破解智能表计超低功耗MCU难题，航顺HK32L08X以何致胜

发布时间：2023-09-20 09:15
作者：AMEYA360
来源：航顺芯片
阅读量：2120

　　在新基建的风口下，智慧城市建设正跨入新的发展阶段，水、电、热作为不可或缺的基础生活元素也在向智能化方向发展，而用于计量的表计也快速向具备通信能力的智能水热气表升级。

破解智能表计超低功耗MCU难题，航顺HK32L08X以何致胜

　　市场正处于高速发展时期，MCU作为智能表计系统中的主控单元，全行业对其品质和性能的要求极高——

　　超低功耗，具有灵活的功耗管理方式，以智能化协调整机维持在最低功耗;

　　高集成度，具备丰富的功能组件和接口资源，以减少外围器件，同时兼顾性价比;

　　安全可靠，因智能表计安装和使用场景限制，维护替换成本较高，所以产品安全性和可靠性尤为重要。

　　超低能耗MCU产品HK32L08x，三大核心优势助力破局

　　航顺芯片基于ARM®Cortex®-M0内核的超低能耗MCU产品HK32L08x进一步完善HK32L0xx系列MCU芯片产品线，助力客户破解智能表计产品设计难题。

破解智能表计超低功耗MCU难题，航顺HK32L08X以何致胜

　　(一)支持多种工作模式组合，实现超低功耗。为了配合不同的应用需求，并达到系统平均功耗的最小化，低功耗 MCU提供多种操作模式，让用户灵活调配应用;

　　正常运行模式：CPU 内核及外围正常工作，能实时改变 CPU 及外围的工作频率或关闭不需要的时钟源以获得最佳的工作效能。

　　低频工作模式：CPU 内核及外围工作于低频的时钟源，例如内部低频 32K RC 震荡器。

　　普通STOP模式：内部所有寄存器和存储器的值保持不变，关断内部时钟源和内部模拟模块，LDO保持为正常工作状态，使芯片能快速唤醒，以便响应实时性要求高的外部请求。

　　低功耗STOP模式：内部所有寄存器和存储器的值保持不变，关断内部时钟源和内部模拟模块同时LDO切换到低功耗模式。

　　STANDBY RTC 模式：关闭内部LDO ，内部RTC运行计时。

　　STANDBY模式：关闭内部LDO ，只保持少量备份寄存器的数据，仅部分IO管脚持续供电，由IO管脚或复位 (Reset) 管脚唤醒MCU。

　　(二)丰富的功能组件和接口资源

　　外设通讯支持2路USART、2路UART和1路低功耗UART，2路IIC、2路SPI、 1路CAN 2.0 和1路USB 2.0 device。

　　支持1路16位高级定时器，3路带死区互补输出和刹车功能，可应用于电机控制。

　　支持4*32或8*28段式LCD控制器。

　　支持1个16通道12位高精度ADC，1个12位DAC，2个电压比较器和3个运放。

　　(三)高安全设计技术

　　内嵌硬件实现的AES电路，可支持128位、192位和256位密钥长度。

　　内嵌硬件读写保护电路保护芯片内部Flash的数据安全。

　　内嵌硬件加密电路加密存储在内部Flash的程序和数据，防止芯片被开盖窃取Flash程序和数据。

　　同时，航顺芯片HK32L08x家族产品阵列丰富，设计有多种封装型号，可满足客户不同设计需求：

　　HK32L08xRBT6(LQFP64封装)：HK32L084RBT6、HK32L088RBT6(具备EEPROM存储器)

　　HK32L08xCBT6(LQFP48封装)：HK32L084CBT6、HK32L088CBT6(具备EEPROM存储器)

　　HK32L08xKBT6(LQFP32封装)：HK32L084KBT6、HK32L088KBT6(具备EEPROM存储器)

　　HK32L088CBU6(QFN48封装)(具备EEPROM存储器)

　　HK32L08xKBU6(QFN32封装)：HK32L084KBU6、HK32L088KBU6(具备EEPROM存储器)

　　面对新一代智能物联表的应用，智能表计MCU芯片运算速度、存储容量、处理能力和制程工艺还需进一步提升，航顺芯片将在智能表计MCU上持续研发投入，布局更低功耗、更高集成度和更高安全性的MCU产品，为行业带来性能和品质更优的产品及解决方案。

