现代信息社会，是半导体技术支撑起来的社会。在各种各样的设备中，运行着无数各种各样的芯片，它们各司其职，推动着生产生活。
其中有的芯片广为人知，比如CPU、GPU，但也有海量的芯片默默工作在幕后，扮演着“无名英雄”的角色，比如说MCU。
近日，ADI亚德诺半导体公司就带我们探寻了一番MCU世界的秘密。
一、什么是MCU？
MCU、微控制器、单片机……这三个名字更新不少人都听过。
事实上，它们三个如今的含义是完全相同的(历史早期微控制器/单片机略有不同但不大)，等于一个人有三个名字。
MCU是一个英文缩写，全称为“Microcontroller Unit”，翻译过来就是“”微控制器单元
的意思，简称微控制器。
MCU诞生于20世纪70年代，就是将CPU处理器、RAM内存、ROM存储、I/O输入输出等微型计算机的主要功能集成在一颗单芯片上实现，所以最初叫做“单片微型计算机”(Single Chip Microcomputer)，简称单片机。
为方便表述，下文统一使用MCU。
MCU在电子系统里起着至关重要的作用，可以按照一定的程序，对系统其它部件进行控制和管理，也可以收集外界或者内部的数据，进行处理计算，并做出决策，可以说是电子系统的“大脑”。
事实上，MCU已经渗透在我们生产生活的方方面面，几乎没有哪个地方找不到它的踪迹。
尤其是在日渐普及的智能生活中，微控制器更是发挥着不可替代的作用。
比如一台智能洗衣机，它怎么知道衣服已经洗好了？用了多少电？
比如一部智能手表，它怎么测量心率、血氧、睡眠，并分析健康度的？
这些都是MCU的基础功劳。
二、ADI是干什么的？有哪些MCU？
ADI（亚德诺半导体）创立于1965年，总部设在美国马萨诸塞州诺伍德市，设计和制造基地遍布全球，是业界公认的数据转换和信号处理技术领先供应商，拥有6万+世界各地的客户，涵盖全部类型的电子设备制造商。
在模拟IC领域，ADI一直高居第二，2021年销售额94亿美元，同比增长21％，占据12.7％的市场份额。
ADI以其出色卓越的高精度信号链和电源产品闻名，但在MCU领域同样布局久远，1995年至今累计出货量已超过10亿颗。
从1995年诞生的8051系列，到2004年推出的MAXQ系列，再到2012年之后的ARM内核系列，以及2020年开创的全新边缘AI系列，一直在MCU领域占据举足轻重的地位。
ADI MCU产品根据功能应用，主要分为三大类。
第一类是低功耗MCU，具备体积小、功耗低、存储大的特点，属于通用型产品，可广泛用于工业、物联网、医疗、消费类等领域。
它还可以细分出一支低功耗蓝牙MCU系列，专用于蓝牙通信设备。
第二类是安全MCU，具备安全的系统架构，具有很强的抗攻击加密能力，适用于对安全要求较高的智能设备、终端，比如POS机、读卡器等。
第三类是人工智能MCU，实际上脱胎于低功耗MCU，但具备AI能力，可以将AI推理从云端推向边缘端，非常适合电池供电的AIoT设备和场景，比如说智能家居、人脸打卡、语音控制等。
以下是ADI MCU的一些典型产品，以及关键规格，包括核心架构与频率、内存与存储容量。
可以看到，频率基本都在100MHz上下，内存都不超过1MB，存储不超过3MB，毕竟是“微”控制器，不需要太多算力，更关键是功耗得超级超级低。
ADI表示，其MCU产品具备功耗低、接口优、通讯新、评估全、开发易、安全强等六大特色。
具体来说，功耗方面，支持灵活的操作模式和超低功耗，可以延长系统续航时间；
接口方面，具备高速、安全的多时钟选项，可以优化程序性能；
通讯方面，集成最新的BLE低功耗蓝牙，支持远程模式、BLE音频等，允许设备在更远的范围内通信；
评估方面，针对大多数产品提供完备的评估方案和开发示例，硬件包括评估板、演示套件等；
开发方面，提供SDK、库文件、驱动代码等，从而简化难度、加快速度；
安全方面，具备30余年的IP保护和信任根研发经验，可极大增强系统安全性，可快速、高效地为产品增加安全加密、密钥存储、防篡改等功能。
ADI MCU有着丰富的开发资源支持，包括多种评估套件、开发板与参考设计，包括丰富的软件库和设计文档，包括编程与调试IDE，以及线上线下技术支持。
ADI中国技术支持中心高级工程师辛毅打了个形象的比方，就像做饭的时候，不但有全套的食材、菜谱、厨具，还有料理包，只需加热就能上桌。
三、ADI边缘AI MCU
AI已经无处不在，IoT也无处不在，二者融合就是AIoT。
问题在于，海量的设备和数据必然需要大量的矩阵据算，意味着大量的存储空间、强大的计算能力、高速的数据交互，成本很高，而以往必须以来云端大型服务器才能满足，IoT又是物与物互连，绝大多数设备都是电池供电，在本地彼此通讯。
这就催生了边缘AI技术，也叫终端AI，起源于20世纪90年代诞生的边缘计算，是相对于云端AI的概念。
