32位微控制器—嵌入式市場的助推劑

　　下面的話聽起來可能讓人覺得荒謬：要進入微控制器市場，你必須事實上已經(jīng)入了這一行。圍繞著每一種類型的微控制器的殘酷競爭已經(jīng)把價格拉得如此之低，以至于如果你需要獲取外設(shè)與各種存儲器的許可或者購買這些構(gòu)成MCU價格的主要組成部分的模塊的話，你就無利可圖。這還不夠：你必須向你的客戶提供大量的MCU結(jié)構(gòu)選項。

　　有些廠商目前提供了數(shù)百種結(jié)構(gòu)，其中包含了外設(shè)和易失性與非易失性存儲器的不同組合，外加針對應(yīng)用所需的數(shù)據(jù)寬度進行處理的控制CPU。最后，也是最重要的是，各個產(chǎn)品系列之間的軟件兼容性將有助于幫助客戶們延長其程序的壽命。它還有助于讓編程者能避開重新學(xué)習(xí)新的環(huán)境和重新編寫代碼的麻煩。

　　微控制器業(yè)務(wù)方面的工程化努力

　　高性能微控制器的架構(gòu)發(fā)展已經(jīng)遭遇了設(shè)計方面的限制，這些約束很容易與新的CPU引擎的架構(gòu)所面臨的困難相匹敵。為了在給定的功耗水平上達到最佳的性能，CPU設(shè)計者們常常要對付諸如半導(dǎo)體物理、電路設(shè)計和架構(gòu)的具體實現(xiàn)方面的一些限制條件。

　　微控制器設(shè)計者可能無需采用最新的半導(dǎo)體工藝流程，但是比性價比更重要的是，必須面向成本進行設(shè)計。裸片尺寸的縮小是一件好事，但是這還不夠。設(shè)計者必須在設(shè)計中考慮到芯片尺寸和引腳輸出分布。微控制器需要安裝到空間狹小的地方。與通用型CPU設(shè)計者相比，微控制器的架構(gòu)還必須能針對所面向的應(yīng)用來提供恰當?shù)耐庠O(shè)和內(nèi)存。其設(shè)計必須具有靈活性和可配置性，以便幫助MCU廠商能快速響應(yīng)客戶在外設(shè)與片上內(nèi)存類型/規(guī)模的不同組合方面提出的要求。事實上，微控制器常常帶有其針對的應(yīng)用所需要的片上內(nèi)存，具有更多的片上系統(tǒng)的屬性，而不像一個需要外部存儲器的ASIC。

　　完整的MCU系統(tǒng)必須提供對片上調(diào)試的支持，操作系統(tǒng)將支持諸如內(nèi)存保護等功能，并且，如果可行的話，提供實時響應(yīng)能力。

　　要滿足一個高端的微控制器的諸多設(shè)計參數(shù)要求，商業(yè)和工程方面的人員之間需要進行非常緊密的合作。

　　在解釋引入32bit MCU的必要性時，有些廠商宣稱，他們預(yù)計這些新的芯片能夠促成從8bit和16bit CPU到32bit性能平臺的轉(zhuǎn)移。不過，MPR(《微處理器報告》簡稱)預(yù)測，目前只有部分8bit和16bit MCU應(yīng)用會向更高數(shù)據(jù)位帶寬(bit width)上遷移。這一現(xiàn)象的發(fā)生有其合理性，首先是工作負荷方面的原因，其次是芯片尺寸、引腳方面的考慮，另外也由于位數(shù)更高的器件的價格的不斷下降。MPR估計，32bit MCU由于具有性能更高的內(nèi)核和能提供更多的芯片功能—這些功能可以實現(xiàn)目前被認為是MCU應(yīng)用范圍之外的那些新應(yīng)用，將奪走ASIC所占有的市場份額。

　　簡要地考察微控制器行業(yè)，可以激發(fā)起人們興趣：在這個行業(yè)中，2007年，集成了高性能的處理器和外設(shè)的32bit芯片的平均售價為4.00美元，這樣低的價格必須依靠大批量的銷售來補償。