（备注：文章来源于网络，信息仅供参考，不代表本网站观点，如有侵权请联系删除！）

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　　性能卓越，简化驾驶操作 HK32A040采用ARM® Cortex®-M0内核，最高工作频率可达96MHz，内置高达124 Kbyte的Flash和10 Kbyte的SRAM，能够快速处理来自OBD系统的复杂数据，实现对汽车发动机、变速器等关键部件的精准控制。通过配置Flash控制器寄存器，HK32A040还能实现中断向量在主Flash区内的重映射，支持传统的Flash Level 0/1/2读写保护和Flash代码加密，增强了系统的安全性。　　高集成度，灵活的外设接口 HK32A040具备高集成度和灵活的外设接口，包括和车载电脑通信用的CAN通讯接口，为工程师提供了更大的设计自由度和优化空间。这使得整个电子控制系统更为紧凑高效，同时也降低了成本。其丰富的外设资源和多种封装选项(LQFP64、LQFP48、QFN32、QFN28)能够满足不同平台的拓展需求。　　高可靠性，车规品质 作为车规级MCU，HK32A040符合AEC-Q100 Grade 1标准，支持-40℃至125℃的工作温度范围，确保了在极端环境下的稳定运行。同时，它还符合ISO 9001、IATFT 16949质量管理体系，为汽车电子系统的可靠性提供了坚实的保障。　　高性价比，助力成本控制 在同等性能和资源条件下，HK32A040提供了更高的性价比，帮助汽车制造商在成本控制和用户体验上实现双赢。此外，航顺芯片还提供了完整的生态配套和长达15年的设计寿命以及15年以上的供应链保证，为客户的长期发展提供了坚实的后盾。　　应用广泛，市场认可 基于HK32A040的汽车OBD方案已经在多家新能源汽车制造商中得到成功应用，如赛力斯新能源汽车，其工程师团队对HK32A040的功能特性、处理速度、功耗表现、环境适应性以及成本效益比等多个维度进行了严格的审查，并最终选择了这一方案。这不仅提升了整车的电控效率，还实现了更低的能耗和更优的用户体验。　　综上所述，航顺芯片HK32A040以其卓越的性能、高可靠性和高性价比，成为了汽车OBD方案的理想选择，为汽车电子控制系统的智能化和集成化提供了强有力的支持。　　产品系统框图　　智能车载OBD盒子实物图　　方案特点　　针对整车电气系统的检测，方案采用HK32A040系列MCU自带的CAN总线模块，最高速率可达1Mb/s。可与整车进行通信，获取汽车静动态电气系统数据，并通过SPI发送到4G模块中，从而实现汽车端到手机端的通信，让用户随时了解自己车辆的动态。HK32A040系列车规MCU主要规格　　CPU 内核　　ARM® Cortex® -M0　　最高时钟频率：96 MHz　　24 位 System Tick 定时器　　支持中断向量重映射(通过 Flash 控制器的寄存器配置)　　工作电压范围　　单电源域(主电源 VDD)：1.8 V ~ 3.6 V　　备用电源(VBAT)：1.8V ~ 3.6V产品概述　　典型工作电流　　运行(Run)模式：6.1mA@96MHz;1.6mA@8MHz　　睡眠(Sleep)模式：4.7mA@96MHz　　停机(Stop)模式：　　LDO 全速：0.7mA@3.3V　　LDO 低功耗：60μA@3.3V　　待机(Standby)模式：1.6μA@3.3V　　关机(Shutdown)模式：0.4μA@3.3V　　存储器　　124 Kbyte Flash　　CPU 主频不高于 24 MHz 时，支持 0 等待总线周期访问 Flash。　　Flash 具有数据安全保护功能，可分别设置读保护和写保护。　　支持加密 Flash 存储的指令和数据，可防止 Flash 内容受到物理攻击。　　