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(jìn)入微控制器市場，你必須事實(shí)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(jià)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(chǔ)器的許可或者購買這些構(gòu)成MCU價(jià)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(xiàng)。

　　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(chǔ)器的不同組合，外加針對(duì)應(yīng)用所需的數(shù)據(jù)寬度進(jìn)行處理的控制CPU。最后，也是最重要的是，各個(gè)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(jì)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(dá)到最佳的性能，CPU設(shè)計(jì)者們常常要對(duì)付諸如半導(dǎo)體物理、電路設(shè)計(jì)和架構(gòu)的具體實(shí)現(xiàn)方面的一些限制條件。

　　微控制器設(shè)計(jì)者可能無需采用最新的半導(dǎo)體工藝流程，但是比性價(jià)比更重要的是，必須面向成本進(jìn)行設(shè)計(jì)。裸片尺寸的縮小是一件好事，但是這還不夠。設(shè)計(jì)者必須在設(shè)計(jì)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(jì)者相比，微控制器的架構(gòu)還必須能針對(duì)所面向的應(yīng)用來提供恰當(dāng)?shù)耐庠O(shè)和內(nèi)存。其設(shè)計(jì)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(shí)上，微控制器常常帶有其針對(duì)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(gè)需要外部存儲(chǔ)器的ASIC。

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

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

　　在解釋引入32bit MCU的必要性時(shí)，有些廠商宣稱，他們預(yù)計(jì)這些新的芯片能夠促成從8bit和16bit CPU到32bit性能平臺(tái)的轉(zhuǎn)移。不過，MPR(《微處理器報(bào)告》簡稱)預(yù)測，目前只有部分8bit和16bit MCU應(yīng)用會(huì)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(fù)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(jià)格的不斷下降。MPR估計(jì)，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(shí)現(xiàn)目前被認(rèn)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(gè)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(jià)為4.00美元，這樣低的價(jià)格必須依靠大批量的銷售來補(bǔ)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(gè)百分點(diǎn)。MPR的估計(jì)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(shí)上優(yōu)于前些年。在估計(jì)8bit MCU業(yè)務(wù)時(shí)，Microchip的業(yè)務(wù)情況是我們所能采用的最好的標(biāo)尺。

　　2004至2007年間，MCU交貨量增長幅度方面進(jìn)一步出現(xiàn)了20億只的上揚(yáng)，這主要應(yīng)歸功于16bit、32bit以及更高檔的MCU的貢獻(xiàn)，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(duì)MCU的位數(shù)的定義，該定義不同于處理器設(shè)計(jì)者的定義。SIA－WSTS將一個(gè)MCU的數(shù)據(jù)位寬度定義為處理器與片外裝置通信時(shí)的數(shù)據(jù)線的數(shù)量。設(shè)計(jì)工程界和MPR則將一個(gè)CPU內(nèi)核的數(shù)據(jù)位寬度定義為一個(gè)ALU在一個(gè)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?yàn)镸CU的引腳數(shù)量極為重要。

　　既然In－Stat還沒有出版對(duì)其微控制器報(bào)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(jì)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(dòng)情況(MPR的估計(jì))。對(duì)應(yīng)的2004～2007期間出現(xiàn)的變化的0%的坐標(biāo)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(jì)算機(jī)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(dòng)，而其在2007年的批量并沒有達(dá)到讓其成為32bit MCU的重要目標(biāo)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(shí)別出可以為32bit MCU提供機(jī)遇的領(lǐng)域。請(qǐng)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(jì)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(jì)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(bào)告之前我們就可以定性判斷出對(duì)32bit MCU制造商所感興趣的應(yīng)用：計(jì)算機(jī)、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(gè)基本組成：一，上面給出的SIA的信息；二，有點(diǎn)更為復(fù)雜的是，在技術(shù)上對(duì)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(jì)的12億只的交貨量，雖然其百分比出現(xiàn)了下降，但消費(fèi)領(lǐng)域仍然是32bit MCU最重要的目標(biāo)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(bào)告》的《Microchip選中了32位MIPS技術(shù)》。題目為編者添加。)