引發(fā)MCU市場(chǎng)統一狂潮的Cortex－M3

　ARM 的Cortex－M3處理器內核可望在微控制器（MCU）市場(chǎng)上掀起合并的狂潮，這一現象往往發(fā)生在大規模市場(chǎng)成熟的時(shí)候。ARM架構在嵌入式處理器、ASIC和ASSP市場(chǎng)上已經(jīng)占據了統治地位，因此，它也具備了在相鄰的MCU市場(chǎng)上逐步占據主導地位的有利條件。事實(shí)上，隨著(zhù)Luminary Micro的Stellaris系列微控制器的推出，MCU市場(chǎng)上的統一進(jìn)程就已經(jīng)開(kāi)始了。聰明的設計者將通過(guò)選用基于Cortex－M3的MCU，如Luminary Micro公司的Stellaris系列，來(lái)充分利用這一不可避免的發(fā)展潮流所帶來(lái)的好處。

　　市場(chǎng)兼并實(shí)例

　　許多大規模的市場(chǎng)在逐漸成熟的進(jìn)程中，都經(jīng)歷了一個(gè)兼并的過(guò)程，在此過(guò)程中，當大規模制造帶來(lái)的好處和規模經(jīng)濟效應壓倒人們對基本產(chǎn)品的無(wú)限多樣化的需求時(shí)，廠(chǎng)商和產(chǎn)品的數量開(kāi)始收縮。這在鋼鐵、汽車(chē)、計算機和辦公用品等領(lǐng)域都發(fā)生過(guò)。這是一個(gè)廣闊市場(chǎng)的自然進(jìn)化的過(guò)程。

　　在某些情況下，少數幾家大廠(chǎng)商就可以壟斷整個(gè)市場(chǎng)。例如，在美國，Home Depot和Lowes就控制了建筑材料市場(chǎng)，把幾百家小的五金件商店擠了出去——這些廠(chǎng)商無(wú)法應對那些“大盒子”（big box” ）商店有吸引力的報價(jià)。Staples和Office Max現在也以類(lèi)似的方式統治了美國的辦公用品市場(chǎng)。在此之前，各種“百貨商店”奪走了本地的服裝商店和鞋店的業(yè)務(wù)。

　　在PC業(yè)中，是地位而非價(jià)格，促成了業(yè)界的合并。當一群IBM的離經(jīng)叛道者組裝出一臺“個(gè)人”計算機時(shí)，整個(gè)業(yè)界認定，這樣小的計算機將成為一個(gè)必須認真面對的力量。由于意識到IBM PC的布局是非常開(kāi)放、易于復制的，許多其他的公司也開(kāi)始制造類(lèi)似的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品采用了簡(jiǎn)單的操作系統，由PC的共用部件構成。在增添了VisiCalc和字處理軟件等應用程序后，PC就踏上了一條邁向成功的不歸之路。甚至PC一詞的含義也發(fā)生了變化，變成專(zhuān)指符合IBM風(fēng)格的那些計算機。

　　在計算機工業(yè)中，一個(gè)公共的平臺，專(zhuān)用的監視器，廣為人知的鍵盤(pán)部件、共用的OS和容易獲取的、可以在公共硬件上運行的應用程序軟件，為一個(gè)行業(yè)開(kāi)啟了通向PC繁榮的大門(mén)，這一欣欣向榮的發(fā)展潮流改變了世界。向PC靠攏的發(fā)展趨勢，迅速成就了這樣一場(chǎng)轉型。

　　ARM處理器是否就是促成市場(chǎng)兼并的催化劑？ARM當然已經(jīng)幾乎成為每個(gè)應用分類(lèi)中占統治地位的處理器。雖然在PC領(lǐng)域并非是居于中心的處理器，但許多外設的功能都需要在作為嵌入式處理器的ARM處理器上運行：打印機、硬盤(pán)驅動(dòng)器、網(wǎng)卡、WiFi，甚至你口袋里的USB驅動(dòng)或者相機里的存儲卡都很有可能內藏一個(gè)ARM處理器。幾乎可以肯定的是，你的手機是由1個(gè)或2個(gè)ARM來(lái)管理的——或者，在流行的iPhone中，由5個(gè)ARM來(lái)管理。

　　MCU市場(chǎng)到目前為止，一直都逃避了合并的命運。

　　Frost & Sullivan的分析師表示，全球的微控制器市場(chǎng)在2007年達到了160億美元的規模。在收入方面排在前兩位的供應商，向市場(chǎng)上交付的產(chǎn)品分屬10種以上的、互不兼容的架構。Semico認為，2006年微控制器的交貨量達到了85億只。MCU市場(chǎng)上存在著(zhù)40多家供應商，而它們向市場(chǎng)提供的架構多達50種以上，沒(méi)有一種架構所占的份額達到5％。每家廠(chǎng)商都向非常廣闊的應用市場(chǎng)提供自己的設計，而這些設計相互間沒(méi)有多少共通性。應用的范圍從復印機上的顯示器到汽車(chē)引擎的管理模塊，再從工業(yè)電極控制到牙科器械系統，其客戶(hù)基礎接近一百萬(wàn)家。

