32位MCU值得關注的技術

　　“32 位MCU 的發(fā)展趨勢是要求產品所需的更高的計算性能、大容量存儲、低功耗、集成的復雜性和更多的軟件支持，使DSP和MCU走向功能融合(記者注：成為DSC)，并有大而全的趨勢。” 蘇州國芯科技有限公司總經理肖佐楠總結道，同時，隨著新型的電子設備對網絡多媒體和無線功能需求的增加，MCU產品集成越來越多的模擬功能和新的外圍電路。隨著信息爆炸性地發(fā)展，對信息安全的需求越來越迫切，這將是MCU發(fā)展的又一新熱點，因此具有集成信息安全功能的CPU和大規(guī)模數據計算處理模塊設計平臺將會得到MCU設計用戶的歡迎。

　　意法(ST)半導體公司大中國區(qū)微控制器事業(yè)部市場經理曹錦東補充道：未來是節(jié)能和環(huán)保的世界，對MCU來說，在各種工作狀態(tài)的功耗水平，以及電機控制技術領先否，是衡量32位MCU是否滿足未來發(fā)展要求的重要指標之一。同時，未來也是網絡的時代，豐富的通訊接口也是一個重要的發(fā)展趨勢。另一方面，在消費電子領域，用戶體驗性和友好的操作界面將變得越來越重要。

　　高性能

　　ARM中國總裁譚軍博士說，從市場需求來看，我們認為32位MCU的發(fā)展趨勢將圍繞性能、通訊功能和用戶界面三個方面。

　　“內核高性能及低功耗技術是各廠家關注的重點。”MIPS 科技公司戰(zhàn)略營銷經理Ian Anderton說，MCU 開發(fā)人員必須盡可能以最低的成本創(chuàng)建高性能設備。為了實現該目標，他們需要有效的電源管理解決方案和確定性操作。他們也需要一個能夠減少應用程序代碼長度的架構，反過來可以減少所需閃存，進而降低設備成本。為了充分實現復用并滿足不同的應用需求，開發(fā)人員也需要一個具有高度可配置性和靈活性的標準架構。隨著業(yè)界向 32 位 MCU 過渡，他們也需要各種外設，包括 USB、HDMI 和音頻編解碼器等高性能輸入/輸出。

　　NEC電子中國應用技術部部長趙明宇說，32位的MCU在通用的基礎上，將來會向更低功耗，應用專門化、可重用性等方面發(fā)展；在此基礎上，與之匹配的All Flash化、安全性等方面的技術也日益顯得重要起來。

　　8位到32位的平穩(wěn)過渡

　　對于有強大8位單片機背景的公司來說，如何使用戶實現從現有的8位平穩(wěn)過渡到32位成為一個焦點。NXP半導體多重市場大中華區(qū)高級產品營銷經理金宇杰說，基于低端32位MCU產品開發(fā)要和8位的單片機一樣簡單方便：片上內存，集成的片上外設接口，無須外擴總線，可以選擇使用精簡的操作系統(tǒng)或不使用操作系統(tǒng)，低成本的通用開發(fā)工具。例如，NXP從8位單片機到32位ARM系統(tǒng)的開發(fā)沒有門檻，而同時得到的是32位的高性能：速度更快，內存更大，外設接口更豐富。為支持8位到32位的產業(yè)轉移，NXP已推出一系列集成高達512K的片上閃存的微處理器，近期又完成了1M片上閃存的32位微處理器。

　　Freescale微控制器部高級市場經理黃耀君說，32位MCU未來會有兩個發(fā)展。一是低端32位會越來越便宜，例如Freescale的RS08在32位的翻版，Freescale將會在近期推出一系列低端32位產品，特點是做8位MCU的控制延續(xù)，在8位MCU功能不能滿足的情況下，用低端32位直接替代；另一方面，是取代16位MCU市場，Coldfire在16位、32位的架構都有，32位的發(fā)展越來越好。例如，08年2月26日，Freescale推出了其Flexis JM系列微控制器(MCU)，特點是具有USB連接功能，32位MCF51JM128 (JM128)ColdFire MCU以及8位MC9S08JM60 (JM60)器件，二者的軟件和引腳是兼容的。