10 Kbyte SRAM　　数据安全　　CRC 校验硬件单元　　多种安全加密模块，包括 AES、HASH 和 TRNG　　时钟　　外部高速时钟(HSE)：支持 4 ~ 32 MHz，典型值为 8 MHz　　外部低速时钟(LSE)：32.768 kHz　　片内高速时钟(HSI)：8 MHz/14 MHz/56 MHz 可配置　　片内低速时钟(LSI)：40 kHz　　PLL 时钟：最高 96MHz　　芯片管脚输入时钟(EXTCLK)　　复位　　外部管脚复位　　电源复位(POR/PDR)　　软件复位　　看门狗(IWDG 和 WWDG)复位　　低功耗管理复位　　选项字节装载器复位　　可编程电压监测器(PVD)　　8 级检测电压门限可调　　上升沿和下降沿检测可配置　　GPIO 端口　　最多支持 55 个 GPIO 引脚　　每个 GPIO 引脚都可配置为外部中断输入　　数据通信接口　　2 路 USART：支持主同步SPI 和调制解调器的硬件流控，具有ISO7816 接口、LIN、IrDA 功能以及自动波特率检测和停机(Stop)模式下唤醒特性。产品概述　　最多 2 路高速 SPI：支持4 至16 位可编程数据帧，带复用的I2S 接口。　　最多 2 路 I2C：支持超快速模式(1 MHz)、SMBus 和 PMBus。在 Stop 模式下，支持数据接收唤醒。　　1路LPUART：支持在最小功耗下进行异步串行通讯、单线半双工通信、调制解调器的硬件流控(CTS/RTS)以及多处理器通信。　　1个CAN：支持CAN 协议(2.0A和2.0B 主动模式)　　定时器及 PWM 发生器　　1个16位高级定时器(4路PWM 输出，其中3路带死区互补输出和刹车功能)　　5个16位和1个32位通用定时器(TIM2/TIM3/TIM14/TIM15/TIM16/TIM17)　　1个16 位基本定时器(TIM6)　　片内模拟电路　　1个12位SAR ADC(多达 16 路模拟信号输入通道)最高转换器频率：1MSPS支持自动连续转换、扫描转换功能具有 3 路模拟比较器　　DMA 控制器(带 7 个通道)　　支持定时器、ADC、SPI、I2C、USART、AES、HASH 等多种外设触发。　　温度传感器　　模拟输出连接到 A/D 转换器独立通道　　CPU 跟踪与调试　　SWD 调试接口　　ARM® CoreSightTM 调试组件(ROM-Table、DWT 和 BPU)　　自定义 DBGMCU 调试控制器(低功耗模式仿真控制、调试外设时钟控制、调试及跟踪接口分配)　　定点数除法/开方运算单元　　支持 32 位定点数除法，可同时得到商和余数　　支持 32 位定点数高精度开方　　4 个可编程逻辑单元(CLU)，处理简单的逻辑运算　　电机加速(EMACC)硬件化算法，提高电机算法处理速度　　日历RTC　　带闹钟功能　　可从停机或待机状态周期唤醒　　96 位芯片 UID 标识　　可靠性　　通过HBM6000V/CDM2000V /MM200V/LU200mA等级测试。　　工作温度范围(1)：-40°C ~ +125°C
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　　一、电子烟的市场与规模增长　　全球电子烟市场规模在2022年达到了347.3亿元人民币，同比增长17.61%，2015年至2022年市场规模年复合增长率接近27.05%。中国市场在2022年的电子烟产值达到625.4亿元人民币，同比增长8.1%，2015年至2022年复合增长率接近29.41%。　　二、电子烟市场分部　　全球电子烟需求主要集中在欧洲和美洲地区，预计 2028 年欧洲地区电子烟市场规模约 115 亿美元，美洲地区 2028 年电子烟市场规模预计达 122 亿美元。非洲市场增速快，2022 至 2028 年 CAGR 为 9.5%。　　电子烟市场在全球范围内保持着快速增长的势头，特别是在中国市场，电子烟行业正逐渐替代传统卷烟成为烟民的新选择，市场规模和渗透率有望进一步提升。同时，随着政策的逐步出台和监管的加强，电子烟行业的经营将更加规范化。　　