15A、超小封装、外围极简，很难不爱

今天给大家分享一个咱们工作中遇到的单片机选型的事儿，一次常规的选型经历。01背景介绍大家有没有遇到过这样的场景，项目中非得要单片机自带两个原生USB口才行？前段时间，咱们接了一个工业采集设备的项目，需求听上去挺简单：一路USB接电脑，实时往上传采集到的数据；另一路USB接客户的USB设备，进行数据采集。两个事情需要同时进行。懂行的朋友一听就明白了，要么当Host接USB设备，要么当Device接电脑，同一时间只能干一件事。这就是典型的双USB物理接口同时工作的场景。如果单片机没有双原生USB接口，也可以通过SPI/I2C/TTL转USB来实现。碍于板框尺寸的限制，增加转换芯片会增加板框大小，所以尝试去找了带双高速USB的MCU。当时我们筛了一圈，在主流的ST、GD和CH三个厂家里拉了个清单：STM32H750，价格46.5元GD32F450，价格30.16元CH32V407，价格8.8元最后选了沁恒的CH32V407，100pin，功能最全，性价比最高，两个原生USB配置都能同时工作，对于这个项目来说几乎是量身定做。借着这个项目，想跟大家聊聊现在的国产MCU。从缺货潮开始我就在关注，特别是前两个月MLCC涨价那波，ST芯片跟着又涨了一轮，国产芯的性价比优势就更明显了。我之前文章评论区有朋友每次都力挺沁恒的芯片，看得出来是真实用过的。这次咱们就借着CH32V407，顺便来挖挖沁恒的MCU有啥优势和特点，除了大家熟悉的USB桥接芯片和接口芯片，他家还有性价比相当能打的CH32系列单片机。02芯片对比先说说文章开头那个最核心的双USB需求。在沁恒的产品线里，CH32V305系列就能支持USBHS + USBFS双USB控制器，而且是内置物理收发器，不需要外挂PHY芯片。而在STM32阵营，想要原生双USB且不需要外挂PHY，基本得往F4、H7系列去找，成本一下子就上去了。STM32F405/F407系列价格在30-43元区间，而CH32V305系列在这个配置级别上，价格优势非常明显。我翻了一下沁恒的选型表，发现ST那边热门的F103、F405、F407，这边几乎都有配置相近的型号可以对应。我总结了一下，ST产品线很全，按每个系列一一对应不太现实，但按不同类型的主流款来对照，大概是这样：ST系列CH系列说明STM32C01/3/5CH32V00x低成本/入门STM32C07CH32X035/X033STM32G0xCH32V103通用主流STM32F103CH32V203STM32G4CH32V30x中高性能STM32F4CH32V205STM32H5CH32X305STM32C59/STM32F407CH32V407STM32H7CH32H417高性能STM32L0/1CH32L103低功耗1、主流性能标杆：STM32F103 VS CH32V203STM32F103是经典的M3核心，性能大家心里都有数。CH32V203用的是自研青稞V4B核心，在144MHz零等待主频下，CoreMark跑分高达460分，这个成绩远超同价位的M3/M0+产品，甚至能摸到一些M4的尾巴。更重要的是，CH32V203部分型号低至两块多。2、中端对比：STM32F407 VS CH32V407STM32F407是经典中的经典，即：M4内核带FPU，主频168M。CH32V407则用上了自研青稞V3V核心，主频直接拉到200M，CoreMark跑分823分。两者都支持FSMC内存扩展接口，但CH32V407内置了576K+136K的FLASH+SRAM组合。CH32V407在存储配置上还有个很实在的优势：200KB全零等待SRAM，加上512KB零等待执行。这意味着你可以把关键的中断服务函数或者高频调用的代码段，放到零等待区域里跑，指令随取随用，不需要考虑Flash预取指或等待周期的问题。对于需要快速响应中断或者有确定性实时要求的场合，这种架构比传统的Flash取指+RAM存数据要更从容。如果想跑一些轻量级的GUI，它内置的LTDC接口和DVP摄像头接口，可玩性也相当高。3、高端对比：STM32H743 VS CH32H417STM32H743是ST高性能系列的代表作，M7内核，主频480M，跑分2424分。CH32H417则采用了沁恒自研的青稞V5F+V3F双核RISC-V架构，大核400M，小核160M。双核分工也让实时中断和重负载计算互不干扰。青稞V5F内核的CoreMark/MHz达到6.83，高于Cortex-M7的5.05。换算成同等主频下，如果两者都跑在400MHz，青稞V5F的理论跑分是2732分（6.83×400），而Cortex-M7是2020分（5.05×400），差了700多分，同频下青稞的运算效率确实更高。外设方面，两者都支持以太网MAC、DVP、SDIO、I2S等接口，但实现方式不同：STM32H743只有MAC，需外挂PHY才能联网；CH32H417直接内置了百兆以太网PHY。