　　Microchip公司去年11月推出基于MIPS核的32位單片機，公司執(zhí)行副總裁Ganesh Moorthy說：“在推出32位MCU前，我們冷靜地思考我們要開發(fā)什么。我們要保持三個原則：1，保持兼容性，即在保持PIC單片機的精華同時，便于移植；2，有更大的容量和性能，3便于初學者學習和購買。” Microchip PIC16位和32位單片機的內核架構非常類似，引腳兼容。

　　瑞薩也計劃在09年推出RX系列，開發(fā)繼承了H8/M16C族“DNA”的下一代控制用CPU。在08年2月底召開的“瑞薩論壇2008”上，瑞薩宣布即將推出RX系列，RX是Renesas extreme的簡稱，基礎是32位產品，低功耗方面采用了16位架構，工作頻率可達200MHz，在CISC MCU中水平較高。同時RX將和瑞薩8位的R8C有很好的互通性(不能說是繼承，因為內存不同，但體系結構類似)。RX與M16C的兼容性力求在三個層面保證：1，匯編語言的兼容性，現在的M16C匯編語言和H8S的匯編語言、程序可以自動編譯到RX的機器上；2，C語言的兼容性；3，OS的兼容性。實際上從編譯環(huán)境和使用方式來說，編譯器的形狀、個體、大小都是一致的。

　　各派堅持自己的內核路線

　　盡管ARM在手機中獨領風騷，并有大力進軍32位MCU領域的態(tài)勢，但是在MCU領域沒有實現一統(tǒng)天下的局面。究其原因，控制領域的應用是多種多樣的。在2月底的“瑞薩論壇2008”活動中，瑞薩科技(北京)有限公司北京技術中心總經理常清璞的話可以代表一些廠商堅持自己獨有內核的原因。他說，瑞薩的優(yōu)勢是產品已被大量應用在各種應用領域，因此瑞薩能夠采集到更全面的數據，各種更典型的應用程序，然后對它們進行分析，因而解決方案更加全面和理性，例如像外圍功能的模塊，從定時器、馬達控制、各種應用計時器，到通訊，瑞薩的IP非常豐富。這樣從內核和功能來看，瑞薩認為是有獨特優(yōu)勢的。從實際市場的數據表明，瑞薩也是比某某的ARM要占有更多的市場。瑞薩電子(上海)有限公司國內客戶事業(yè)部執(zhí)行總監(jiān)邱榮豐補充道：“盡管ARM的控制快、速度快，但存儲不夠快。瑞薩按照市場的要求，RX有快速的CPU，包括快速度的存儲器，這是瑞薩的優(yōu)勢。”

　　SoC化

　　Microchip的Ganesh Moorthy認為，通用型的32位 MCU正在演化成為一種成本經濟性極好的SoC解決方案，集成了復雜的模擬功能(例如ADC)、大規(guī)模的內存、非常復雜的功能。例如：USB移動通(USB On The Go)]和高性能的內核(例如MIPS核)。在一個標準的32位 MCU上實現水平如此之高的集成化，可以為客戶提供一種可以替換傳統(tǒng)ASIC的經濟性好的解決方案。

　　低成本化

　　ARM Cortex-M3是ARM公司近年推出的一個低成本內核，主打存儲器和處理器的尺寸對產品成本影響極大的各種應用市場，是針對這些市場的低成本需求專門開發(fā)設計的微處理器內核。記者推測是ARM公司為其流行的ARM7(1993年開始問世)的補充或替代，成本更低，效率更高。