三、航顺电子烟方案　　基于航顺HK32F0301MC设计电子烟，通过高级定时器输出PWM到MOS 驱动，MOS驱动控制MOS管升降压，同时将负载阻值、输出功率等信息送显示，短路保护模块，检测MOSFET工作时两端的压差，压差超过设定阈值时，关闭MOSFET，停止工作，精准的加热丝阻抗测量功能和ADC采集电流，形成过吸保护，让电子烟更智能、用户体验更好。可以从多个方面带来显著的好处，HK32F0301MC方案是对舒适度、烟雾检测准确性、电池续航能力、可靠性及安全性。　　产品系统框图　　航顺HK32F0301MC系列MCU主要规格      >CPU 内核ARM® CortexTM-M0　　>最高时钟频率：48MHz　　>24 位System Tick 定时器　　>支持中断向量重映射(通过Flash 控制器的寄存器配置)工作电压范围：2.4 V ~ 5.5 V产品概述　　工作温度范围：-40°C ~ +105°C　　典型工作电流：       >运行(Run)工作模式：2.751 mA@48 MHz@5V　　>睡眠(Sleep)模式：0.997 mA@48 MHz@5V　　>停机(Stop)模式：373.354 μA@5V(LDO 正常工作)　　>低功耗停机(Low-power Stop)模式：6.876μA@5V(LDO 低功耗)      16 KByte Flash(64 页，每页256 Byte;32 位数据读，32 位数据写)      >Flash 具有数据安全保护功能，可分别设置读保护和写保护　　>4 KByte SRAMCRC 校验硬件单元　　>时钟片内高速时钟(HSI)：48MHz　　>片内慢速时钟(LSI)：60 kHz　　>GPIO 外部输入时钟：32MHz(最大值)复位NRST 引脚上的低电平(外部复位)　　>窗口看门狗事件(WWDG 复位)　　>独立看门狗事件(IWDG 复位)　　>电源复位　　>软件复位(SW 复位)　　>低功耗管理复位GPIO 端口最多支持18 个GPIO 端口　　>每个 GPIO 都可作为外部中断输入　　>内置可开关的上、下拉电阻　　>支持开漏(Open-Drain)输出　　输出驱动能力可配IOMUX 引脚功能多重映射控制器小型封装(如 SOP8/TSSOP16)产品，可通过IOMUX 可以实现单根引脚对应多个GPIO 或外设IO 的映射控制。数据通信接口2 路高速(最高6 Mbit/s)UART　　1 路高速(最高400 kbit/s)I2C：MCU 在Stop 模式下，支持数据接收唤醒　　1 路高速(最高18 Mbit/s)SPI定时器及 PWM 发生器1 个 16 位高级PWM 定时器(共4 路PWM 输出，3 路带死区互补输出)　　1 个 16 位通用PWM 定时器(共4 路PWM 输出)　　1 个 16 位基本定时器(支持CPU 中断)　　1 个自动唤醒定时器(AWUT)，可用于MCU 停机(Stop)模式下工作片内模拟电路产品概述 1 个 12 位1 MSPS ADC(最多7 路外部模拟输入通道和2 路内部通道，支持差分对输入)　　1 个上/下电复位电路　　1 个欠压复位电路　　1 个内部参考电压(内部参考电压在片内被ADC 采样)       CPU 跟踪与调试       SWD 调试接口　　>ARM® CoreSightTM 调试组件(ROM-Table，DWT，BPU)　　>自定义DBGMCU 调试控制器(低功耗模式仿真控制、调试外设时钟控制、调试及跟踪接口分配)     ID 标识     每颗HK32F0301MxxxxC 芯片提供一个唯一的96 位ID 标识      可靠性      通过HBM7000V/ CDM2000V /LU800mA 等级测试
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航顺芯片：HK32A040-车规芯片国产化的新选择

