面向智能表计超低功耗嵌入式CPU
发布时间：2022-03-15
信息来源：北京市科技成果信息系统
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发布时间：2022-03-15
信息来源：北京市科技成果信息系统
- CPU;产品平台;驱动能力;高精尖产业
基本信息
所属科技项目名称：高精尖产业重大创新支撑专项
项目主管部门：北京市朝阳区人民政府
科技成果信息
科技成果名称：面向智能表计超低功耗嵌入式CPU
关键词：超低功耗，主控、安全服务
科技成果类型：集成创新
科技成果所处阶段：工业化生产
科技成果应用领域：信息传输、软件和信息技术服务业
科技成果简介：本项目面向智能表计等工业物联网领域应用，设计开发了超低功耗嵌入式CPU芯片、Ecosystem及整体解决方案并实现成果转化。本项目的技术来源为自主开发，研发的“超低功耗CPU芯片”是民生和公用事业类物联网应用中的核心和基础，可广泛应用于各种民生和公用事业类物联网领域。
1、在项目研发过程中解决了以下关键技术：
（1）产品平台定义：完成了基于Cortex M0+的超低功耗通用安全MCU芯片产品平台的定义，采用了模块化的设计思想，降低了IP与系统的耦合性，便于产品快速系列化。产品设计中加入了防拆、非正交编码计数等差异化亮点功能；除功能与性能外，同时融入了算法、真随机数、访问安全控制等的安全要求，从而通过Ecosystem中的软件SDK提供一整套安全服务，包括安全启动、安全运行、安全算法、安全调试等。
（2）超低功耗架构设计：为了达到休眠模式（stop、standby）的超低功耗指标，采取了除电源管理模块外，采取了其他模拟IP或模块进入Power down、LDO供电的低压数字电源域（RTC域除外）下电的策略。该策略的引入对技术上的挑战主要体现在电源管理模块的功耗控制与不同电源域有一侧无电时的漏电控制。
（3）访问安全机制设计：针对从bootloader、User flash、SRAM等不同属性启动CPU的分支，通过启动条件判断、地址判断，区分了CPU与DMA不同区域的访问权限。保证了安全运行的环境。同时设计了防火墙功能，可以划分受保护的代码段范围，以满足关键代码的执行环境的隔离需求。
2、项目创新点：
该芯片平台相比同类国外标杆芯片产品，不仅达到了其关键技术指标，对标优化了其通用主控功能，去掉了其冗余的控制逻辑，并根据超低功耗流量计量、便携式医疗等应用领域的调研，进行了差异化的亮点设计，在解决“卡脖子”问题的同时，做到自主可控。
相比国内厂商，在提升通用主控功能、超低功耗性能的同时，将体系化的安全服务技术融入通用微控制器芯片中，实现从无到有，而不是目前仅提供AES算法，单点通信加密的概念。为应对工业物联网各垂直行业中面临的软件攻击（如远程malware攻击、通信接口窃听）等威胁，提供安全服务解决方案。
（1）超低功耗架构的创新
通过对不同功耗模式的应用理解，本芯片平台定义了灵活的功耗管理模式，设计了与之适配的电源管理方案，根据不同功耗模式下的驱动能力需求与静态功耗需求，设计了多档驱动能力与自身功耗可配置的LDO，兼顾了不同功耗模式下的动态功耗驱动能力与静态超低功耗的需求。同时采用了双带隙基准（BGR）的架构，上电启动过程中为了获得高精度的参考基准进行复位释放电压等的管理采用功耗较大的主BGR，当超低功耗的BGR完成上电trim后，由其提供参考基准，进入运行模式后主BGR可以选择关闭，从而使得低功耗模式下可以使用超低功耗的BGR，解决了精度和功耗的矛盾问题
相比竞品，为了降低低速运行模式的功耗，设计了1个多档频率可调的内部RCM时钟，而不是简单由高频时钟分频得到低频时钟，从而有效降低了RC时钟的功耗，解决了低速运行模式的功耗问题。
（2）安全要素设计的创新
芯片设计过程中融入相应安全要素，包括安全算法、真随机数、flash存储加解密、访问安全控制等机制，达到保护敏感数据、代码、系统功能的目标。
通过本项目的实施，建立了超低功耗的微控制产品平台，后续公司从两个方面提升系列化产品性能和品质，形成低功耗、高安全、高可靠性、高性能的系列产品。
（1）在现有产品基础上进行可靠性能力的提升，达到工业级105℃的能力，同时提升功能安全的属性，为汽车电子的ISO26262打下基础。
（2）在现有产品平台的基础上，研发高性能的基于CortexM4内核的微控制产品平台，性能可达160-200MHz,集成高速数字外设与高性能模拟外设。可应用于数字电源、信息安全网关控制、高性能BLDC电机控制等领域。
项目执行过程中所积累的技术资源、市场资源和创新能力，为公司后续产品的开发和可持续发展奠定了很好的基础。
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