　　過(guò)去，當一種架構為多家廠(chǎng)商所共享的時(shí)候，該架構在幾年后就會(huì )收縮到原創(chuàng )者那里，這有多方面的原因：被授權者無(wú)法提供多樣化的產(chǎn)品，發(fā)現該市場(chǎng)并不像所預想的那樣景氣，或者開(kāi)始蠶食原創(chuàng )者的市場(chǎng)份額。8bit的8051是這一普遍存在的現象的唯一一個(gè)例外，但是大廠(chǎng)商也從未認真地對8051架構進(jìn)行推廣，而為數不多的幾家力圖支持8051的廠(chǎng)商也在嘗試向16bit架構遷移的過(guò)程中遭到了悲慘的失敗。

　　由于上述的現象的存在，整個(gè)微控制器市場(chǎng)正渴求著(zhù)出現架構上的統一。

　　無(wú)不與軟件有關(guān)
　　
　　每個(gè)應用對MCU的特有的選用規則是由許多因素所決定的：處理器內核、存儲器的規模和類(lèi)型、外設的選用、價(jià)格、開(kāi)發(fā)工具、OS、軟件和支持。要衡量每一種因素的重要性是十分困難的，但是處理器的選擇自然而然地影響到許多其他的因素。存儲器的規模、OS、工具和支持顯然取決于所選擇的處理器。這一選擇也驅動(dòng)著(zhù)上市時(shí)間，正如行業(yè)分析公司VDC所發(fā)現的那樣，到2004年為止，48％的大規模制造的成本是由軟件開(kāi)發(fā)方面的成本所構成的。

　　代碼的效率，決定了對內存的需求，直接成為MCU市場(chǎng)的成本決定因素。專(zhuān)有的指令集在操作系統方面所提供的選擇有限，因為它們是由內部架構的創(chuàng )建者所編制的或者由其支付費用，這反映了廠(chǎng)商所能支付的市場(chǎng)支持的規模。開(kāi)發(fā)工具是針對具體架構來(lái)設計的，而支持則是根據需求來(lái)分配的。MCU的支持是由廠(chǎng)商所提供的，但是第三放可以支持廠(chǎng)商為其支付費用的那些架構，以及那些最普及的架構——這又是規模經(jīng)濟的一個(gè)基礎。針對流行的處理器架構，可以提供驅動(dòng)軟件、軟件庫、現成有售的CODEC和協(xié)議棧軟件、JPEG和MPEG解碼器與編碼器以及數不清的其他軟件包。即使能否輕松地雇傭到一個(gè)設計某種嵌入式應用的工程師，也取決于MCU是來(lái)自于單一的廠(chǎng)商還是基于一種被許多廠(chǎng)商所共同采用的架構。

　　一種流行的架構，如ARM，在這樣的環(huán)境下似乎有著(zhù)不錯的境遇。只有一點(diǎn)是不利的：ARM是一種32bit的處理器，而當今的大多數MCU是8bit的。

　　 ARM架構得到了全球范圍內的支持

　　有證據表明： 一個(gè)32bit的MCU的價(jià)格可能并不比一個(gè)類(lèi)似配置的8bit MCU高，但是，如果一個(gè)MCU被劃分為一打元件的話(huà)，其中大多數將屬于外設和一些存儲器，而處理器內核所占比重不到10％。即使在從8bit到32bit的轉移過(guò)程中，這一部分的比例加倍，但芯片的80％卻仍然保持不變，而32bit MCU的功能和性能將更為強大，這可能取消對1或2個(gè)外設的需求，抑或也可以通過(guò)使用附加的一個(gè)8bit MCU來(lái)滿(mǎn)足應用的需求。Luminary Micro的Stellaris系列微控制器如今包含了100種可以向全球供貨的MCU，包括售價(jià)低至1美元的MCU。這個(gè)價(jià)格一般只有8bit MCU才能達到。但是Stellaris MCU內部擁有一個(gè)ARM Cortex－M3處理器。一個(gè)售價(jià)為$1.00而具有32bit的豐富指令集的MCU實(shí)在是太合算了——不用懂什么高深的數學(xué)就能明白。

