物联网和移动SoC：下一代设备的处理能力

已创建：September 6, 2019
已更新：August 21, 2024

自从第一款智能手机上市以来，就一直在努力将更多功能集成到单一设备中。这不仅仅在软件层面上发生，还需要正确的硬件来提供必要的处理能力。随着更多功能被压缩到更小的空间中，新型智能手机包含了越来越强大的系统级芯片（SoC），这些芯片提供数据处理并与移动设备中的其他子系统进行接口。

用于新型智能手机和物联网（IoT）的移动SoC包括LTE调制解调器、图形处理器、支持人工智能（AI）功能的数字信号处理器、缓存内存、设备安全性以及其他功能，所有这些都集成在单个芯片中。随着物联网革命的持续和这些设备中功能需求的不断扩展，新产品将需要强大的移动SoC。

物联网和移动SoC控制器

随着新型物联网设备需要集成更多已被计算机使用一段时间的软件级功能，这些设备将需要更大的处理能力以用于各种新应用。一些设想的功能包括机器学习和人工智能，这两者都是处理和内存密集型应用。目前在商用智能手机中使用的先进芯片包括苹果的A12 Bionic、高通的Snapdragon 855和华为的Kirin 980，它们都采用了7纳米制程工艺。下表显示了三者之间的功能比较。

Kirin 980和Snapdragon 855 SoC控制器的CPU基于ARM架构，这是高级精简指令集计算机（RISC）机的缩写。这种架构被授权给微控制器芯片制造商，用于移动设备的控制器中。基于ARM的SoC控制器采用的RISC架构需要的晶体管更少，因此这些控制器的成本更低，耗电量也比大多数个人电脑中的控制器少。这使得基于ARM的移动SoC非常适合智能手机、物联网设备和其他嵌入式系统。

最新一代的ARM Cortex-M处理器针对物联网设备应用，提供安全性和机器学习解决方案，除了高性能嵌入式系统需求，如实时确定性中断响应、低功耗消耗以及32位或64位字大小。

Cortex-M23和Cortex-M33处理器配备了一种名为TrustZone^TM的安全技术，它为可信软件提供了系统范围的硬件隔离。Cortex-M7和Cortex-M33核心支持数字信号处理（DSP）和单精度（32位）浮点处理。这些能力将使得设备上的机器学习得以应用于计算机视觉和物联网设备边缘计算等应用中。

ARM Cortex 移动SoC微控制器

ST Microelectronics, STM32L552RC

STM32L552xx系列设备是基于ARM Cortex-M33 32位RISC核心，在64引脚LQFP封装上构建的超低功耗微控制器家族（STM32L5系列）。这些设备包括嵌入式高速存储器（256 KB SRAM/512 KB Flash）、两个APB总线和两个AHB总线上的丰富增强型I/O和外设，以及一个32位多AHB总线矩阵：

Cortex-M33核心配备了单精度浮点单元（FPU），支持所有Arm^®单精度数据处理指令和所有数据类型。Cortex-M33核心还实现了一整套DSP（数字信号处理）指令，支持TrustZone和内存保护单元（MPU），增强了应用的安全性。 [来自产品简介]

此外，这些设备包括两个5 Msps 12位ADC、两个DAC通道、两个比较器、两个运算放大器、一个内部电压参考缓冲器、一个低功耗RTC、两个通用32位定时器、两个专用于电机控制的16位PWM定时器、七个通用16位定时器和两个16位低功耗定时器。设备支持四个外部sigma delta调制器的数字滤波器（DFSDM）。最多可用22个电容感应通道用于HMI集成。

来自ST Microelectronics的STM32L552RC方框图。

ST Microelectronics, STM32F746NG

STM32F745xx 和 STM32F746xx 系列设备在保持低价格点的同时，仍然提供与前代控制器相当或更好的功能。这些设备基于 ARM Cortex-M7 32位 RISC 核心。它还实现了一整套 DSP 指令和内存保护单元（MPU），以增强物联网应用安全性。这一系列设备还包括高速嵌入式存储器（320 KB SRAM/1 MB Flash），包括 64 KB 的 TCM RAM，用于实时处理关键数据。

除了在前一产品中发现的总线架构外，此产品提供类似的信号处理/转换功能，并具有高级通信特性：

所有设备都提供三个 12 位 ADC、两个 DAC、一个低功耗 RTC、十三个通用 16 位定时器（包括两个用于电机控制的 PWM 定时器和一个在停止模式下可用的低功耗定时器）、两个通用 32 位定时器、一个真正的随机数生成器（RNG）。它们还具有标准和高级通信接口。 [来自产品简介]

NXP 半导体，MKL16Z256VLH4

MKL16Z256VLH4 是一款超级经济实惠的移动 SoC，基于 48 MHz 运行的 ARM Cortex-M0+ 核心。尽管它提供较慢的处理速度，但仍提供 32 位处理能力、超低功耗消耗与睡眠模式和嵌入式存储器（32 KB SRAM/256 KB Flash）。鉴于其较低的价格点、多种标准通信接口和模拟模块（16 位 SAR ADC 和 12 位 DAC），该产品的一个应用是在小型物联网设备中，这些设备将从传感器获取和处理信号。该产品采用 64 引脚 LQFP 封装，尽管还有一种采用 64 引脚 MAPBGA 封装的变体（MKL16Z256VMP4）。