淺談控制器發展方向 PC-based和更智能

【中國數字視聽網訊】無論是產品技術或應用，微控制器均扮演著最重要的關鍵角色；在一般性的控制功能應用中，也隨處可見微控制器的身影，在可攜式上網裝置、智慧型消費性電子產品、自動化控制、車用資通訊系統等嵌入式應用的成長驅動下，選擇合適的控制器產品、并充份發揮微控制器所提供之特性，以達成低成本、低耗能、加值化、多功能、強固穩定運作特性等的新產品開發目標。

當然，控制器的選用也受到多項重大趨勢的影響，例如：節能議題便是智慧工廠與智慧建筑等工業應用中，長期受到關注與討論的趨勢。同時，為了以經濟實惠的方式達成效率，另一個趨勢是將個別電子系統整合于通訊網路中。此外，各國立法方向也加速了市場對于工業系統安全功能之需求。

這些趨勢如何影響微控制器的選用？運算效能需求提高，需要更強大的演算法。對特定應用周邊的需求提高，讓功率與類比元件邁向更高效能。

通訊堆疊、作業系統及更精細控制的軟體也刺激了對于高階程式設計管理軟體復雜度的需求。除了微控制器標準功能外，安全應用也要求所有運作狀態達到適當品質水準，以及10年以上的標準產品使用壽命。

MCU性能已包括如高性能多核設計、整合數位訊號處理、更強大的I/O控制、網路通訊、甚至是熱門的觸控功能等創新應用陸續登場，對產品工程師而言，如何融會智慧應用趨勢、并貫通到產品設計之中，不只是其關鍵性的任務，更是企業不可忽略的課題，其重要性可謂相當關鍵。

工業微控制器供應商，也可從三大方面因應這些趨勢：

1.針對特定應用量身打造微控制器架構，例如，利用硬體訊號結合數個計時器單元，打造3階變頻器。

2.長期穩定地供應特定元件。

3.采用更具效率的方法，克服不斷提高的軟體復雜性。

更快速的控制回路與更先進的演算法，需要具備DSP功能的核心架構，以及快速的快閃記憶體。最佳化的周邊可更快速精確地測量類比訊號，以及提供更快速適當的PWM(脈沖寬度調變)生成。以這些特性為基礎，在類FPGA方法中結合標準微控制器周邊，可讓系統開發人員根據應用，量身打造微控制器硬體。

提升連線能力是工業系統合理的下一步，好處是實現更理想的系統互通性、更容易的系統整合、管理及維護。

其中包括兩項層面：即時重要網域內部的連線能力，以及通往「外部」世界的連線能力。UART、SPI、IO-Link等簡易標準或專屬通訊協定，在即時關鍵網域CAN內部相當普遍，并具備符合成本效益及穩定可靠等特色。

至于通往外部世界的連線能力，則有兩項主要的使用情況：手動更新或下載時，需要USB或SD/MMC等高速介面；遠端程序管理、監控或維護的主要趨勢則是使用乙太網路。

多項工業研究證實軟體復雜度是嵌入式系統發展的主要問題之一，對于開發團隊規模相對較小的中小型公司，其中的主要挑戰包括通訊堆疊、作業系統整合，以及重復使用最佳演算法。

若要控制軟體復雜度，所選的微控制器硬體應具備足夠彈性，以廣泛支援各種應用和支援平臺解決方案，此外，也需要更抽象化的軟體開發、第三方編譯器及除錯器順利互通。

控制器可謂為工業控制系統的大腦，在工控領域一直扮演著重要的角色。隨著機電整合技術的進步，控制器正朝PC-based和更智慧化的方向快速發展，預期未來它將與CAD/CAM、網路、制程監控軟體結合，達到更高度自動化的境界。

（編輯：石頭）