极海落子实时控制MCU：首次公开这项核心指标

电子发烧友网报道（文/吴子鹏）在工业 4.0、智能驾驶与新能源市场迅猛发展的当下，实时控制 MCU 重要性愈发凸显。与普通 MCU 相比，实时控制 MCU 具有严格的实时性要求，需要在极短时间内对外部事件或信号做出迅速响应，并完成控制算法及输出控制，这也导致其入局门槛更高。长期以来，这一细分市场主要由 TI（德州仪器）等国际厂商主导，国产 MCU 厂商由于起步较晚、技术储备不足以及对高性能 MCU 市场了解有限等原因，很少涉足该领域。

为了打造国产实时控制 MCU 的标杆产品，应对实时控制系统在更高效率、更高功率密度、更高精度和更高可靠性方面的设计挑战，珠海极海半导体有限公司（以下简称：极海）正式发布首款基于 Arm® Cortex®-M52 双核架构的实时控制 MCU——G32R501，并公开了这款实时控制 MCU 的核心指标 ——G32R501 全信号链性能测试数据，为新能源光伏、工业自动化、商业电源、新能源汽车等领域的应用创新注入动力。

G32R501系列实时控制MCU，图源：极海

站在巨人肩膀，发展国产实时控制 MCU 正当时

在实时控制 MCU 领域，TI 公司的 C2000 系列堪称行业“代名词”，该公司对实时控制 MCU 的发展贡献很大。

首先，TI 持续引领全球实时控制 MCU 技术创新。TI 不断优化自有 DSP（数字信号处理器）内核性能，从TI提出的ACI Motor（交流感应电机）性能指标可以看出，C2000 内核在闪存执行效率和ADC读取/转换效率等方面优于Arm® Cortex®-M4和Arm® Cortex®-M7内核。同时，TI 将 C2000 实时 MCU 器件细分为处理、控制、感测和接口四大关键要素，强调实时控制的关键并非仅看主处理单元完成控制算法所需的时间，而是尽可能缩短感测、处理和控制的时间，这一时间被定义为实时信号链。

C2000 内核和Arm内核的闪存执行效率对比，图源：TI

实时信号链组成，图源：TI

其次，TI 培育了实时控制 MCU 市场，并长期占据绝大部分市场份额。C2000 系列已成为其他公司打造实时控制 MCU 的参照标准，并有着广泛的应用。如下图所示， C2000 系列的目标市场已经扩展到电机控制、光伏逆变器、数字电源、电动汽车等广泛领域。面向这些实时控制应用，TI 提供了丰富的资源配套，包括参考示例、技术手册和开源硬件文档等，降低了工程师使用实时控制 MCU 的难度和成本，推动了实时控制市场的繁荣发展。

C2000 系列广泛的目标应用，图源：TI

当然，随着技术和市场演进，现阶段 TI 在实时控制市场也面临着冲击，较具代表性的竞品有 ST（意法半导体）的 STM32G4 系列、瑞萨电子的 RA 系列、英飞凌的 PSOC 系列等。和C2000系列不同，这些实时控制 MCU 均基于Arm 内核。目前Arm 内核的实时性能显著提升，以Arm® Cortex®-M52 内核为例，该核心基于 Arm v8.1-M 架构，在保持与 Arm® Cortex®-M4F、Arm® Cortex®-M33 便捷迁移的基础上，实现了 DSP 性能提升 2.7 倍与 ML 性能提升 5.6 倍。

Arm® Cortex®-M52内核性能展示和对比，图源：极海

同时，据熟悉C2000及Arm技术的工程师分享，相较于 TI C2000 内核生态，Arm 生态在实时控制方面也具备一定优势。例如，KEIL平台编译更快,而C2000 平台 CCS 工程中往往包含更多调试功能（如硬件分析、RTOS 仿真、脚本等），越丰富的功能也意味着编译及链接脚本更复杂，导致编译时间变长；KEIL 平台相较CCS 平台 debug 速度快、更稳定，且中断也可恢复 debug；大部分 C2000执行应用中断嵌套复杂且不灵活，Arm 平台能够灵活实现硬件级多级中断嵌套。

一个事实是，TI的实时控制MCU也增加了基于Arm® Cortex®-R内核的高性能实时控制MCU系列，AM26x，并获得了市场的认可。

对于国产MCU厂商而言，技术进步为进军实时控制市场提供了契机，市场需求增长则带来了充足的发展动力。实时控制 MCU 在工业自动化（如伺服控制器、机器人、变频器等）、汽车电子（如车载充电机、车载压缩机、主驱逆变器等）、新能源光伏（光伏逆变器、储能逆变器等）等领域应用广泛。

公开核心指标，G32R501 系列底气何在

极海 G32R501 系列实时控制 MCU 的推出，精准契合行业发展大势，填补了国产高性能实时控制 MCU 的市场空白。如上所述，实时信号链是实时控制的关键，极海从感知、处理、控制三方面入手提升实时信号链指标，并首次公开 G32R501 系列全信号链性能测试数据。

灵敏感测

G32R501 系列集成了丰富的高性能模拟和信号处理外设，以增强芯片在实时控制系统中的感测能力，包括 3 个 12 位 ADC（3.45MSPS 采样率）、7 个内置 12 位参考 DAC 的比较器、7 个增强型捕捉模块（CAP）、2 个增强型正交编码器脉冲（QEP）模块和 4 个 Σ-Δ 滤波器模块（SDF），这些外设能够快速、准确地感知系统的关键参数，提升控制的精度和效率。

