競(jìng)爭(zhēng)激烈的MCU市場(chǎng)，迫切需要差異化的創(chuàng)新產(chǎn)品。為了能夠從眾多競(jìng)爭(zhēng)者中脫穎而出，MCU產(chǎn)品一直在不斷添加新“技能”，以適應(yīng)市場(chǎng)環(huán)境的新要求。

特別是在MCU內(nèi)核趨向同質(zhì)化的時(shí)代，廠商為了增加賣(mài)點(diǎn)，在MCU外設(shè)功能上做了很多文章，存儲(chǔ)器、定時(shí)器、模擬外設(shè)、通信接口，甚至是射頻收發(fā)器，都有廠商集成到MCU里，現(xiàn)在市面上銷(xiāo)售的通用MCU產(chǎn)品，在外設(shè)上也已經(jīng)幾乎看不出什么差異化了。

MCU和以FPGA為代表的可編程邏輯，是兩個(gè)特性迥異的開(kāi)發(fā)平臺(tái)：前者是在通用CPU架構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過(guò)軟件編程去滿足不同應(yīng)用的設(shè)計(jì)要求，具有較高的靈活性和可擴(kuò)展性，不過(guò)代價(jià)就是在性能和功耗上有所折中；而后者由于具有硬件可編程特性，開(kāi)發(fā)者可以根據(jù)應(yīng)用“定制”所需的硬件電路，在性能和功耗上自然更勝一籌，不過(guò)開(kāi)發(fā)門(mén)檻相對(duì)較高。兩者如果能夠有效地結(jié)合起來(lái)，那么就有可能成為兼具靈活性和?能效的異構(gòu)平臺(tái)。

MCU+FPGA(CPLD/CLB)的獨(dú)特結(jié)合，可以為開(kāi)發(fā)者帶來(lái)諸多好處：

首先，集成到MCU的可編程邏輯，是通過(guò)硬件的方式實(shí)現(xiàn)邏輯功能，在性能上明顯優(yōu)于“通用MCU+軟件”的模式，有利于優(yōu)化嵌入式控制系統(tǒng)的速度和響應(yīng)時(shí)間，提升整體的系統(tǒng)性能。而且由于在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，無(wú)需增加額外的外部邏輯器件，還可以降低BOM成本，可謂是一舉兩得。

其次，作為獨(dú)立于CPU內(nèi)核的外設(shè)，可編程邏輯模塊可以在MCU處于睡眠模式時(shí)運(yùn)行，以響應(yīng)和處理來(lái)自外部和內(nèi)部的任務(wù)，更大限度地降低MCU的功耗?？删幊踢壿嬤€可以與其他外設(shè)（如定時(shí)器、ADC、PWM模塊等）結(jié)合使用，進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)功耗性能。

此外，可編程邏輯還有助于MCU實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的可擴(kuò)展性。在實(shí)際工作中，隨著需求的變化，設(shè)計(jì)的調(diào)整在所難免，而MCU所具備的可編程邏輯功能，使得開(kāi)發(fā)者無(wú)需“從頭再來(lái)”徹底修改整個(gè)設(shè)計(jì)，就能夠通過(guò)靈活的硬件編程快速完成設(shè)計(jì)迭代，簡(jiǎn)化整個(gè)設(shè)計(jì)流程。

業(yè)內(nèi)經(jīng)典的產(chǎn)品有這些：

1、Microchip的PIC16F13145 系列MCU

作為一款8位MCU，與傳統(tǒng)不同，PIC16F13145系列的外設(shè)中，除了ADC、DAC、比較器和定時(shí)器等這些“常規(guī)”配置，還有?個(gè)特別的可配置邏輯塊（CLB）模塊。

CLB由32個(gè)基本邏輯元件（BLE）陣列（每個(gè)BLE都能夠模擬AND / OR / NAND / NOR門(mén)）以及緩沖器/反相緩沖器、D觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、多路復(fù)用器或四輸入LUT構(gòu)成。這意味著，開(kāi)發(fā)者可以利用CLB直接在MCU內(nèi)創(chuàng)建基于硬件的定制組合邏輯功能，實(shí)現(xiàn)自己想要的硬件電路，而不受通用MCU固定硬件架構(gòu)的限制，就好像在MCU中添加了?個(gè)“微型FPGA”。

十多年前，Microchip就曾在其MCU中引入了?種被稱(chēng)為可配置邏輯單元（CLC）的可編程邏輯外設(shè)，這一設(shè)計(jì)思路的價(jià)值已經(jīng)被市場(chǎng)所驗(yàn)證。隨著實(shí)際應(yīng)?中對(duì)更復(fù)雜的可編程邏輯需求的增加，終在PIC16F13145系列中演化出了CLB這個(gè)規(guī)模更大、更復(fù)雜的可編程邏輯塊，完成了?次重要的迭代升級(jí)，也使得該系列MCU能夠?于以往屬于獨(dú)立可編程邏輯器件的應(yīng)用領(lǐng)域。

