M7内核MCU性能增强，对比HPM系列如何？

电子工程师在进行产品设计时除了规划产品的功能之外，其中一项很重要的工作就是进行MCU的选型。选择合适的MCU对整个产品设计至关重要，如何充分利用MCU的功能，并尽可能节省设计成本和资源是产品设计的关键。

目前MCU产品市场里，200MHz算力开源指令集以下的MCU产品占绝大多数，200MHz到1.5GHz范围内的中端、高端MCU产品寥寥，基本由国外大厂垄断。而工业自动化和智能汽车领域等热门领域持续的应用升级，以及随着复杂运算、多媒体技术、边缘AI等高级创新应用的不断发展，MCU需要兼顾开源指令集算力与拓展性的需求愈发明显，市场对高性能MCU的需求快速增长。

为了兼顾开源指令集顾算力与拓展性，国内不少采用ARM Cortex-M系列内核的MCU厂商的产品布局都有往M7内核或者异构架构发展的趋势，近期市场上就有基于ARM Cortex-M7内核的MCU新品发布。与此同时，基于RISC-V开源指令集架构的MCU也在快速发展，先楫半导体HPM6000系列MCU凭借先创新总线架构与一系列高性能外设，在高开源指令集算力和灵活拓展性上更胜一筹。

这里挑选先楫半导体双核HPM6750和单核HPM6400两个系列，与近期发布的ARM Cortex-M7内核XX32H7系列做详细的对比。

图1 内核与存储对比

主频的差别很明显，HPM6750和HPM6400更高的算力在高数据吞吐量高实时性的需求里优势更大，得益于RISC-V本身的简洁性和模块化设计，CPU能运行在更高的频率，带来更高的性能。先楫的RISC-V MCU从跑分来看比现有市面上所有M7核MCU产品的跑分都高，即使抛开主频不谈，以CoreMark/MHz来比较，仍比M7核产品高出10%以上性能，这一点在上图也能明显看到，这意味着代码执行效率更高。

HPM系列在片上内存、高速缓存和同步动态随机存储上提供了更大的容量，这能够让MCU支持更加复杂的软件系统，代码执行效率也会更高。

图2 定时器、伺服、运算对比

在Timer配置上，Advanced Timer用于工业控制，多用在电机驱动、电源应用等场合，HPM6750和HPM6400均采用4x24Bit配置，可支持四电机控制，在相关应用场景性能更强。General Timer的配置上XX32H7采用了12x16Bit,2x32Bit的配置，但是定时器数目没有HPM6750和HPM6400多（HPM定时器4个一组）。

在伺服增强上，DFSDM搭配外部的Σ-Δ器件使用进行测量、马达控制等应用。XX32H7配置了8通道的DFSDM，HPM6750和HPM6400没有配备类似模块，后续HPM6200系列已支持Σ-Δ滤波器。XX32H7包含脉冲分频输出，便于实现脉冲型伺服电机应用，HPM6700和HPM6400没有集成专用外设，但可以通过软件搭配PWM外设实现类似功能。另外，笔者了解到，在上海先楫即将推出的HPM5300系列产品上，实现了灵活的运动控制系统，包含了包括增量式和绝对值在内的各类编码器输入或输出，实现更灵活，功能更强大。

针对电机控制和电源这些应用，通过TMU硬件加速可以大大提高控制系统的性能，XX32H7支持TMU，HPM6750和HPM6400的CPU运行效率和TI的C2000+TMU处在同一水平，所以不需要额外增加TMU等硬件模块来加速运算。

图3 模拟与接口对比

到模拟部分，ADC作为MCU最重要的模拟外设，HPM6750和HPM6400内嵌了1个16Bit ADC和3个12Bit ADC，XX32H7仅配置了2个14Bit ADC和1个12Bit ADC。在ADC配置上HPM系列不仅内嵌了更多ADC模块，而且精度更高。比较器的差别一目了然，在电路设计上更加便捷。DAC部分xx32H7配置了一个12Bit DAC，但1个DAC偏少。HPM系列自6300开始，已经开始支持DAC。

接口丰富性上，三款芯片的接口外设都称得上丰富，HPM6750和HPM6400中集成了17个串口、4个CAN FD、2个高速USB、2个千兆以太网。千兆以太网在MCU上是不小的亮点，以后千兆以太网的应用会越来越多，这一点上HPM优势突出。另外，HPM6700和HPM6400支持4路CAN FD，支持这么多路CAN接口的MCU非常罕见，由于CAN总线的应用场景越来越丰富，这也是先楫半导体产品的一个重要优势。

图4 热和封装对比

器件的热管理近年来愈发受到重视，在电路板小型化发展的现在，MCU的热性能是重要的考量。xx32H7的TA最高仅达85°时，几乎是没有留下任何热余量的，HPM系列支持环境温度达105°，在热性能把控上更好。

封装上xx32H7提供176脚和100脚BGA封装，176脚、144脚和100脚LQFP封装等五种选择，HPM系列提供14x14 289BGA ，10x10 196BGA封装。

图5 图形、Audio和安全功能对比

HPM系列在显示接口、Camera、GPU、Encoder上优势非常明显，在相关图形设计上有着充分的支持和灵活度，能够在实际开发中给予设计人员更多功能的支持。同时，HPM系列的音频接口更丰富，特别是HPM6700和HPM6400的I2S接口，每个I2S支持4路数据输入和4路数据输出，功能更为强大。

安全功能的支持上HPM系列和xx32H7均支持AES、HASH、TRNG，xx32H7并不支持国密算法，HPM系列提供SM2-4的国密认证。如果是对国密认证有相关要求的应用，这一点也是HPM系列的优势，不过目前国密的应用场景偏少。

总的来看，HPM系列凭借先楫半导体创新的总线架构、高效的缓存和本地存储器，在运算能力上的领先是毋庸置疑的。相关高性能外设的整合也并不落下风，如支持2D图形加速的显示系统、高速USB、千兆以太网、CAN FD等通讯接口，高速12位和高精度16位ADC，HPM系列在高性能电机控制、数字电源系统、储能系统、图形图像等传统应用领域和机器学习和人工智能等诸多高端创新场景的产品设计上都能给予设计人员有力的支持！

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