最新MCU产品包含先进USB功能

无愧于其名称，通用串行总线(USB)正在取代曾一度在通用MCU中流行的标准串行接口——RS-232总线。随着更多器件为了强化早期MCU的终端设备接口而合并了主机设备和OTG功能，集成USB的能力也在不断提高。最新推出的产品表明，USB也正在进入到更为专用的器件中，瞄准了诸如汽车、工业、超低功率消费产品等应用。

不久前召开的嵌入式系统会议(ESC)上所展示的新产品，充分表明了MCU制造商对于USB的热情。Atmel和Luminary Micro这两家ARM供应商，已在其产品系列中增加了先进的USB功能。Atmel公司基于ARM-9内核的SAM9R64 MCU，面向以USB高速模式(48Mbps)运行的终端设备。Luminary Micro公司基于ARM Cortex-M3内核的Stellaris系列，增加了20个包含USB功能的新成员，其中大多提供宿主控制器和OTG功能。Microchip公司PIC32系列的新品，以及其最新的PIC23FJ256GI系列中的十几款16位MCU，也都包含了这样的功能。

还有一些准备在近期面世的产品，则致力于把USB功能带入到目前尚未实际应用USB的领域。TI公司MPS430产品营销经理Kevin Belnap表示：“TI将在近期推出面向超低功率消费领域的产品，它们将包含USB功能。”

同样地，面向超低成本应用领域，Microchip公司即将发布具有USB功能的8位MCU产品线，批量销售价格预计将降到一美元以下。

USB在嵌入式控制领域所承担的作用，似乎注定要继续扩大。

NEC电子美国公司提供一系列带有USB功能的微控制器，该公司认为，USB将进入游戏、工业自动化和建筑管理等领域。

图1：随着对高速、主机和OTG功能支持的出现，MCU中的USB功能也在增强。

NEC汽车业务部市场总监David Stone指出，将USB引入汽车市场激发了很多人的兴趣。“这样的做法可以使消费者将USB存储棒中的音频文件下载到汽车娱乐系统中。”Stone介绍，“人们也开始讨论如何使用无线USB把视频文件从家庭服务器下载到车库的汽车中，并在车内传送。”

在MCU领域，有许多因素正在推动人们采纳USB。首先，越来越多的用户使用PC(特别是笔记本电脑)作为嵌入式系统的接口和控制单元。NEC多功能MCU战略业务部高级工程经理Ray Shin说：“如果打算把某个应用连接到PC，就必须为它配备USB。目前，笔记本电脑不再提供RS-232接口。”TI公司的Belnap对此表示认同：“PC机已经取消了串行端口，接口设备要想从PC中下载数据或配置信息，就必须配置USB。”

如今，即使不需要PC接口的嵌入式应用也开始采纳USB。Luminary Micro公司在Stellaris系列发布会上指出，工业领域对USB的标准化连接、热交换，以及向设备提供能量的能力都表现出极大的兴趣。USB接口在没有CPU参与的情况下，通过DMA接口向存储器发送数据的能力，是其另一个吸引人的特性。工业系统已经把USB作为与闪存棒连接的接口，通过它可把配置数据下载到工业系统中，而且在不通过PC的情况下可以直接恢复日志数据。

然而，获得USB接口的高速和多功能特性当然要付出代价：设计的复杂性增加了。“USB是一个相当复杂的协议。”TI公司的Belnap说，“为了在使用时达到USB的速度，开发者需要配备合适的工具。”Belnap强调，MCU制造商现在必须提供软件、工具和参考设计以同时满足USB初级用户和经验丰富用户的需求。

图2：一系列新的应用，如安全密钥，都在提高对MCU中USB连接的需求。

Microchip公司高性能MCU营销经理Terry West表示同意上述观点，他指出，在MCU中增加USB尤其会对软件产生重大影响。“USB主机协议栈自身就包含超过100kB的二进制代码。”West说。

由于USB是针对PC环境开发的，所以在新的应用领域((如超低功率消费类产品)进行设计时，USB也带来了许多挑战。 “超低功率系统通常都依靠单节AAA电池或纽扣电池供电，”Belnap指出，“其工作电压比USB接口的工作电压低，必须设法解决这个问题。另外，为延长电池寿命，USB接口需要在没有连接的时候断电。”

幸运的是，MCU制造商正在设法为用户解决软件复杂性和其他设计问题，如对片上USB外围设备提供完整的软件支持，包括驱动程序、类驱动程序和用于实现主机、器件和OTG功能的堆栈。制造商可自行开发软件(如NEC和Microchip)，或与第三方供应商合作(如Express Logic公司对Luminary Micro公司Stellaris系列提供的USBX支持)。

尽管已开始着手解决这个问题，但MCU制造商需要为USB开发提供更为广泛的支持。“客户总是问我们如何才能更省钱。”Shin说，“所以，我们必须提供完整的解决方案。”典型的USB制造商支持包括软件源代码、参考设计、开发板和工具包。

作者：Richard A. Quinnell

Richard A. Quinnell (RichQuinnell@att.net)是EETimes的特约技术编辑，住在华盛顿州Gardiner市。