 
　　一個(gè)售價(jià)為$1.00的32bit MCU的確是價(jià)廉物美！

　　在控制器應用方面，一個(gè)MCU的外設選擇可能是最重要的因素，而這也正是合并運動(dòng)的重要因素。外設是由應用所決定的，因為它們直接與系統的其他硬件有關(guān)聯(lián)，成為到構成系統的傳感器、電機、通信信道、網(wǎng)絡(luò )、按鈕、LCD面板或者電磁鐵的接口。外設的參數決定了這些接口對每種應用來(lái)說(shuō)是過(guò)于簡(jiǎn)單還是過(guò)于復雜，抑或正好適用于這些應用。當一個(gè)低精度的A－D變換器能滿(mǎn)足需要，則一個(gè)精密的A－D就是一種浪費，但是，當要求精細的控制時(shí)，就最好采用高性能的模擬電路。對于8bit MCU來(lái)說(shuō)，難以支持更高速度的外設。Luminary Micro的Stellaris MCU產(chǎn)品線(xiàn)所具備的外設功能中，包括了專(zhuān)用的運動(dòng)控制硬件、業(yè)界唯一的一種基于A(yíng)RM處理器的Ethernet MAC＋PHY以及針對IEEE 1588PTP應用的硬件。一個(gè)MCU的外設的設計和功能決定了該芯片最適合的應用類(lèi)型，而這比處理器內核的架構更重要。

　　“開(kāi)放的架構”難道不是“日用品的”另一種說(shuō)法嗎？

　　這證明了如下的事實(shí)：為了讓廠(chǎng)商能匯聚在非專(zhuān)有架構（如ARM）的旗下，它們的其他某些方面必須能體現出鮮明特色，以“展示其素質(zhì)”。當外設具有如此的重要性時(shí)，則每一種的數量和細節都是MCU能否勝出的決定因素。這也正是每一家廠(chǎng)商可以體現其不同于他人的地方，而廠(chǎng)商可以由此選出讓自己閃光的應用，并將自己的注意力專(zhuān)注于體現自己的實(shí)力的地方。MCU中的處理器是廠(chǎng)商可以信任、認為其能很好地完成自己工作的模塊。能夠提供最合適的外設、軟件和對某些應用的支持，將贏(yíng)得內嵌設計（design-in）的機會(huì )。

　　處理器最重要的方面是對外設進(jìn)行編程的軟件的供應情況、可靠的開(kāi)發(fā)工具的供應情況和支持軟件設計與維護的人員情況，以及最終的軟件品質(zhì)。來(lái)自于一家廠(chǎng)商的專(zhuān)有架構本身并不會(huì )具備這些特性中的大多數特性，除了可能在狹窄的垂直市場(chǎng)方面。由多家廠(chǎng)商推動(dòng)其發(fā)展的一個(gè)處理器架構（包括在嵌入式MPU、ASIC和ASSP領(lǐng)域的多家廠(chǎng)商）自然可以在其支持的深度和廣度方面有著(zhù)出色表現。

　　前面提到的PC世界，可以為MCU的局勢提供一個(gè)很好的推論。所有的PC廠(chǎng)商都可以獲得來(lái)自于Intel或者AMD的同一種x86架構。這是很有利的，因為它們明白，OS和應用可以在處理器上運行?，F在，PC市場(chǎng)上的勝出者是由外設的品質(zhì)和選擇以及服務(wù)的與眾不同所決定的：監視器、鍵盤(pán)、硬盤(pán)/軟盤(pán)、USB端口的數量、Modem的速度（在前些年）、網(wǎng)絡(luò )連接功能、WiFi、重量（膝上機）、外殼色彩或者是風(fēng)格、支持、可配置性以及價(jià)格。我們請注意，PC外設的功能與MCU何其相似。PC統一到x86架構上的過(guò)程可以讓PC業(yè)欣欣向榮。而作為另一個(gè)實(shí)例，請考慮汽車(chē)銷(xiāo)售的情形，其中引擎或者引擎的尺寸在廣告中提及的頻率，與款式、儀表板風(fēng)格或者杯托尺寸相比是何其之低。

   
　　Luminary Micro的Stellaris系列MCU擁有100多種產(chǎn)品

　　嵌入式設計師也將通過(guò)市場(chǎng)兼并來(lái)獲勝

　　擁有基于專(zhuān)有MCU指令集的產(chǎn)品的OEM們，將面對這一困境。不斷在專(zhuān)有指令基礎上進(jìn)行編程，則將有更多的代碼是基于難以移植的程序的基礎。轉移到基于A(yíng)RM的架構上，你將不會(huì )再有遺憾，因為用于增強功能、添加特色或者擴展選項的每一行代碼，都將獲得永生，在未來(lái)的歲月中得到來(lái)自于多家廠(chǎng)商的ARM產(chǎn)品的支持。