PIC16F13145 系列MCU的開(kāi)發(fā)， 可以得到MPLAB? 代碼配置器（MCC）的支持，MCC是Microchip的MPLAB X IDE中?個(gè)免費(fèi)軟件插件，為開(kāi)發(fā)者提供了?個(gè)基于GUI的簡(jiǎn)便開(kāi)發(fā)界面，用于配置器件和片上外設(shè)（包括CLB）。CLB所需的?定義邏輯配置可通過(guò)MCC創(chuàng)建原理圖，因此大大減少了開(kāi)發(fā)時(shí)間，而且用戶可以使用硬件描述語(yǔ)言（Verilog）作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，增加了開(kāi)發(fā)的靈活性。

2、TI的C2000系列

C2000一共有三代產(chǎn)品，有人叫它MCU（微處理器），有人叫它DSP（數(shù)字信號(hào)處理器），不過(guò)官方還是把這款產(chǎn)品規(guī)劃到了MCU之下。

C2000 的可配置邏輯塊 (CLB, Configurable Logic Block)，這是C2000在系統(tǒng)架構(gòu)上值得稱(chēng)道的一大創(chuàng)新點(diǎn)。在C2000芯片的內(nèi)部創(chuàng)建了一種靈活的自定義邏輯機(jī)制，用戶可以利用其在MCU內(nèi)部的硬件中添加個(gè)性化的定制邏輯電路。

有些應(yīng)用利用 FPGA 來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)序關(guān)鍵型功能或特殊功能，例如電機(jī)應(yīng)用中的編碼器。為了滿足這種需求，TI 開(kāi)發(fā)了可配置邏輯塊 (CLB) 解決方案。使用 CLB 實(shí)現(xiàn)不同的編碼器，例如絕對(duì)編碼器、T-format 等。C2000 在 CLB 中提供了許多編碼器示例，同時(shí)允許客戶創(chuàng)建自己的解決方案，還使用 CLB 實(shí)現(xiàn)有源 EMI 濾波器等創(chuàng)新解決方案，從而減少數(shù)字電源應(yīng)用中的 EMI。

CLB 將一個(gè)經(jīng)優(yōu)化的高速可編程邏輯集成到 C2000 MCU 等實(shí)時(shí)控制器中，為增強(qiáng)型脈寬調(diào)制器 (PWM)、增強(qiáng)型捕捉、增強(qiáng)型正交編碼器和通用 I/O 等關(guān)鍵外設(shè)提供智能的信號(hào)輸入/輸出 (I/O) 路由功能，最終成為具有系統(tǒng)級(jí)差異化特性的增強(qiáng)版知識(shí)產(chǎn)權(quán) (IP) 模塊。

工程師們?cè)诶脝纹珼SP的情況下，有更大的自由度去實(shí)現(xiàn)一些復(fù)雜的邏輯，減少外圍的邏輯門(mén)。從一些應(yīng)用實(shí)例來(lái)看，CLB可以直接支持市面上大多數(shù)編碼器的接口協(xié)議，包括EnDat2.2，BiSS， 多摩川T-format，其余的，比如尼康、松下，還是要自己去開(kāi)發(fā)。使用CLB可以省去少一塊解碼芯片，可以從整個(gè)BOM上節(jié)省成本。

3、AGM的AG32系列

AG32芯片內(nèi)置兩部分硬核：MCU（RISC-V）、CPLD（2K）。也就是說(shuō)，一顆AG32芯片，即包含一顆 32位MCU 的功能（最高 248M 主頻），又包含了一顆 CPLD（2K 邏輯單元）的功能。

MCU部分可以平替市面上多數(shù)流行的芯片（如：ST系列）

CPLD可以輔助增加MCU無(wú)法實(shí)現(xiàn)的芯片功能（如：新增外設(shè)、實(shí)現(xiàn)高速邏輯）

通過(guò)CPLD，還可以新增自己獨(dú)有的功能，相當(dāng)于“定制自己的MCU”。

AG32的兩部分是相互獨(dú)立的（各自編譯、各自下載），但又可以相互連通起來(lái)（信號(hào)連通）。在開(kāi)發(fā)生態(tài)上，AG32采用最流行的VSCode開(kāi)發(fā)環(huán)境對(duì)MCU和CPLD進(jìn)行編程和燒錄，輔助AGM自研的Supra工具來(lái)對(duì)CPLD生成最終的bin。

此外，在AG32中，MCU和CPLD和外部引腳，三者是相互獨(dú)立的。這樣做的好處是AG32的所有管腳幾乎都可以通過(guò)軟件重新配置，無(wú)形中增加了GPIO口的可用數(shù)量，大大提升了客戶的靈活度。

客戶使用AG32的芯片時(shí)，有三種選擇：

1）只使用 MCU部分；

2）只使用 CPLD部分；

3）同時(shí)使用 MCU和 CPLD（即：MCU和 CPLD聯(lián)合編程）；

以上產(chǎn)品將可編程邏輯外設(shè)功能與MCU架構(gòu)相結(jié)合，在繼承MCU固有優(yōu)勢(shì)特性的同時(shí)，又帶來(lái)了更佳的性能、低功耗特性和可擴(kuò)展性，在實(shí)時(shí)控制、數(shù)字傳感器節(jié)點(diǎn)，以及工業(yè)、消費(fèi)和汽車(chē)等細(xì)分市場(chǎng)，為嵌入式開(kāi)發(fā)者提供了全新的想象空間和開(kāi)發(fā)體驗(yàn)。