C2000 传奇的过去、现在与未来

你也许在MCU圈里很难找到一款产品能像C2000™如此传奇，25年来屹立不倒，曾经差点儿被公司杀掉，死里逃生后战力爆棚横扫市场。然而，产业的变化让现在的C2000再次跌宕起伏。

电子开发领域的老人，也许还记得那些摆满书架的厚厚的黄皮书（TI的DSP产品手册）。如果你没有那么老，当你学习奥本海姆的《数字信号处理》之后，肯定会接触到TI的C2000——尽管对某些人来说这门课简直就是噩梦，但当你上手过C2000电路之后，看到波形，很多数字信号上的疑惑也许突然就迎刃而解了。

如果将C2000看作一个人，他就是你最羡慕的那种人，出身名门，家世显赫，有一个好爸爸TI——集成电路的发明者。1971年，当英特尔发明被看作微处理器先驱的4004的同时，TI发明了同样具有跨时代意义的4位MCU。1982年，TI的DSP问世。此后，TI在DSP和MCU领域协同发展，C2000系列这个结合了DSP的MCU产品从而得以问世。作为模拟及嵌入式信号链领域的主要供应商，除了模拟信号链之外，C2000完整诠释了TI对于控制信号链的整体解决方案，C2000中包括了丰富的信号采集、实时的处理、高速的计算以及准确的PWM输出。

严格意义上来说，第一代C2000的前身，可以追溯到1995年TI为硬盘驱动所开发的某款DSP。而到了1997年，第一个针对电机控制的16位专用芯片F24x DSP问世，尽管现在看来，该产品很简单，只有20MHz主频，具有10位ADC以及3相PWM，但仍然在数字电机控制市场中迅速确立了自己的地位。尤其是自动动力转向应用中，数控的无刷直流电机取代了笨重且昂贵的液压系统。2000年，3.3伏的LF240X发布，时钟频率达到40MHz，为Segway平衡代步车控制两个电机，并且也开始应用于逆变器等产品中。

超高的性能给C2000带来了“阳春白雪”的形象，在大众市场上这并不是什么好词，意味着接受度不高。公司是要赚钱的，于是TI将其从DSP产品线中拿了出来，而对于当时被看作DSP公司的TI来说，这意味着边缘化。事实上，大户人家从来就不缺这一个半个孩子，生存权是要自己去争取的。大概从2003年开始，随着节能减排和工业自动化重视度提高，大家对机电产品的效率越来越关注，控制MCU迎来了绝佳的时机。

看准时机后，第二代C2000于2005年问世，首款产品是F281X MCU，将C24X内核演进至32位C28X内核，并且升级了ADC、PWM等多种外设。此时C2000的描述已经从Programmable DSP或者DSP Controller 正式变成了Controller，并且采用了MCU架构，至此C2000正式成为MCU的一员。C2000脱胎于DSP的优势开始进一步发挥，具有变频技术的马达控制和数字电源技术开始在市场上崭露头角，算法上的复杂性以及实时处理需求，都给了DSP充分发挥的空间。对于嵌入式应用来说，很多时候往往并不需要主频跑到多高性能，而是计算控制环路产生中断，给出实时的相应与刷新，这点上DSP相比MCU具有天然优势。

Piccolo（短笛）、Delfino（海豚音）和Concerto（协奏曲）这三大系列产品线，分别对应小系统、高性能应用以及双核应用，C2000包揽控制系应用的雄心由此可见。市场上当然有同类型产品，但没有一个像C2000坚持了那么长时间做这一件事。因此几年后顺理成章地，在马达控制、功率变换领域，C2000成为行业里的标杆，占据了中国中高端市场上的大壁江山。一个例子是，随着华为电源业务部门（安圣电气）出售给艾默生之后，基于华为-艾默生系的不少员工后来出来创业，诞生出一批围绕电力电子领域的创新企业，基本上都成为了C2000的用户。

随着新能源汽车、直流无刷电机、新能源与宽禁带半导体的发展，对实时控制系统提出了更多的要求，2013年C2000与时俱进，推出了第三代产品，产品系列范围进一步扩展，涵盖从入门级100 MIPS产品（F280025）到中端高性价比（F280049，F28379）， 以及最高端产品（F28388）CPU性能接近1000 MIPS，同时升级C28X内核从而支持64bit浮点计算。第三代C2000采用了65nm工艺节点，相比上一代180nm，在性能、功耗、成本等方面都有了极大进步。与此同时，第三代C2000进一步扩大差异化，通过提供不同存储空间、封装引脚的方式，满足用户的细分需求。

2010年，C2000如日中天之时，Arm推出了 Cortex-M4，加强了对于浮点计算的支持，就在媒体猜测这会对DSP造成什么影响时，2014年随着Cortex-M7高性能版的发布，给C2000为代表的DSP类型MCU带来了不小的冲击，再加之众多厂商的支持，C2000终于有了敌手，甚至一度在某些关键市场失利。

