MCU+可编程逻辑：从Microchip、TI C2000到AG32

竞争激烈的MCU市场，迫切需要差异化的创新产品。为了能够从众多竞争者中脱颖而出，MCU产品一直在不断添加新“技能”，以适应市场环境的新要求。

特别是在MCU内核趋向同质化的时代，厂商为了增加卖点，在MCU外设功能上做了很多文章，存储器、定时器、模拟外设、通信接口，甚至是射频收发器，都有厂商集成到MCU里，现在市面上销售的通用MCU产品，在外设上也已经几乎看不出什么差异化了。

MCU和以FPGA为代表的可编程逻辑，是两个特性迥异的开发平台：前者是在通用CPU架构的基础上，通过软件编程去满足不同应用的设计要求，具有较高的灵活性和可扩展性，不过代价就是在性能和功耗上有所折中；而后者由于具有硬件可编程特性，开发者可以根据应用“定制”所需的硬件电路，在性能和功耗上自然更胜一筹，不过开发门槛相对较高。两者如果能够有效地结合起来，那么就有可能成为兼具灵活性和⾼能效的异构平台。

MCU+FPGA(CPLD/CLB)的独特结合，可以为开发者带来诸多好处：

首先，集成到MCU的可编程逻辑，是通过硬件的方式实现逻辑功能，在性能上明显优于“通用MCU+软件”的模式，有利于优化嵌入式控制系统的速度和响应时间，提升整体的系统性能。而且由于在系统设计时，无需增加额外的外部逻辑器件，还可以降低BOM成本，可谓是一举两得。

其次，作为独立于CPU内核的外设，可编程逻辑模块可以在MCU处于睡眠模式时运行，以响应和处理来自外部和内部的任务，更大限度地降低MCU的功耗。可编程逻辑还可以与其他外设（如定时器、ADC、PWM模块等）结合使用，进一步优化系统功耗性能。

此外，可编程逻辑还有助于MCU实现更强的可扩展性。在实际工作中，随着需求的变化，设计的调整在所难免，而MCU所具备的可编程逻辑功能，使得开发者无需“从头再来”彻底修改整个设计，就能够通过灵活的硬件编程快速完成设计迭代，简化整个设计流程。

业内经典的产品有这些：

1、Microchip的PIC16F13145 系列MCU

作为一款8位MCU，与传统不同，PIC16F13145系列的外设中，除了ADC、DAC、比较器和定时器等这些“常规”配置，还有⼀个特别的可配置逻辑块（CLB）模块。

CLB由32个基本逻辑元件（BLE）阵列（每个BLE都能够模拟AND / OR / NAND / NOR门）以及缓冲器/反相缓冲器、D触发器、JK触发器、多路复用器或四输入LUT构成。这意味着，开发者可以利用CLB直接在MCU内创建基于硬件的定制组合逻辑功能，实现自己想要的硬件电路，而不受通用MCU固定硬件架构的限制，就好像在MCU中添加了⼀个“微型FPGA”。

十多年前，Microchip就曾在其MCU中引入了⼀种被称为可配置逻辑单元（CLC）的可编程逻辑外设，这一设计思路的价值已经被市场所验证。随着实际应⽤中对更复杂的可编程逻辑需求的增加，终在PIC16F13145系列中演化出了CLB这个规模更大、更复杂的可编程逻辑块，完成了⼀次重要的迭代升级，也使得该系列MCU能够⽤于以往属于独立可编程逻辑器件的应用领域。

PIC16F13145 系列MCU的开发，可以得到MPLAB® 代码配置器（MCC）的支持，MCC是Microchip的MPLAB X IDE中⼀个免费软件插件，为开发者提供了⼀个基于GUI的简便开发界面，用于配置器件和片上外设（包括CLB）。CLB所需的⾃定义逻辑配置可通过MCC创建原理图，因此大大减少了开发时间，而且用户可以使用硬件描述语言（Verilog）作为开发语言，增加了开发的灵活性。

2、TI的C2000系列

C2000一共有三代产品，有人叫它MCU（微处理器），有人叫它DSP（数字信号处理器），不过官方还是把这款产品规划到了MCU之下。

C2000 的可配置逻辑块 (CLB, Configurable Logic Block)，这是C2000在系统架构上值得称道的一大创新点。在C2000芯片的内部创建了一种灵活的自定义逻辑机制，用户可以利用其在MCU内部的硬件中添加个性化的定制逻辑电路。

有些应用利用 FPGA 来实现时序关键型功能或特殊功能，例如电机应用中的编码器。为了满足这种需求，TI 开发了可配置逻辑块 (CLB) 解决方案。使用 CLB 实现不同的编码器，例如绝对编码器、T-format 等。C2000 在 CLB 中提供了许多编码器示例，同时允许客户创建自己的解决方案，还使用 CLB 实现有源 EMI 滤波器等创新解决方案，从而减少数字电源应用中的 EMI。

CLB 将一个经优化的高速可编程逻辑集成到 C2000 MCU 等实时控制器中，为增强型脉宽调制器 (PWM)、增强型捕捉、增强型正交编码器和通用 I/O 等关键外设提供智能的信号输入/输出 (I/O) 路由功能，最终成为具有系统级差异化特性的增强版知识产权 (IP) 模块。

工程师们在利用单片DSP的情况下，有更大的自由度去实现一些复杂的逻辑，减少外围的逻辑门。从一些应用实例来看，CLB可以直接支持市面上大多数编码器的接口协议，包括EnDat2.2，BiSS，多摩川T-format，其余的，比如尼康、松下，还是要自己去开发。使用CLB可以省去少一块解码芯片，可以从整个BOM上节省成本。

3、AGM的AG32系列

AG32芯片内置两部分硬核：MCU（RISC-V）、CPLD（2K）。也就是说，一颗AG32芯片，即包含一颗 32位MCU 的功能（最高 248M 主频），又包含了一颗 CPLD（2K 逻辑单元）的功能。