有了边缘AI技术，就不必再将数据集中在云或数据中心进行处理，而是在靠近用户本地的终端网络边缘即可执行AI运算，本地设备可以自行运算与决策，无需接入互联网。
边缘AI具备实时性好、带宽资源要求低、隐私性高等特点，特别适合IoT应用，包括森林火灾监测、公路铁路大坝塌方检测、语音识别、人体数据分析等等。
边缘AI就像《韩非子·说林上》里说的：“失火而取水于海，海水虽多，火必不灭矣，远水不救近火也。”
ADI的边缘AI MCU解决方案是MAX7800X系列，集成Arm Cortex-M4F、RISC-V架构的两个微控制器内核负责数据加载和启动，还有CNN卷积神经网络加速器负责AI推理。
该方案在本地即可完成全部工作，无需连接互联网。
两个内核也有个不同的分工，其中Cortex-M4F负责应用和通信，内部集成Flash、SRAM。
RISC-V则是一颗小内核，32位精简指令集，主要配合CNN工作，将输入的数据传输至存储空间再交给CNN来处理。
ADI指出，RISC-V的功耗非常低，尺寸比较小，而且是开放式的，很多用户都喜欢，ADI也有自己研发的知识产权，未来可能会推出更多基于RISC-V的产品。
值得一提的是，微控制器内核完成加载和启动之后就可以休息了，不再耗电，因此整体功耗非常低。
该系列方案有两个版本MAX78000、MAX78002，后者规格更高，具备更快的频率、更大的存储空间，处理速度更快，而且除了图像、音频还可以处理视频。
这一方案相比于纯软件方案数据吞吐量高出100倍，相比于FPGA或GPU方案成本微不足道，相比于微控制器加DSP方案功耗不到百分之一，因此在性能、功耗、成本等方面达到了最优的平衡，而且尺寸小巧。
如果使用传统微控制器执行AI推理，功耗开支会非常大，而使用单独的卷积神经网络加速器，只需非常少的功耗即可达到同样的效果。
相比于竞品，性能和能效也是碾压级的存在。
开发支持方面，ADI边缘AI MCU提供丰富的数据手册、文档、评估套件、视频、笔记、工具、例程等等，还有参考设计相机模组。
该方案已经应用的实例场景有：打卡考勤与智能门锁人脸识别、语音识别、摄像头物体识别、智能音箱、电动窗帘、智能照明、相机鸡蛋计数、车载冰箱、智能头盔、管道泄露检测、垃圾分类等等。
四、ADI低功耗MCU
ADI的低功耗MCU采用单一芯片设计，集成度高，一颗的功能就能替代以往的多颗，甚至还有电源管理模块。
如此一来，单一系统就可以使用相当数量的MCU，各自负责逻辑与控制、传感器数据收集、蓝牙连接等不同功能，功耗超低的同时，还能满足丰富的功能需求。
ADI的低功耗MCU也有着广泛应用，比如监测污水、原油、自来水等的工业流量计，传统上需要MCU、高精度ADC、运算放大器、HART模块等多颗芯片，ADI MAX32675单芯片就集成了上述功能，可以大大降低系统的尺寸，并节约物料成本。
还有使用MAX32672方案的工业光学式气体探测仪、MEMS传感器，等等。
在消费类设备中，可穿戴智能手表可以使用ADI MAX32650，它集成1MB Flash、3MB RAM，能支持较大规模的数据存储和计算，非常适合需要收集大量数据的智能手表，高安全性也能保证用户隐私数据不会被泄漏。
还有使用MAX32660的真无线耳机、扫地机器人，使用MAX32666的心电T恤，使用MAX32680的连续式血糖监测仪等等。
包括最近火爆的血氧仪，ADI也早在新冠疫情前就有专门的血氧检测方案、血氧饱和度检测芯片，以及专用算法，可以方便地构建产品。
五、ADI安全MCU
安全是永恒的话题，尤其是随着IoT、AIoT设备的应用日益广泛，数据量日益庞大，还有潜在风险环境，很容易遭到物理攻击。
多年来，ADI积累了大量实时代码与数据加密专利技术，广泛应用于安全MCU产品，符合EMV、PCI、FIPS等安全标准，可以低于侧信道攻击。
比如说专门的ChipDNA PUF电路，可产生密钥以实现强大的防物理攻击能力，确保系统密钥不会落入黑客之手。
还有闪存加密、安全存储功能，可以使敏感数据抵御最先进的物理探测手段，从而实现可靠的IP保护。
当然，既然是MCU，安全的同时，低功耗、小尺寸也是必需的。
ADI安全MCU也有着丰富的应用场景。
比如在电子现金领域，可以对POS机、ATM机进行加密；
在智能家居领域，可以对访客的身份签名进行验证，并实现各传感器数据的加密传输；
在信息系统领域，可以实现访问授权和签名检查；
在远程医疗领域，可以保证患者的健康隐私不被泄露等等。
怎么样？通过这次介绍，是不是对小小的MCU有了全新的认识？正是有了这些幕后英雄，我们的生活才更加智能、便捷。
相信在未来，MCU的功能会愈加强大，应用会愈加广泛，期待ADI带来更丰富、更优秀的产品。