这不是一场普通的产品对产品的对决，而是两条道路的较量。Arm强调开放和生态系统，C2000则是多年实时控制领域的专业积累和总体信号链性能。无论谁赢都可以有一大堆理论依据，其实还是成王败寇。有人愿意选择成熟的市场业已证明的大厂，有人希望能在不同的供应商间自由切换，都无可厚非，就像苹果和安卓都有自己的忠粉。

时间的雕琢留下的是厚度。事实上，二十余年来，TI建立了完整的DSP生态体系，尽管无法与Arm强大的生态系统相比，但无论从底蕴积累，还是所专注的市场来说，这个生态系统仍然是稳固的。25年来，C2000得到了客户的广泛认可，产品的忠诚度非常高，相关领域的客户也早已习惯C2000的各种产品开发习惯。

而对于新入场的工程师，如果希望学习与DSP相关的数据搬运，如FIR和IIR滤波、傅里叶变换等来讲，没有比C2000更合适的了，从书籍、教程、文档、开发板的获取难易度来看，C2000的资源相比较Cortex M7来讲都更为丰富，选择面更广。

面对一部分用户的“喜新厌旧”，C2000选择的是惟有用魔法打败魔法，用创新打败创新。TI不断审视自己的产品组合，步伐明显加快，以前每隔几年推出一次新品，而现在每年都会推出多款新品。2020 年，TI推出一款新的入门级产品 F280025来应对大批量市场需求的同时，也推出了 F28388 产品，这是现有的最高性能 925MIPS 多核和 Ethercat 产品。

而作为最重要的创新之一，TI始终没有放弃对DSP内核的持续开发，TI也不止一次透露出下一代C2x系列DSP的演进蓝图。此外在C2000中，也推出了包括集成Cortex-M3以及Cortex-M4的内核，方便工程师进行连接管理，通过更大的带宽满足实时通信的要求。

各种大胆尝试，加之市场又在发生变化，C2000又像当初一样神奇地重焕青春。在可预见的未来，C2000的目标市场还将继续增长，实际结果也是有目共睹。尤其是随着全球掀起的新一轮“碳中和”“碳达峰”的能源革命浪潮下，C2000再一次登上巅峰，且这一次浪潮来得更为凶猛，C2000已经在诸多风口行业中获得了较高的市场份额。

首先，在C2000原本就占据优势的电源市场，基站、服务器、充电桩和其他工业电源应用开始大面积替换至数字电源，而光伏/风力等新能源市场对于逆变器的需求同时大幅度的提升。而在电机市场，包括计算机数控 (CNC) 以及机械臂中广泛使用了交流驱动、BLDC、步进电机和伺服电机等先进控制系统。在HVAC应用中，变频技术逐渐成为了标配。

在汽车市场中，新一代C2000在AEC-Q100的基础上，实现了芯片级ASIL B和系统级ASIL D安全等级认证，可以满足更严苛的车规级要求。也正因此，在新能源汽车中的OBC、DC/DC电源以及牵引电机，都已广泛选择了C2000作为数字控制器。

回过头来看，C2000的技术升级也好，战略转向也罢，实际上始终围绕着几个核心要素及市场，有些东西是一直未改变的——开发具有超高实时性能的产品、适用于目标应用的创新系统级参考设计、先进的算法研究以及对客户的支持。

对于超高实时性能产品，并不只关注 MHz 或 MIPS，还关注总体信号链性能。例如，引入了三角函数加速器 (TMU)，这是 C28 DSP 内核中的协处理器功能，可以减少 SIN() 和 COS() 的指令周期数，而无需增加 MHz，这对高级电机控制等应用非常重要。TI在比较了信号链性能与基于 ARM 的产品，发现C2000的性能比运行更高 MHz 的设备性能更好。另一个例子是，最近的电源应用开始拥抱 SiC 或 GaN。TI的高分辨率 PWM 为高开关频率而设计，并已经使用 C2000+GaN 开发了许多不同的参考设计，可实现不同的电源拓扑。通过使用可配置逻辑块 (CLB) ，可以实现有源 EMI 滤波器解决方案。

而中国则是C2000的另一个成功密码。C2000多年来的快速发展离不开中国市场，如今C2000负责工业和汽车市场的两位产品经理都是中国人，足以见TI重构C2000的雄心中，中国是最重要的一环。TI在2021年10月新发布的C2000 F28003X系列产品，就是TI C2000产品线总经理来中国与某空调客户做深入调研，了解到客户对于性能的要求之后所定义的产品。

也许这些都可以浓缩成简单的一句话：凭借 25 年的实时控制经验，能够了解客户的问题，并找到解决这些问题的创新方法，这就是C2000在实时领域拥有的关键能力。

TI前首席科学家，DSP产品奠基人方进2012年曾说过这么一段话：

C2000 25年来的成功，以及未来雄伟的蓝图，都可以印证方进曾经的预言。