高效处理

G32R501 系列基于 40nm eFlash先进制程，采用 Arm® Cortex®-M52 双核设计，主频高达 250MHz，实时算力可与 800MHz 的 Arm® Cortex®-M7 内核产品相媲美。Arm® Cortex®-M52 内核不仅实现了 DSP 性能提升 2.7 倍与 ML 性能提升 5.6 倍，还支持 ACI (Arm Customer Instructions)、TCM 和 Arm HeliumTM 技术。其中，ACI 是实时控制的核心特性，它允许芯片公司自主设计扩展指令集并嵌入 CPU 中执行。基于 ACI 接口，极海实现了自研紫电数学指令扩展单元与内核的融合。紫电数学指令扩展单元通过在指令集层面集成对三角函数、傅里叶变换以及复杂数学计算的支持，提高了数学运算效率，有效降低了 CPU 的访问延迟，进而增强了系统的整体实时响应能力和智能化水平。

同时，双核配置让G32R501 系列能够高效、灵活地执行控制指令。例如，在通讯电源或 OBC 等 AC/DC 应用中， G32R501 可一个核控制 PFC，另一个核控制 DC/DC，实现高效数据共享；在功能丰富的通用伺服等应用中，G32R501 可以一个核做位置环/速度环的控制和通信管理，另一个核跑高速电流环，实现更高的响应带宽。

增强控制

极海 G32R501 系列通过内置高精度控制单元提升了系统的实时控制性能。

G32R501 系列内部集成的PWM模块提供16个高分辨率 PWM 通道（150ps分辨率），支持高精度周期/占空比、移相、死区；提供极高精度和准确度的控制信号，并支持各种类型的功率拓扑；提供灵活的数字比较器，实现丰富的触发源及动作模式；支持灵活的配置加载模式，如立即加载、指定时刻加载或全局加载；支持丰富的封波模式，包括CBC和OneShot。

G32R501 系列内部集成的4 个灵活逻辑块（FLB），通过配置增强型外设互联，可助力实现特殊控制脉冲逻辑，增强控制信号检测及保护，以及定制串行数据协议等功能，简化系统设计并提高实时控制效率。

经过这些针对性优化，G32R501 系列的部分指标达到国际领先水平，这也是极海敢于公开 G32R501 系列全信号链性能测试数据的底气所在。根据具体测试数据，G32R501 系列单核配置，在 Flash 中运行代码的相对执行周期数降低了 11.5%（相对周期数越低性能越高）。若按 250MHz 主频换算，这意味着控制环路执行时间缩短了 64.6%。

G32R501系列性能测试结果（一），图源：极海

G32R501系列性能测试结果（二），图源：极海

除了实时控制性能出色，极海 G32R501 系列在外设资源、安全可靠和配套资源方面也表现优异。在外设资源方面，G32R501 系列集成了 UART、CAN、I2C、QSPI 和 PMBus 等多种通信接口，可满足工业自动化、新能源、汽车电子等领域的通信需求；在安全可靠方面，G32R501 系列支持代码安全保护功能，支持多重安全机制（如丢失时钟检测电路、纠错码（ECC）与奇偶校验等），并符合 IEC 61508 SIL2 安全完整性等级和AEC-Q100 Grade 1 标准。

G32R501系列实时控制MCU产品特性，图源：极海

在资源配套方面，围绕 G32R501 系列，极海提供全方位的生态支持，包括丰富的资料文档、完善的库文件、多种开发软件选择、灵活的硬件调试工具、量产级参考方案和专业的技术团队。这些资源进一步提升了 G32R501 系列的竞争力，使其成为光伏/储能逆变器、充电桩电源模块、服务器电源、车载 OBC、UPS、伺服控制器、机器人等应用的理想选择。

G32R501系列全方位的生态支持

目前，G32R501 系列实时控制 MCU 已正式量产派样，可提供 QFN56、LQFP64/80/100 等多种封装选择。同时，G32R501 系列与极海APM32F10x 系列工业级通用 MCU（已大规模量产） 、APM32F407 系列工业级高性能 MCU （已大规模量产）、APM32F427 系列高性能 MCU （即将送样），以及编码器专用芯片形成良好的产品组合，为差异化创新提供丰富的产品选择。

极海实时控制MCU产品路线图，图源：极海

综合性能来看，G32R501 系列属于极海实时控制 MCU 的中高端产品，规格接近TI C2000系列的TMS320F28P55，其支持增强工业级和车规级。

后续，极海将在实时控制 MCU 领域继续向 TI 学习，并持续扩展自身的实时控制 MCU 产品阵营。目前，极海对标竞品的入门级产品已在研发；对标竞品的多核、高性能、高集成实时控制 MCU系列也已在预研。

结语

随着我国在工业制造、智能网联汽车、新能源等领域的竞争力逐步提升，国产芯片厂商迎来了前所未有的发展机遇。此前，中国半导体协会曾呼吁，国产新能源汽车谨慎考虑使用美国芯片，这一现象背后反映出芯片国产化趋势已不可阻挡，也为国产 MCU 性能升级提供了广阔空间。

现阶段，国产 MCU 应用不再局限于中低端市场，已在高端 MCU 市场崭露头角。在新的产业竞争中，谁能在技术创新、产品性能、市场拓展以及生态建设等方面取得全面优势，谁就能脱颖而出。极海自 2019 年成立以来，始终保持强劲的创新活力，产品阵容丰富，涵盖工业级通用 MCU、电机控制MCU、车规级 MCU、实时控制 MCU 以及 MCU + 驱动等产品形态，不断拓展自身的业务版图。此次极海发布 G32R501 系列，既是向 TI C2000 系列致敬，也是对 TI C2000 系列发起挑战，以出色的产品竞争力彰显中国芯实力。