　　正如圖1所示的那樣，8bit MCU在2004和2007年間銷售了約10億只，在此期間，其銷售額以約25％的速度持續(xù)增長—僅比全球市場在2002～2005這3年間所經(jīng)歷的增長低幾個百分點。MPR的估計得到了Microchip的市場營銷部門的支持，他們宣稱，該公司的8bit MCU業(yè)務(wù)表現(xiàn)事實上優(yōu)于前些年。在估計8bit MCU業(yè)務(wù)時，Microchip的業(yè)務(wù)情況是我們所能采用的最好的標尺。

　　2004至2007年間，MCU交貨量增長幅度方面進一步出現(xiàn)了20億只的上揚，這主要應(yīng)歸功于16bit、32bit以及更高檔的MCU的貢獻，這樣一來，全球已經(jīng)交付的MCU的總量接近了100億只。16bit MCU的產(chǎn)品交付量出現(xiàn)的令人始料未及的增長，可能要部分歸因于SIA－WSTS組織對MCU的位數(shù)的定義，該定義不同于處理器設(shè)計者的定義。SIA－WSTS將一個MCU的數(shù)據(jù)位寬度定義為處理器與片外裝置通信時的數(shù)據(jù)線的數(shù)量。設(shè)計工程界和MPR則將一個CPU內(nèi)核的數(shù)據(jù)位寬度定義為一個ALU在一個周期中所能處理的數(shù)據(jù)的寬度。除非SIA和WSTS改變其定義，我們勢必看到內(nèi)藏32bit引擎的16bit MCU所帶來的持續(xù)的成功，因為MCU的引腳數(shù)量極為重要。

　　既然In－Stat還沒有出版對其微控制器報告的更新，我們可以通過考察MCU在SIA和WSTS的應(yīng)用分區(qū)中的表現(xiàn)來獲得部分的商業(yè)信息。圖2示出了各種bit數(shù)的MCU在2007年中的交貨量(估計值，單位是千只)以及2006到2007年間單位交貨量的百分比的變動情況(MPR的估計)。對應(yīng)的2004～2007期間出現(xiàn)的變化的0%的坐標軸，不同于表示交貨量的x軸，有鑒于此，我們可以看到，在蜂窩式通信、IC卡(智能卡)、汽車和計算機應(yīng)用方面出現(xiàn)了最高的交貨量的增長。無線基礎(chǔ)設(shè)施則表現(xiàn)出最大的百分比變動，而其在2007年的批量并沒有達到讓其成為32bit MCU的重要目標所需的單位交貨量。


圖2  全球MCU在2007年間的交貨量(千只)與應(yīng)用間的關(guān)系，該關(guān)系與2004～2007年間的批量的百分比變化相重疊—以便識別出可以為32bit MCU提供機遇的領(lǐng)域。請注意，SIA已經(jīng)將這一數(shù)據(jù)發(fā)布稱為“僅供參考”，而到2007年底的數(shù)據(jù)，目前SIA尚未提供，是由MPR所估計的
資料來源：SIA和In-Stat 2008

　　圖2示出SIA的“僅供參考”的數(shù)據(jù)和MPR的估計值，這些數(shù)據(jù)是面向bit寬度的MCU的。在我們看到In-Stat的經(jīng)過更新的報告之前我們就可以定性判斷出對32bit MCU制造商所感興趣的應(yīng)用：計算機、蜂窩通信、汽車、IC卡以及包括了其他所有應(yīng)用—如工業(yè)、儀器、軍用和其他應(yīng)用—在內(nèi)的“其他類”。這一類別包含如下兩個基本組成：一，上面給出的SIA的信息；二，有點更為復(fù)雜的是，在技術(shù)上對那些需要更高性能的MCU的市場分區(qū)的發(fā)展趨勢的把握。根據(jù)所估計的12億只的交貨量，雖然其百分比出現(xiàn)了下降，但消費領(lǐng)域仍然是32bit MCU最重要的目標之一，而該領(lǐng)域是32bit MCU從ASIC的應(yīng)用空間中奪取的。(本文節(jié)選自《微處理器報告》的《Microchip選中了32位MIPS技術(shù)》。題目為編者添加。)