微控制器邁向多核心架構(gòu)

       隨著許多應(yīng)用逐漸被開發(fā)，微控制器的市場(chǎng)不斷的成長(zhǎng)，其中32位微控制器的成長(zhǎng)幅度已超越8位，各家廠商無(wú)不使出渾身解數(shù)，提高32位微控制器產(chǎn)品的性能以搶攻龐大的市場(chǎng)商機(jī)。而16位也不若人后，透過混合式的IP核心，更進(jìn)一步提升效能，積極突圍。 
 
       根據(jù)IC Insights的預(yù)估，2010年整體微控制器(MCU)市場(chǎng)約有124億零800萬(wàn)美元的規(guī)模，而2011年時(shí)微控制器市場(chǎng)將達(dá)140億美元，年成長(zhǎng)率達(dá)13%，其中32位微控制器的產(chǎn)值已正式超越4與8位產(chǎn)值，未來幾年，32位的市場(chǎng)成長(zhǎng)將更迅速。市調(diào)機(jī)構(gòu)Semicast Research則表示，安謀國(guó)際(ARM)將會(huì)在2011年成為32位微控制器架構(gòu)領(lǐng)導(dǎo)者，領(lǐng)先既有的Power和x86架構(gòu)。
 
       無(wú)論廠商針對(duì)x86架構(gòu)如何增加新功能，終究無(wú)法避免此架構(gòu)最多僅可達(dá)8位微控制器的效能，市場(chǎng)版圖有所局限，微控制器廠商遂將目光轉(zhuǎn)向16與32位微控制器。不過，安謀國(guó)際宣布進(jìn)軍微控制器市場(chǎng)后，高效能且易于設(shè)計(jì)的32位微控制器核心迅速橫掃市場(chǎng)，導(dǎo)致16位微控制器已無(wú)市場(chǎng)立足之地。

        而較早投入32位微控制器的廠商，包含瑞薩電子(Renesas Electronics)、飛思卡爾(Freescale)、意法半導(dǎo)體(STMicroelectronics)等，早期多是采用包括Power架構(gòu)，瑞薩電子則是采用SH的精簡(jiǎn)指令集運(yùn)算(RISC)架構(gòu)。自安謀國(guó)際Cortex-M系列核心推出以來，除了瑞薩電子之外，各微控制器廠商為了不輸在起跑點(diǎn)，也紛紛宣布采用安謀國(guó)際微控制器IP核心，各自發(fā)展32位微控制器產(chǎn)品。

       而為更加提高32位微控制器效能以迎合需求與拉大市場(chǎng)區(qū)隔，廠商各自展現(xiàn)巧思，如近期多核心32位微控制器問世，進(jìn)逼低階數(shù)字訊號(hào)處理器(DSP)市場(chǎng)，另外，16位微控制器也透過提升性價(jià)比的方式，試圖穩(wěn)固市場(chǎng)地位。

馬達(dá)控制/音訊處理需求增　雙核心MCU崛起

       盡管32位微控制器已足以應(yīng)付現(xiàn)階段各種聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)、消費(fèi)性電子等應(yīng)用領(lǐng)域的需求，但在更高階的應(yīng)用中，包括馬達(dá)控制與嵌入式音訊，由于需要更高的運(yùn)算速率，雙核心架構(gòu)的微控制器遂應(yīng)運(yùn)而生。

       以目前32位微控制器最普遍使用的安謀國(guó)際Cortex-M系列來看，效能表現(xiàn)由低到高依序?yàn)镃ortex-M0、Cortex-M3與最新的Cortex-M4，其中，Cortex-M0可涵蓋高階8位與16位微控制器市場(chǎng)；Cortex-M4由于具備浮點(diǎn)運(yùn)算功能，因此還可進(jìn)一步取代低階與中階DSP。恩智浦(NXP)資深協(xié)理梅潤(rùn)平(圖1)表示，雖然Cortex-M4為目前運(yùn)算效能最佳的微控制器核心，不過在面對(duì)更高階的運(yùn)算需求時(shí)，如何使Cortex-M4核心專注于運(yùn)算功能的展現(xiàn)，而不會(huì)將運(yùn)算能力分散至其它周邊的控制，即須仰賴雙核心微控制器。



圖1　恩智浦資深協(xié)理梅潤(rùn)平

       梅潤(rùn)平指出，工業(yè)領(lǐng)域中的馬達(dá)控制與音訊串流處理兩大應(yīng)用為驅(qū)動(dòng)雙核心微控制器發(fā)展的動(dòng)力，此外，液晶顯示器(LCD)亦可透過雙核心微控制器減少成本的支出。恩智浦單芯片微控制器資深主任應(yīng)用工程師劉俊宏補(bǔ)充，目前液晶電視所須處理的數(shù)據(jù)量越來越大，傳統(tǒng)的處理路徑須先經(jīng)由處理器外部的周邊處理后，再進(jìn)到中央處理器(CPU)，最后才交由LCD控制器。這樣的數(shù)據(jù)處理方法，處理器須內(nèi)建較大儲(chǔ)存容量的靜態(tài)隨機(jī)存取內(nèi)存(SRAM)，成本因此提高不少，若采用雙核心微控制器與其內(nèi)建的串行周邊接口(SPI)，影音數(shù)據(jù)在處理器內(nèi)部即可處理完畢，并可降低SRAM的容量需求。

      看準(zhǔn)雙核心微控制器將成未來大勢(shì)所趨，恩智浦推出業(yè)界第一顆整合Cortex-M4與M0的微控制器品系列，梅潤(rùn)平表示，整合Cortex-M4與M0的目的并非M4效能不足，而是透過M0核心分擔(dān)M4核心所須處理的子系統(tǒng)與周邊控制工作，M4即可專注于處理音訊、影像、數(shù)字訊號(hào)與馬達(dá)控制等較復(fù)雜的工作，可更進(jìn)一步提升微控制器的效能。