DSP+FPU给MCU架构设计带来的新思路

工作就是由FPU来负责，但是如果要同时计算：「0.8+0.5=？与1.3+0.9=？」的话，就必须借重DSP的运算功能，所以FPU与DSP的密不可分，的确有其道理。杨正廉表示，广义来看，让MCU具备DSP与FPU功能，主要的目的在于能让MCU的客户群能够享受到DSP与FPU带来的功能与便利性，而过往采用DSP架构的客户群，也能有机会转移到MCU平台。

　　Ian Anderton也从应用面出发，并以感测器融合（Sensor Fusion）为例，感测器融合是指把多个感测器结合在单一系统中共同运作。它需要高阶的讯号处理功能，才能把讯号从嘈杂的环境中区隔出来。感测器融合可提供即时校正与调整控制，这是一种有限时间（time-limited）的应用，仅能透过利用DSP和FPU的协同处理功能来实现高效、高精密度的计算。此外，包括加速器、陀螺仪、压力/温度/触控等各种感测器，以及其他拥有个别控制/管理演算法的感测器也增加了更多的挑战，必须采用DSP/FPU才能设计出高效的系统。

　　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。