　　在汽车级芯片的选择从国外厂家垄断转向逐步引入国产芯片的进程中，涌现出了一批可以实现国产替代的芯片产品。汽车级是一个比消费及工业产品对芯片稳定性要求更高的行业，所以车规芯片的选型需要考虑更多的因素，包括技术参数、应用场景、供应链稳定性、成本控制等。其中最重要的关键点，如：汽车级认证：车规级芯片需要通过AEC-Q100认证，这意味着芯片必须满足严格的质量和可靠性标准。数月的测试时间涉及到复杂的测试和验证流程，以确保产品在极端温度、湿度、震动和电磁干扰等条件下的稳定性和耐用性。　　兼容性和集成问题：车规级芯片需要与车辆的其他电子系统兼容，这涉及到复杂的软件和硬件集成工作。确保所有系统能够无缝协同工作是一个挑战。　　安全性和可靠性：车规级芯片的安全性和可靠性至关重要。任何故障或误操作都可能导致严重的安全事故。因此，开发过程中需要进行严格的测试和验证。　　成本控制：在满足所有技术和安全要求的同时，控制成本也是一个挑战。需要找到成本效益高的解决方案，以确保产品的市场竞争力。最近汽车品牌大厂和供应商的价格博弈引发了行业的关注。　　供应链管理：确保供应链的稳定性和可靠性，特别是在国际形势复杂的情况下，从设计到生产封装等全国产化的芯片，大幅减少对海外供应商的依赖，是最佳的替代方案。　　怎么选择MCU厂家呢?根据下面三把尺如下：　　第一把尺子是芯片代码的重用度，这个是越高越好。国产替代，那么可以尽量多地使用以前的代码。如果是新开发，也可以在将来上下拓展时重用现在的代码。　　第二把尺子是引脚兼容度，使用同一封装的不同配置的MCU，甚至是不同系列不同档次的MCU如果引脚兼容，那么在开发中发现要提升或降低MCU规格，就可以直接替换，不用重新做板子，方便了很多。　　第三把尺子就更简单了，你已经和厂家或者代理商联系过选型的事情，一直没有联系上的就往后排，联系上的哪家服务又快又好，就是首选。　　经过一番比对筛选后，航顺芯片车规级MCU浮出水面：　　车规级要求：航顺芯片的车规级芯片通过了AEC-Q100认证，这是国际汽车电子协会的测试认证，意味着产品在使用寿命、稳定性、工作耐温、PPM等方面满足严苛要求。此外，航顺芯片遵循ISO 26262全流程标准，该标准覆盖产品的全部生命周期，确保功能安全。　　兼容性和集成问题：航顺芯片在设计MCU时，不仅硬件兼容某国际大厂的芯片，同时在软件上也可以做到95%以上的兼容性。这样的设计使得客户能够非常快速地进行方案替代，节省了大量时间和成本。同时，航顺芯片集成了 CRC、AES、HASH、TRNG 硬件运算单元，以验证数据传输或数据存储的正确性和完整性，以及实现 Flash 数据的加解密等。　　安全性和可靠性：航顺芯片的车规级芯片采用高性能ARM Cotex-M3/M0内核，整体芯片为国内研发，国内生产。芯片内置自研浮点运算协处理器，或除法与开方运算硬件加速模块，具有极强的数据处理能力。航顺芯片通过AEC-Q100汽车认证，同时符合ISO 9001、IATFT 16949质量管理体系认证，配套的研发能力和管理能力也得到了验证。　　质量成本控制：航顺芯片通过内部的自动化和模块化战略实现了成本控制和效率提升。航顺芯片内部开发了一套自动化的软件平台，通过这一平台，公司的项目效率和研发周期得以大幅提升，项目的效率和时间缩短了30%到50%。此外，航顺芯片通过模块化和标准化实现快速产品开发，保证了产品的一致性和可靠性。　　供应链管理：航顺芯片在供应链管理方面采取了多元化策略，而不是仅依赖一家晶圆厂进行生产。这种多元化策略不仅有助于航顺芯片保持供应链的稳定性，还能够灵活应对市场变化，确保公司在面对突发情况时能够迅速调整生产和供应策略。　　“芯”意之选诞生——HK32A040 航顺芯片新推出的高性价比车规MCU。主频96MHz,内置CAN控制器及各种定时器和通讯口完美满足需求。还有开发板和配套的开发包，包括驱动和例程，各方面努力超越市面上现有的产品。功能模块也与航顺其他产品的相同模块兼容，拓展开发手到擒来。后续衍生新产品时，还能重用已有的代码，事半功倍。　　