微控制器邁向多核心架構

       隨著(zhù)許多應用逐漸被開(kāi)發(fā)，微控制器的市場(chǎng)不斷的成長(cháng)，其中32位微控制器的成長(cháng)幅度已超越8位，各家廠(chǎng)商無(wú)不使出渾身解數，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。而16位也不若人后，透過(guò)混合式的IP核心，更進(jìn)一步提升效能，積極突圍。 
 
       根據IC Insights的預估，2010年整體微控制器(MCU)市場(chǎng)約有124億零800萬(wàn)美元的規模，而2011年時(shí)微控制器市場(chǎng)將達140億美元，年成長(cháng)率達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(lái)幾年，32位的市場(chǎng)成長(cháng)將更迅速。市調機構Semicast Research則表示，安謀國際(ARM)將會(huì )在2011年成為32位微控制器架構領(lǐng)導者，領(lǐng)先既有的Power和x86架構。
 
       無(wú)論廠(chǎng)商針對x86架構如何增加新功能，終究無(wú)法避免此架構最多僅可達8位微控制器的效能，市場(chǎng)版圖有所局限，微控制器廠(chǎng)商遂將目光轉向16與32位微控制器。不過(guò)，安謀國際宣布進(jìn)軍微控制器市場(chǎng)后，高效能且易于設計的32位微控制器核心迅速橫掃市場(chǎng)，導致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(chǎng)商，包含瑞薩電子(Renesas Electronics)、飛思卡爾(Freescale)、意法半導體(STMicroelectronics)等，早期多是采用包括Power架構，瑞薩電子則是采用SH的精簡(jiǎn)指令集運算(RISC)架構。自安謀國際Cortex-M系列核心推出以來(lái)，除了瑞薩電子之外，各微控制器廠(chǎng)商為了不輸在起跑點(diǎn)，也紛紛宣布采用安謀國際微控制器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)區隔，廠(chǎng)商各自展現巧思，如近期多核心32位微控制器問(wèn)世，進(jìn)逼低階數字訊號處理器(DSP)市場(chǎng)，另外，16位微控制器也透過(guò)提升性?xún)r(jià)比的方式，試圖穩固市場(chǎng)地位。

馬達控制/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付現階段各種聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)、消費性電子等應用領(lǐng)域的需求，但在更高階的應用中，包括馬達控制與嵌入式音訊，由于需要更高的運算速率，雙核心架構的微控制器遂應運而生。

       以目前32位微控制器最普遍使用的安謀國際Cortex-M系列來(lái)看，效能表現由低到高依序為Cortex-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)理梅潤平(圖1)表示，雖然Cortex-M4為目前運算效能最佳的微控制器核心，不過(guò)在面對更高階的運算需求時(shí)，如何使Cortex-M4核心專(zhuān)注于運算功能的展現，而不會(huì )將運算能力分散至其它周邊的控制，即須仰賴(lài)雙核心微控制器。



圖1　恩智浦資深協(xié)理梅潤平

       梅潤平指出，工業(yè)領(lǐng)域中的馬達控制與音訊串流處理兩大應用為驅動(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(guò)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用工程師劉俊宏補充，目前液晶電視所須處理的數據量越來(lái)越大，傳統的處理路徑須先經(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。這樣的數據處理方法，處理器須內建較大儲存容量的靜態(tài)隨機存取內存(SRAM)，成本因此提高不少，若采用雙核心微控制器與其內建的串行周邊接口(SPI)，影音數據在處理器內部即可處理完畢，并可降低SRAM的容量需求。

      看準雙核心微控制器將成未來(lái)大勢所趨，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，梅潤平表示，整合Cortex-M4與M0的目的并非M4效能不足，而是透過(guò)M0核心分擔M4核心所須處理的子系統與周邊控制工作，M4即可專(zhuān)注于處理音訊、影像、數字訊號與馬達控制等較復雜的工作，可更進(jìn)一步提升微控制器的效能。