要實現真正的智能工廠，必須從全面性的系統化、互聯網化及自動化來著手，藉由智能設備的數據收集、分析、決策，再結合ERP、MES系統整合大數據資料，而其中工業MCU是實現智能工廠的重要關鍵。

物聯網時代，科技日新月異，由德國最早提出的工業4.0，以全面聯網、智慧製造為目標，著重於設備互聯性、自動化、機器學習及實時數據等多方面。工業物聯網應用涵蓋整個工業領域，早已深入我們的生活中。

當您穿上知名品牌的跑鞋，在官網上選擇個人喜愛的材質、圖樣和顏色，一雙個人專屬的客製跑鞋直送到家，客製化商品不再是難事，而這些跑鞋的製造過程皆是由機器人生產製造。

工廠自動化帶來提升生產效率，品質穩定，並有效解決有限人力的困境。從產線自動化到智慧倉儲系統，生產過程中使用機器人、機械手臂助力，驅動科技快速發展，然而要實現真正的智能工廠，卻不僅僅是導入機器人即可達成「關燈工廠」的夢想，必須從全面性的系統化、互聯網化及自動化來著手，藉由智能設備的數據收集、分析、決策，再結合ERP、MES系統整合大數據資料，以視覺化方式具體呈現，使管理者能夠隨時掌握工廠狀態、調整，落地實現智慧製造，加速推動工業物聯網發展（圖1）。

圖1 : 傳統工廠實現智能工廠發展

在過去，傳統工廠的生產狀態，根據前線員工分散地記錄生產狀況，並且耗時整理報告、等待管理者決策，或許還有人工記錄失誤的可能性，帶給管理者錯誤資訊，而管理者憑藉過去經驗和假設做出決策判斷，可能會衍伸出更多的問題發生，同時也耽誤排除異常狀況的最佳時機。

要實現傳統工廠自動化，在原有的生產設備上將驅動設備和感測器串連，透過感測器採集資料，傳送至可視化設備進行數據分析，讓第一線管理人員可快速排除機台異常狀態，再透過通訊設備將這些資料傳輸至管理中心，提供給決策者隨時查看工廠狀態，最後回傳到雲端管理，形成一個完整的工業聯網。

而工業MCU可以輕易實現上述功效，利用MCU的高運算、體積小、低成本特性，執行硬體設備的通訊、邊緣運算、即時反應和馬達控制等功能，在現有的設備上安裝嵌入式或非嵌入式的聯網設備，加速推動傳統工廠轉型。

過去工廠經常採用8-bit MCU設計機台設備，然而隨著工業物聯網的蓬勃發展，對系統處理的要求上與日俱增，追求更高速的通訊網路、快速的分散式運算能力及邊緣運算分析，新興技術創新，傳統8-bit MCU顯然已無法滿足製造商的需求，因此採用32-bit MCU達到更好的性能要求（圖2）。

圖2 : AT32 MCU導入IIoT設備應用

Arm處理器作為高整合、低成本MCU的行業標準，經常用於工業及車載應用領域，特別是Arm Cortex-M4 32-bit MCU，不但繼承Cortex-M3內核優勢，內建數位信號處理器（DSP），還可同時選擇附加單精度浮點單元（FPU），讓Cortex-M4除了擁有高精度複雜的運算能力，且具有可訪問性的優勢，開發人員易進行編寫韌體。

Cortex-M4 32-bit MCU能有效改善低延遲、精確度及電力管理等，將傳統MCU功能簡化集中至單一晶片，並提供大容量內存，靈活彈性運用，優化系統成本，和透過開發軟體平台便於工程設計人員開發，帶來高效能、實時控制、通訊網路、數據分析和安全控制等功能。因此，AT32 MCU以Arm Cortex-M4/M0+32-bit MCU為基礎發展核心，在運算效能和精度上做到技術突破。以下為AT32 MCU在工業自動化中實現各項優勢：

