作為一個從事硬件開發多年的理工老男人，見證了ARM從誕生到繁榮的整個歷程。取代51，開始獨霸江湖，我們似乎習慣了開發各類通用應用就從ST的ARM系列里尋找合適的MCU。隨著國產替代的興起，慢慢出現了兆易創新、華大、國民技術、靈動微等一系列國產方案，尤以兆易創新最為成功，可以直接替代ST的部分MCU，軟件改動非常非常小。至此國產MCU進入了一個內卷的時代，沒有特色，只有特別低的價格。

知道我對MCU設計的各類小產品的應用特別感興趣，朋友給我帶來了一個數字迷你示波器，特別小巧，攜帶非常方便。單通道，標注100Mhz帶寬，500MS采樣率。這樣高的采樣率必須使用高速AD及很高性能的處理器才行。出于好奇，我拆開了示波器，看看如何實現的。沒想到硬件出奇的簡單。另外一面為按鍵及320x240的彩屏。

從上圖看到，示波器探頭進來經過保護及衰減進入RS8751(250MHz的rail to rail運放)，再到高速AD（雖然48pin的AD芯片被抹掉了mark號，但很容易就查到是ADI的AD9288）,后面的數據處理及顯示用的是GD32F407。GD32F407最高運行頻率168MHz, AD9288雙通道8bit 100Mhz高速AD。從各芯片的性能上來看，雖然AD9288用雙通道AD實現單通道采樣時可以達到2倍（200MS）的采樣速率，但是GD32F407能通過什么接口讀取這么快的數據呢？仔細看板子的PCB圖，AD出來的數據口DA0~7, DB0~7都接到了GD32F407的IO端口PORT D上。

很顯然，在這么高的速率下，GD407只能通過DMA的方式來不斷讀取端口D的數據。只要保證兩者的頻率一致，DMA就無需等待判斷，不斷讀取數據即可。不得不佩服設計者的智慧，GD407的性能發揮到了極致。這種方案以極低的價格實現了極高的性能，佩服。但是不管如何，200MS的理論采樣速度與產品實際標的500MS還是有點差距的。測量GD407給AD9288的時鐘，在最高采樣率的時候為125Mhz，超過了AD9288的標稱值，只有一種可能是超頻運行。以上只是方案探討分析，有不同意見的可以留言發表，但不要亂噴，學習交流為主。

筆者由衷佩服設計者超高的軟硬件設計能力，這的確給普通的設計者設置了非常高的門檻。但是在如今國產MCU如雨后春筍，層出不窮出現的時候，是否能用性價比更高的MCU來更簡單地實現呢？

在ARM一統江湖的年代，RISC-V異軍突起，大有不斷蠶食ARM市場份額的苗頭。RISC-V是一個基于精簡指令集（RISC）原則的開源指令集架構（ISA）。與大多數指令集相比，RISC-V指令集可以自由地用于任何目的，允許任何人設計、制造和銷售RISC-V芯片和軟件。

AGM Micro是領先的AGM32 32位MCU、可編程SoC、和異構（MCU）計算芯片和方案提供商，是一家芯片設計公司，致力于為消費電子、工控和AIoT中高量市場提供智能化的設計軟件和芯片系統。AGM創立于2010年，剛開始致力于FPGA/CPLD的研發推廣，在LED戶外屏驅動市場占有大半壁江山后，于3年前切入MCU市場，助力國產替代。FPGA是AGM的傳統優勢，推出的MCU里也保留了這一部分，這就給開發人員提供了很大的想象和發揮空間。

AGM32F系列異構芯片內部框圖：

1、超高的性價比（超高主頻給了開發者更多的數據處理分析時間）

RISC-V開源內核，省去了IP授權費用，讓利給了終端用戶。248Mhz的超高主頻，是STM32F207/407望塵莫及的。熟悉ST MCU的設計者能直接看出，內部的框圖是與STM32F027非常接近的，除此之外，還有2K的FPGA，相當于4片ALTERA CPLD EPM570的容量。而這樣相當于1片ST207+4片EPM570的AGM32芯片的售價也才1$多點，可以說性價比超高的。

2、靈活的自定義接口：（高速AD數據接口的實現）

看一下數字示波器使用的高速AD9288的數據接口，你會發現這個接口非常簡單，每個時鐘的下降沿直接獲取數據即可，這個時鐘的速度高達100Mhz，普通的MCU還真沒有類似這種同步機制的接口來讀數據。這里如果用AGM32里的FPGA來實現就非常容易了，要不了幾句Verilog語言就實現了。這里就不貼代碼了，實在是太簡單了。

3、自定義的硬件加速模塊（實現示波器的觸發功能）

示波器的觸發要求電壓低于或者高于設置的電壓時，開始采樣后續的波形。這個電壓比較就可以交給FPGA來實現。采樣完電壓后，FPGA先不用馬上將數據發送給MCU， 而是直接進行判斷，沒有滿足觸發電壓值之前丟棄所有的數據，直到滿足觸發條件，可以用中斷的方式或者DMA流控的方式來實現。這個過程基本只要FPGA參與，MCU空閑等待即可。

4、FPGA/MCU相互協調，最大程度發揮性能

FPGA最擅長的就是大數據量的并行采集分析處理。這125M（超頻）的高速AD數據采樣即使使用了DMA數據讀取，也會頻繁與MCU搶占AHB總線，導致MCU的運行效率及其低下。如果用FPGA來做緩存就好很多了，FPGA在讀取數據后進行緩存，當達到一個DMA的burst長度后通知DMA來讀取，這樣會大幅減少AHB總線的搶占情況。使MCU有更多的時間來刷新波形的顯示，以及一些人機界面的操作。FPGA同時還能對采集到的數據進行縮放、過濾等，盡可能幫助MCU完成波形顯示前的數據處理。

5、數字接口重定向（任何應用，2層PCB輕松完成）

這是AGM32F407 100pin的引腳描述。這里面定義的PIN_XX可以用軟件定義成任意數字接口，如UART,SPI,IIC, PWM，IO等等。除了模擬部分，ADC, DAC，CMP，usb外，其它接口都能任意定義。這樣根據PCB布局來調整數字接口部分的順序，2層板就輕松搞定。這樣布出來的板子不但美觀大方，而且性能更加可靠，基本上不存在交叉走線的情況。

6、可以任意定義端口驅動能力

根據需要，可以任意定義每一個端口的驅動能力，大大加強了接口的抗干擾能力

7、防破解功能

很多產品在銷售之前會抹掉主控芯片的MARK號碼，防止競爭對手抄襲，包括筆者拆的這款示波器。這時候我們會根據外圍電路，比如SPI flash， IIC的eeprom， UART口等對應于主控芯片的某幾個引腳來猜測驗證這是哪家的哪款型號。但如果你用了AGM的MCU，你會發現根本無從知曉。

啰里啰唆寫了挺多的，估計要被年輕人嫌棄了。筆者寫這個，可能會對原設計廠家有一定的影響，但這不是我的本意。我非常佩服設計者的設計開發能力，用GD407就實現了便攜式數字示波器的功能，可見功力何等深厚。就像武俠世界里的頂尖高手一樣，但是如果有一把趁手的兵器能助力你達到頂峰，你何不選擇一下呢？

審核編輯：湯梓紅