物聯網所談論的議題是一個大方向，往應用細分又可分為智慧城市、智慧交通、智慧醫療、工業物聯網（IIoT）等，而工業物聯網和工業4.0的概念是密不可分的，著重于互聯性、自動化、機器學習及實時數據等多方面。工業物聯網是現今除了消費性應用以外，對于實現物聯生活使用范圍最廣的，涵蓋領域包含整個工業應用。

工廠自動化帶來生產效率和產品質量的提升，并有效解決了有限人力的困境。從產線自動化到無人車搬運系統，再加上機器人、機械手臂助力，驅動工業物聯網快速發展。然而要實現真正的智能工廠，對于很多企業來說都是任重而道遠。在傳統工廠尚未進行數字化轉型前，僅能依照第一線員工分散記錄生產狀況，制作表格整理數據，管理者憑借過去經驗和假設做出決策判斷。這樣耗時耗力地組織整理報告、等待管理者決策，往往耽誤了排除問題的最佳時機。

傳統工廠升級為智能工廠首要任務，將老舊的機器設備進行可程序化邏輯控制器（PLC）和傳感器（Sensor）對接，利用Sensor前端采集資料，可視化的設備進行數據分析，通過通訊設備將資料傳輸至控制器做實時監控，最后回傳到云端管理，形成完整的工業聯網。然而要做到這樣的技術，必須在現有的設備上安裝嵌入式或非嵌入式的聯網設備，利用MCU的高運算、小體積、低成本優勢，執行硬設備的通訊、邊緣運算、實時反應和電機控制等功能，加速推動傳統工廠轉型。IIoT特性在于擁有靈活高速的通訊網絡、快速的分散式運算能力以及有助提高分析的邊緣運算技術。這些技術能力缺一不可，用于信號擷取和驅動控制的PLC，與協助工廠設備運作的電機控制系統，在對系統處理的要求上與日俱增，傳統8-bit MCU已無法滿足制造商的需求，因此采用32-bit MCU才能達到更好的性能要求（圖1）。

圖1. AT32 MCU導入IIoT設備應用

目前Arm?處理器內核作為工業和汽車系統中高集成、低成本MCU的行業標準，特別是ARM? Cortex?-M4 32-bit MCU，除了繼承Cortex-M3內核優勢，內建數位信號處理器（DSP），可選擇附加單精度浮點單元（FPU），讓Cortex-M4擁有高精度復雜的運算能力，且具有可訪問性的優勢，易于開發人員易編寫軟件。

Cortex-M4 32-bit MCU能有效改善低延遲、精確度及電力管理等問題，將傳統MCU功能簡化集中至單一芯片，并提供大容量內存，靈活彈性運用，優化系統成本。同時提供開發軟件平臺便于工程設計人員開發，帶來高效處理、實時控制、網絡通訊、數據分析和安全控制等功能。雅特力專注于32位微控制器研發與創新，采用ARM? Cortex?-M4高效能或M0+低功耗內核，在運算效能和精度上實現技術上的突破，超越市場上同級芯片，AT32 MCU在工業自動化運用中嶄露頭角，表現出一定的優勢。

實時反應和控制

為確保工廠設備安全和機器的連續運作，精確的類比信號控制至為關鍵，必須在規范的時間內控制信號，通過快速處理大量的數據，做出實時反應和控制。特別是在數十萬轉的電機驅動應用上，因電機轉速快電流頻率高、電機線圈電感小，需要提供高頻、高解析的PWM電壓，方能使電機高效穩定運轉。例如，雅特力推出的AT32F435/437系列MCU，采用最高主頻288MHz，支援FPU浮點運算，內建超大容量4032KB Flash和高達512KB SRAM，讓CPU能以零等待周期訪問（讀/寫）（圖2）。且內嵌自動時鐘校準（ACC）模塊，ACC可校準高速內部時鐘HICK 48 MHz，并保證HICK在芯片可操作溫度范圍內的最佳準確度，滿足各種運動控制和智能控制對高運算力、高精度的需求。

圖2. 零等待Flash映射區塊

簡化設計降低系統復雜性

AT32 MCU將豐富的外設如CAN總線、UART、SPI/I2S、ADC、多元用途定時器等外圍元件整合成單片機系統，通過高階軟件編程進行最優化設計，建立在彈性的硬件區塊上，針對不同應用需求進行軟件設定，具備可擴充性和系統兼容性，降低系統復雜度。除上述多元接口外，還包含雙DMA控制器、兼容IEEE-802.3 10/100Mbps以太網絡和USB OTG等，提高資料傳輸效率和可靠性；并建立完整的系統生態鏈，包含開發環境、實時作業系統（RTOS）以及通過雅特力驗證的第三方軟件資源，并符合國際電工委員會（IEC）制定的IEC-60730國際安全標準規范，如此強大豐富的資源及便利性，有助于產品快速開發上市。

大容量內存提升靈活性

AT32 MCU可搭配標準規格的擴充板，適用于快閃存儲器編程和運行控制的內置調試接口，快閃存儲器（QSPI）具備高讀取頻寬，加速高效能嵌入式系統的資料存取及編輯，完成系統的快速編程執行，通過先進制程技術，集成更大容量SRAM進行數據緩存，執行復雜的系統代碼與彈性應用。AT32F403A/407系列及AT32F435/437系列，提供256~4032KB Flash、96~512KB SRAM超大存儲器選用，靈活應用于各種工業自動化控制領域，如化工、塑料、紡織、包裝、印刷、中央空調、環保設備等生產機械設備（圖3）。

圖3. AT32 M4/M0+ MCU FAMILY

提高能源效率

未來工業化的設備將增加更多控制程序和傳感器來提升安全性，這些都需要大量的計算能力。例如，設備上增加異常檢測功能，在即將發生災難性的故障前，提前進行預防保養，確保設備發生故障時工廠仍能安全地運作，減少工廠停機時間，并增加多種通訊方式。或是在工廠自動化升級中，實現無線抄表和數據傳送功能的低功耗電磁流量計與電流表，節省人力資源和提升效率。AT32WB415系列采用低功耗（BLE）藍牙5.0，集成藍牙射頻（RF）收發器與基帶（baseband）功能所組成的無線通訊型MCU，作為工廠建設首選；由于工廠設備需隨時處在聯網情況下，能源管理為一大挑戰，須解決低運行功耗和低待機功耗等問題，AT32L021系列將于2022下半年推出，主頻采用72MHz，片上集成了豐富的外設外圍，且擴展了1個采樣率高達2 Msps的12位ADC，幾乎所有的I/O接口可容忍5V輸入訊號，適用于高速數據采集、工業及電機控制，且芯片于待機模式下可達約1uA，深度睡眠模式約20uA的優異功耗表現。

根據Market Research Future分析報告預測，從現在到2023年，物聯網微控制器市場的復合年增長率（CAGR）將達到12%，屆時年收入將達到近40億美元。工業物聯網的應用多偏重工廠環境設備與大量遠距離傳感器的連接，因此需要高速的資料傳輸和數據處理能力同時保持低功耗的電力，也是雅特力MCU一直為之努力的方向。

審核編輯：湯梓紅