高運算力提升實時反應和控制

為確保工廠設備安全和機器的連續運作，精確的類比訊號控制為關鍵，必須在規範的時間內控制訊號，透過快速處理大量的數據，做出即時反應和控制。特別是在數十萬轉的馬達驅動應用上，因馬達轉速快電流頻率高、馬達線圈電感小，需要提供高頻、高解析的PWM電壓，方能使馬達高效穩定運轉，且作為工業級別的MCU必須在電子元器件性能參數上擁有很高的穩定性，因此高主頻、內存大容量能使CPU能以零等待週期訪問（讀/寫）（圖3），而內建數位訊號處理器（DSP）可進行各種複雜訊號分析，以提取感測器資料。

同時內嵌自動時鐘校準（ACC）模組，可校準高速內部振盪器（HICK），保證HICK在晶片可操作溫度範圍內的最佳準確度，滿足各種運動控制和智能控制對高運算力、高精度的需求。

圖3 : 零等待Flash映射區塊

先進製程簡化設計元件降低系統複雜性

先進製程提供豐富的外設整合一單晶片系統，如CAN總線、UART、SPI/I2S、ADC、多元用途定時器等週邊元件，除多元介面外，包含雙DMA控制器、兼容IEEE-802.3 10/100Mbps乙太網路和USB OTG等，皆可提高資料傳輸效率和可靠性；為降低開發難度，透過建立完整的系統生態鏈，包含開發環境、實時作業系統（RTOS）以及第三方軟體燒錄資源，在硬體區塊上進行高階軟體編程設計，對應不同應用需求設定。

而在工業操作安全上，符合國際電工委員會（IEC）制定的IEC-60730國際安全標準規範，並且採用可運行於工業級寬溫度範圍-40~105oC和多種封裝類型選擇，具備可擴展性、可靠度及系統相容性，強大豐富的資源及便利性，成功降低系統複雜性。

高整合低成本提升性價比

工業MCU可搭配標準規格的擴充板，適用於快閃記憶體編程和運行控制的內置調試介面，快閃記憶體（QSPI）具備高讀取頻寬，加速高效能嵌入式系統的資料存取及編輯，完成系統的快速編程執行，透過先進製程技術，整合更大容量SRAM進行數據緩存，執行複雜的系統代碼與彈性應用。

對應各種工業自動化控制場域，選擇適當記憶體容量的Flash與SRAM，且同一晶片上，整合多通道5Msps高速採樣速率的12-bit ADC與整合運算放大器、模擬比較器及12-bit DAC，將有助於降低馬達控制設備建置成本及提升系統穩定性（圖4）。

圖4 : AT32 M4/M0+ MCU FAMILY

低功耗延長電池壽命

在工廠自動化升級中，以無線型BLE MCU實現無線抄表和數據傳送功能的低功耗電磁流量計與電流表，以藍牙5.0雙模規範，內建藍牙射頻（RF）收發器與基帶（baseband）功能，並採用多通道12-bit ADC、內部多匯流排架構、UART、CAN及CMP等，豐富內建解決傳統MCU功能分散，以一顆MCU取代開發藍牙產品所需諸多元件，節省物料成本、開發人力和提升效率。

當工廠設備需隨時處在聯網狀態，降低運行和待機功耗為首要難題，採用低主頻低功耗Cortex-M0+ MCU可解決此一困境。晶片於待機模式下可達約1uA，深度睡眠模式約20uA，呈現出優異性能功耗。硬體上增添通訊協定CAN、USART、多匯流排架構，以及擴展了採樣率高達2 Msps的12-bit ADC，幾乎所有的I/O介面可容忍5V輸入訊號，這些關鍵應用組件和功能區塊整合，實現高速數據採集、工業及馬達控制應用需求。

未來工業化的設備將增加多種通訊方式、更複雜的控制程式和感測器加強支援安全性，這些都需要大量的運算能力。例如，生產機台上增加異常檢測功能，在即將發生災難性的故障前，提前進行預防保養，確保設備發生故障時仍能安全地運作；並減少設備非計劃性停機時間，提升生產效率。

而工業物聯網的應用偏重工廠環境設備與大量遠距離感測器的連接，因此需要高速的資料傳輸和數據處理能力，同時保持電力低功耗，對MCU設計商來說，能以最快的速度開發，提供先進的製程技術，帶來高效能、低功耗和高性價比，方能在MCU市場中處於領先地位。