运用，优化系统成本。同时提供开发软件平台便于工程设计人员开发，带来高效处理、实时控制、网络通讯、数据分析和安全控制等功能。雅特力专注于32位微控制器研发与创新，采用arm cortex-m4高效能或m0+低功耗内核，在运算效能和精度上实现技术上的突破，超越市场上同级芯片，at32 mcu在工业自动化运用中崭露头角，表现出一定的优势。
实时反应和控制
为确保工厂设备安全和机器的连续运作，精确的类比信号控制至为关键，必须在规范的时间内控制信号，通过快速处理大量的数据，做出实时反应和控制。特别是在数十万转的电机驱动应用上，因电机转速快电流频率高、电机线圈电感小，需要提供高频、高解析的pwm电压，方能使电机高效稳定运转。例如，雅特力推出的at32f435/437系列mcu，采用最高主频288mhz，支援fpu浮点运算，内建超大容量4032kb flash和高达512kb sram，让cpu能以零等待周期访问（读/写）(图2)。且内嵌自动时钟校准(acc)模块，acc可校准高速内部时钟hick 48 mhz，并保证hick在芯片可操作温度范围内的最佳准确度，满足各种运动控制和智能控制对高运算力、高精度的需求。
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