　　Luminary Micro公司是第一個采用ARM Cortex-M3(06年夏天)的勇于吃螃蟹者，首席市場官Jean Anne Booth號稱Luminary已經夷平了8位、16位和32位 MCU之間的障礙：“我們可以提供具有32位性能、而價格堪與8位和16位解決方案相競爭的解決方案。”產品從Cortex-M3的20MHz@ 1美元(與8位市場競爭)一直到Cortex A8 的1GHz，在保證指令集兼容性的情況下，其價格和性能的變化范圍很寬。其優(yōu)勢是，各家公司中第一次能夠利用同一個指令集和代碼基來滿足其在整個性能和成本變化范圍上的需要。Luminary Micro專注于工業(yè)市場上的電源、安全和連接部分。

　　ST公司2007年6月也推出了基于ARM Cortex-M3的產品，并且新聞發(fā)布會的首站選擇了偏愛低成本的我國。與Luminary不同的是，ST希望用Cortex-M3核心的MCU主打16位市場。ST贊譽Cortex-M3測試達到1.25DIMPS/MHz，而流行的ARM7TDMI只有0.95 DIMPS/MHz。在性能方面，STM32系列的處理速度比同級別的基于ARM7TDMI的產品快30%，換句話說，如果處理性能相同，STM32產品功耗比同級別產品低75%。同樣地，使用新內核的Thumb 2指令集，設計人員可以把代碼容量降低45%，幾乎把應用軟件所需內存容量降低了一半。STM32系列產品按性能又分成兩個不同的系列：STM32F103“增強型”和STM32F101“基本型”，基本型的32位閃存、48引腳產品每萬片1.8美元左右。除了工業(yè)、家電、消費電子應用外，該系列還定位于低功耗的設備，如血糖和血脂監(jiān)測設備。

　　FPGA應用

　　由于FPGA已經進入65nm時代，成本與SoC/ASIC越來越接近，一些習慣使用FPGA進行批量的生產廠商，需要增加MCU/處理器等功能。另外一種情況是，盡管MCU是比較標準化、通用化的產品，但還是不能滿足所有要求。對于一些特殊的需求，MCU供應商往往希望先從FPGA開始，進行小規(guī)模的生產，在獲得成功后再進行更大的量產。

　　IP的選擇和RTOS匹配

　　對于FPGA中嵌入MCU，需要考慮多方面。Xilinx亞太區(qū)DSP產品及解決方案營銷業(yè)務的高級經理林鴻瑞說，對于FPGA選用MCU內核，除了MCU內核以外，我們還必須考慮到對外設模擬/數字IP的需求，以及MCU是否能夠支持實時操作系統(tǒng)(RTOS)。

　　選擇MCU內核僅僅解決了復雜問題的一部分。開發(fā)人員需要選擇配有適當外設的MCU來滿足自己的最終產品要求。如果選擇的MCU帶有許多用不到的外設可能會增加總體系統(tǒng)成本。另外，對能夠運行RTOS的MCU的需求也在增長。使用RTOS有幾大顯著原因：除了提供實時多任務能力以外，RTOS施加的任務型設計流程比沒有RTOS的系統(tǒng)更清晰，更容易組織；RTOS支持代碼重利用，通過提供中間件鏈接和縮短開發(fā)時間為應用提供有用的服務。在時序關鍵的應用中，RTOS可預測的響應時間也進一步保證了應用的質量。

　　為進一步適應這一趨勢，除已經為Microblaze軟內核提供的免費IP以外，Xilinx公司還新提供了4款免費IP(IIC、UART、FPU 和 10/100 lite EMAC)。為滿足RTOS需求，Xilinx還發(fā)布了其支持Linux 2.6 RTOS的Microblaze軟內核版本。

　　Cortex-M1

　　ARM曾試圖和一些FPGA廠商合作，把ARM7打進FPGA領域，但是沒有流行起來。為此，ARM推出了針對FPGA應用優(yōu)化的Cortex-M1處理器。07年3月，Actel在京宣布采用ARM公司專為FPGA優(yōu)化的新核Cortex-M1，Actel亞太區(qū)總經理賴炫州說，FPGA優(yōu)化Cortex-M1在資源占用和速度方面取得了平衡，不僅如此，憑借著Actel超低功耗專利技術優(yōu)勢，在睡眠模式下，Cortex-M1耗電最低可少于8mA。