CPU 内核　　ARM® Cortex® -M0　　最高时钟频率：96 MHz　　24 位 System Tick 定时器　　支持中断向量重映射(通过 Flash 控制器的寄存器配置)　　工作电压范围　　单电源域(主电源 VDD)：1.8 V ~ 3.6 V　　备用电源(VBAT)：1.8V ~ 3.6V产品概述　　典型工作电流　　运行(Run)模式：6.1mA@96MHz;1.6mA@8MHz　　睡眠(Sleep)模式：4.7mA@96MHz　　停机(Stop)模式：　　LDO 全速：0.7mA@3.3V　　LDO 低功耗：60μA@3.3V　　待机(Standby)模式：1.6μA@3.3V　　关机(Shutdown)模式：0.4μA@3.3V　　存储器　　124 Kbyte Flash　　CPU 主频不高于 24 MHz 时，支持 0 等待总线周期访问 Flash。　　Flash 具有数据安全保护功能，可分别设置读保护和写保护。　　支持加密 Flash 存储的指令和数据，可防止 Flash 内容受到物理攻击。　　10 Kbyte SRAM　　数据安全　　CRC 校验硬件单元　　多种安全加密模块，包括 AES、HASH 和 TRNG　　时钟　　外部高速时钟(HSE)：支持 4 ~ 32 MHz，典型值为 8 MHz　　外部低速时钟(LSE)：32.768 kHz　　片内高速时钟(HSI)：8 MHz/14 MHz/56 MHz 可配置　　片内低速时钟(LSI)：40 kHz　　PLL 时钟：最高 96MHz　　芯片管脚输入时钟(EXTCLK)　　复位　　外部管脚复位　　电源复位(POR/PDR)　　软件复位　　看门狗(IWDG 和 WWDG)复位　　低功耗管理复位　　选项字节装载器复位　　可编程电压监测器(PVD)　　8 级检测电压门限可调　　上升沿和下降沿检测可配置　　GPIO 端口　　最多支持 55 个 GPIO 引脚　　每个 GPIO 引脚都可配置为外部中断输入　　数据通信接口　　2 路 USART：支持主同步SPI 和调制解调器的硬件流控，具有ISO7816 接口、LIN、IrDA 功能以及自动波特率检测和停机(Stop)模式下唤醒特性。产品概述　　最多 2 路高速 SPI：支持4 至16 位可编程数据帧，带复用的I2S 接口。　　最多 2 路 I2C：支持超快速模式(1 MHz)、SMBus 和 PMBus。在 Stop 模式下，支持数据接收唤醒。　　1 路 LPUART：支持在最小功耗下进行异步串行通讯、单线半双工通信、调制解调器的硬件流控(CTS/RTS)以及多处理器通信。　　1 个 CAN：支持 CAN 协议(2.0A 和 2.0B 主动模式)　　定时器及 PWM 发生器　　1 个 16 位高级定时器(4 路 PWM 输出，其中 3 路带死区互补输出和刹车功能)　　5 个 16 位和 1 个 32 位通用定时器(TIM2/TIM3/TIM14/TIM15/TIM16/TIM17)　　1 个 16 位基本定时器(TIM6)　　片内模拟电路　　1 个 12 位 SAR ADC(多达 16 路模拟信号输入通道)最高转换器频率：1MSPS支持自动连续转换、扫描转换功能具有 3 路模拟比较器　　DMA 控制器(带 7 个通道)　　支持定时器、ADC、SPI、I2C、USART、AES、HASH 等多种外设触发。　　温度传感器　　模拟输出连接到 A/D 转换器独立通道　　CPU 跟踪与调试　　SWD 调试接口　　ARM® CoreSightTM 调试组件(ROM-Table、DWT 和 BPU)　　自定义 DBGMCU 调试控制器(低功耗模式仿真控制、调试外设时钟控制、调试及跟踪接口分配)　　定点数除法/开方运算单元　　支持 32 位定点数除法，可同时得到商和余数　　支持 32 位定点数高精度开方　　4 个可编程逻辑单元(CLU)，处理简单的逻辑运算　　电机加速(EMACC)硬件化算法，提高电机算法处理速度　　日历RTC　　带闹钟功能　　可从停机或待机状态周期唤醒　　96 位芯片 UID 标识　　可靠性　　通过 HBM6000V/CDM2000V /MM200V/LU200mA 等级测试。　　工作温度范围(1)：-40°C ~ +125°C
2024-12-02 14:08 阅读量：298
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