　　對于啟動(dòng)一項基于MCU的新設計、有著(zhù)完全自由的選擇權的OEM們來(lái)說(shuō)，決策是最容易做出的。經(jīng)過(guò)快速的調研，設計團隊就可以明白，Cortex－M3 MCU將是一個(gè)出色的選擇。一個(gè)Luminary Micro Stellaris MCU必然成為排名前列的選項。其開(kāi)發(fā)工具也將成為首選。如果一種專(zhuān)有的MCU顯得很有吸引力，請考慮隨著(zhù)業(yè)界開(kāi)始向ARM Cortex－M3產(chǎn)品統一的趨勢隨著(zhù)時(shí)間的推移所造成的影響吧。專(zhuān)有的軟件可以始終保證供應嗎？這些工具仍然能適用嗎？這是一項能長(cháng)久生存的投資嗎？或者，下注ARM還將繼續穩賺不賠嗎？即使看上去一位8bit MCU可以完成任務(wù)，易用性和更強有力的開(kāi)發(fā)工具將使得一個(gè)以Cortex－M3內核為核心的系統的建立和維護變得簡(jiǎn)單而快捷。

　　在Luminary Micro，我們已經(jīng)發(fā)現，客戶(hù)可以快速接受Cortex－M3架構，因為ARM的名聲已經(jīng)遠播于我們之前?，F在無(wú)需浪費時(shí)間，來(lái)進(jìn)行長(cháng)時(shí)間的討論，以掌握一些專(zhuān)有的指令集的細節。其他的小公司可能會(huì )努力勸說(shuō)客戶(hù)，它們還將能生存5或10年。依賴(lài)于A(yíng)RM處理器的Luminary Micro清楚，無(wú)需投入人力來(lái)改進(jìn)居于我們的MCU核心的架構?？蛻?hù)也明白，如果出現了劇變，即便它們沒(méi)法利用來(lái)自于另一家廠(chǎng)商的外設和軟件支持，至少它們不必完全從頭開(kāi)始。來(lái)自于大公司的專(zhuān)有性的選擇，并不會(huì )變得更“安全”：還記住Freescale的M*CORE架構嗎？記得被Microchip的新的PIC32架構擠出去的Microchip的dSPIC否？在今天的杠桿式全盤(pán)收購、公司派生（spinout）和不可避免的統一化的趨勢背景下，即使最大的公司也不像它們原先那樣保險了。但是ARM架構可以為OEM的產(chǎn)品提供持久的公分母。明白這一道理的OEM將可以收獲優(yōu)勢地位，這將使得它們能擠入其市場(chǎng)的領(lǐng)先位置，而那些仍然因循專(zhuān)有架構的OEM將在特色、性能和競爭力方面進(jìn)一步落后。

　　微控制器行業(yè) 的統一進(jìn)程正在啟動(dòng)嗎？Cortex－M3處理器是能夠讓它達到脫扣點(diǎn)的催化劑嗎？MCU市場(chǎng)是高度多樣化的，對于一個(gè)一般來(lái)說(shuō)要努力避免風(fēng)險的客戶(hù)基礎而言，任何大的變革只能慢慢來(lái)，但的確出現了令人鼓舞的信號。如今ARM架構已經(jīng)統治了嵌入式微處理器市場(chǎng)。在2005年，ARM推出了Cortex－M3內核，它專(zhuān)門(mén)針對MCU進(jìn)行了優(yōu)化。如今，半導體廠(chǎng)商們正在使用Cortex－M3處理器，即使它們已經(jīng)擁-有了ARM7和專(zhuān)有的處理器。廠(chǎng)商們正在支持8bit到32bit MCU的輕松轉換。OEM們正在擁抱Cortex－M3處理器，利用性能上的提升開(kāi)發(fā)成本經(jīng)濟性很好的系統，并且由于整個(gè)產(chǎn)品線(xiàn)都基于相同的軟件基礎而在上市時(shí)間方面而受益。

　　MCU還在進(jìn)化。8bit MCU正在讓位于32bit MCU。Cortex－M3內核正是針對微控制器配置和優(yōu)化的ARM架構。ARM的成功正在吸引MCU領(lǐng)域的OEM們轉向Cortex－M3。它的優(yōu)點(diǎn)也將其他的廠(chǎng)商吸引到Cortex－M3上來(lái)，其中包括了那些大的廠(chǎng)商——甚至其中有一些已經(jīng)推出了基于A(yíng)RM7的MCU產(chǎn)品線(xiàn)——因為它們看到了公共的軟件平臺所具有的優(yōu)勢。這一發(fā)展趨勢和Cortex－M3取得的成功預示著(zhù)微控制器市場(chǎng)將統一到ARM架構周?chē)?，而非像PC那樣統一到x86架構上。Luminary Micro是獲得ARM許可而專(zhuān)注于基于A(yíng)RM Cortex－M3的MCU的廠(chǎng)商。Luminary Micro看到了這一統一的變革的到來(lái)，正隨著(zhù)實(shí)力的不斷增強而傲立于合并大潮的潮頭。