USB差距更大，STM32H743是USB2.0 HS，理论带宽480Mbps（约60MB/s）；CH32H417直接上了USB3.2 Gen1，理论带宽5Gbps（约500MB/s），官方实测单端点批量传输速度可达450MB/s。一个是60MB/s级别，一个是450MB/s级别，差了七倍多，这在需要高速数据传输的场景里是质的区别。价格上，CH32H417公开参考价仅15元左右，加上省去的外挂PHY，BOM成本优势明显；STM32H743则受市场波动影响较大。从产品性能上来看确实是各有所长：STM32H743的存储容量更大，16位ADC、外设丰富；CH32H417赢在集成度高、通信接口传输能力更强、20Msps HSADC、I3C。至于选哪颗，需要结合实际项目来。4、差异对比：ST没有的配置，CH也有聊完对位对比，再说点更有意思的，沁恒在部分型号上做了不少差异化配置，这些在ST阵营里不太常见。比如CH32V00x系列，定位低成本入门，却集成了触摸控制器和运算放大器OPA。做智能家居面板、触摸开关这类产品，一颗芯片把触摸检测和信号调理全包了，不需要外挂独立芯片。再比如CH32X系列，主打USB PD快充协议，与此同时，一些通用型号如CH32V205，低功耗CH32L103也附赠了PD，但它在PD这个细分功能上做到了ST同级别产品很少看到的高集成度，内置完整的PD控制器与PHY，直接替代通用MCU+独立PD协议芯片的双芯片方案，做Type-C快充设备时成本和空间都省不少。还有CH32M系列，专门针对电机控制优化，内置预驱、高压LDO，高精度PWM、比较器、运放，部分型号甚至集成了PD功能和过流保护，做电动工具、无人机电调时集成度远高于同定位的ST通用MCU。所以呢， 在同封装、同价位的对比下，CH32能给人超出预期的配置。这不仅是靠RISC-V架构省授权费，省下来的成本可以实打实地用在增加外设和提升性能上。以上只是我根据手头项目整理的几个对应关系，虽然看起来多，但不一定全。选型这事儿最终还是得对着自己的需求来，官网的选型表比我这全得多，大家按需查阅。03软件生态用沁恒的芯片，就绕不开RISC-V架构。其实我翻选型表的时候发现，沁恒的MCU以自研青稞RISC-V内核的CH32V系列为主。咱们很多工程师用惯了ARM和Keil，如果突然换新架构，难免担心开发环境不顺手、调试不方便、资料不好找。这些问题，实际上并没有想象中那么复杂。1、开发环境IDE沁恒主推的是MounRiver Studio Ⅱ，基于VScode，用起来很顺手。它把RISC-V的编译、烧录、调试全整合好了，不用自己折腾GCC命令行。可一键式创建模板工程，自动关联芯片编译配置，上手门槛低。学习资料也不用愁，MounRiver的官网和博客上有很多，上手过程中遇到问题基本都能翻到答案。说几个我觉得比较实用的几个功能。比如远程调试，设备发到现场出了bug，不用亲自跑一趟，MRS内置了远程协助，坐在办公室就能远程下载、调试、看串口打印。再比如可视化分析，就是在调试的时候可以直接看到函数调用关系和栈内存布局，遇到栈溢出、内存被篡改这种恶心问题，不用靠猜，界面上一目了然。如果你做屏幕界面，它内置了GUI设计工具，直接在IDE里完成布局和逻辑绑定，不用单独开一套UI软件，省事不少。还有一些锦上添花的：内置串口调试工具、ISP下载工具、HEX/BIN转换工具，不用再去找第三方小软件。2、调试接口：两线甚至单线用过RISC-V的人都知道，标准的JTAG调试要占4根引脚。青稞处理器在这方面做了点不一样的设计：引入了两线甚至单线的调试接口。什么意思呢？就是调试芯片只需要两个甚至一个I/O口就够了。比如CH32V00x系列就支持单线调试，一根线搞定下载和调试。CH32系列很多型号都支持单线调试接口SDI，引脚少、速度快、布线简单，对于引脚资源紧张的项目来说非常友好，省下来的引脚可以多接一个传感器或者多控一路信号。3、固件库与代码迁移如果你会STM32的HAL库或者标准库，看CH32的库函数会觉得非常亲切。几乎是逐行对应的映射关系。比如你要配一个GPIO：GPIO_WriteBit、GPIO_ReadInputDataBit这些函数名几乎不用改。很多基础外设，比如USART、SPI、I2C的初始化结构体也高度相似。这意味着，你ST项目里写好的底层驱动，移植到CH32上，主要工作是搬移和微调，而不是重写。当然，客观地说，RISC-V生态在第三方中间件，如RT-Thread的部分组件、LVGL的特定驱动的适配丰富度上，目前还比不上ARM。但对于绝大多数通用控制和工业通信项目来说，沁恒官方提供的库和例程已经足够覆盖日常开发了。04写在最后大家都知道，现在做硬件，成本、供应、性能，哪一样都得捏在手里掂量清楚。国产芯片替代是明摆着的趋势，虽然眼下还有不少坑要填，但方向是对的。更让人觉得踏实的一点是，沁恒CH32的软件生态和学习门槛，对熟悉STM32的工程师来说相当友好。你不用从头学起，不用折腾陌生的工具链，上手成本比想象中低很多。国产芯片这条路，芯片公司把产品做扎实是本分，而咱们工程师能做的，是在合适的项目里选择合适的芯片，行不行上板子跑一跑，用实际测试数据说话。来源：硬件笔记本