32位微控制器—嵌入式市場(chǎng)的助推劑

　　下面的話(huà)聽(tīng)起來(lái)可能讓人覺(jué)得荒謬：要進(jìn)入微控制器市場(chǎng)，你必須事實(shí)上已經(jīng)入了這一行。圍繞著(zhù)每一種類(lèi)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與各種存儲器的許可或者購買(mǎi)這些構成MCU價(jià)格的主要組成部分的模塊的話(huà)，你就無(wú)利可圖。這還不夠：你必須向你的客戶(hù)提供大量的MCU結構選項。

　　有些廠(chǎng)商目前提供了數百種結構，其中包含了外設和易失性與非易失性存儲器的不同組合，外加針對應用所需的數據寬度進(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(hù)們延長(cháng)其程序的壽命。它還有助于讓編程者能避開(kāi)重新學(xué)習新的環(huán)境和重新編寫(xiě)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發(fā)展已經(jīng)遭遇了設計方面的限制，這些約束很容易與新的CPU引擎的架構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設計者們常常要對付諸如半導體物理、電路設計和架構的具體實(shí)現方面的一些限制條件。

　　微控制器設計者可能無(wú)需采用最新的半導體工藝流程，但是比性?xún)r(jià)比更重要的是，必須面向成本進(jìn)行設計。裸片尺寸的縮小是一件好事，但是這還不夠。設計者必須在設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設計者相比，微控制器的架構還必須能針對所面向的應用來(lái)提供恰當的外設和內存。其設計必須具有靈活性和可配置性，以便幫助MCU廠(chǎng)商能快速響應客戶(hù)在外設與片上內存類(lèi)型/規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的應用所需要的片上內存，具有更多的片上系統的屬性，而不像一個(gè)需要外部存儲器的ASIC。

　　完整的MCU系統必須提供對片上調試的支持，操作系統將支持諸如內存保護等功能，并且，如果可行的話(huà)，提供實(shí)時(shí)響應能力。

　　要滿(mǎn)足一個(gè)高端的微控制器的諸多設計參數要求，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(chǎng)商宣稱(chēng)，他們預計這些新的芯片能夠促成從8bit和16bit CPU到32bit性能平臺的轉移。不過(guò)，MPR(《微處理器報告》簡(jiǎn)稱(chēng))預測，目前只有部分8bit和16bit MCU應用會(huì )向更高數據位帶寬(bit width)上遷移。這一現象的發(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，另外也由于位數更高的器件的價(jià)格的不斷下降。MPR估計，32bit MCU由于具有性能更高的內核和能提供更多的芯片功能—這些功能可以實(shí)現目前被認為是MCU應用范圍之外的那些新應用，將奪走ASIC所占有的市場(chǎng)份額。

　　簡(jiǎn)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(xiāo)售來(lái)補償。

　　正如圖1所示的那樣，8bit MCU在2004和2007年間銷(xiāo)售了約10億只，在此期間，其銷(xiāo)售額以約25％的速度持續增長(cháng)—僅比全球市場(chǎng)在2002～2005這3年間所經(jīng)歷的增長(cháng)低幾個(gè)百分點(diǎn)。MPR的估計得到了Microchip的市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)部門(mén)的支持，他們宣稱(chēng)，該公司的8bit MCU業(yè)務(wù)表現事實(shí)上優(yōu)于前些年。在估計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尺。

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

　　既然In－Stat還沒(méi)有出版對其微控制器報告的更新，我們可以通過(guò)考察MCU在SIA和WSTS的應用分區中的表現來(lái)獲得部分的商業(yè)信息。圖2示出了各種bit數的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(dòng)情況(MPR的估計)。對應的2004～2007期間出現的變化的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(chē)和計算機應用方面出現了最高的交貨量的增長(cháng)。無(wú)線(xiàn)基礎設施則表現出最大的百分比變動(dòng)，而其在2007年的批量并沒(méi)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)將這一數據發(fā)布稱(chēng)為“僅供參考”，而到2007年底的數據，目前SIA尚未提供，是由MPR所估計的
資料來(lái)源：SIA和In-Stat 2008

　　圖2示出SIA的“僅供參考”的數據和MPR的估計值，這些數據是面向bit寬度的MCU的。在我們看到In-Stat的經(jīng)過(guò)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用：計算機、蜂窩通信、汽車(chē)、IC卡以及包括了其他所有應用—如工業(yè)、儀器、軍用和其他應用—在內的“其他類(lèi)”。這一類(lèi)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)更為復雜的是，在技術(shù)上對那些需要更高性能的MCU的市場(chǎng)分區的發(fā)展趨勢的把握。根據所估計的12億只的交貨量，雖然其百分比出現了下降，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的應用空間中奪取的。(本文節選自《微處理器報告》的《Microchip選中了32位MIPS技術(shù)》。題目為編者添加。)