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32位MCU将改写MCU市场规则

发布时间:2021-06-03 发布时间:
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  最重要的是,使系统厂商的所有应用都可以在同样的软件开发平台下进行,把成熟的代码在不同的应用间进行重用,从而极大地降低工具成本、开发成本,缩短上市时间。

  自从20世纪70年代出现以来,MCU以其简单、灵活、易用的特点成为了半导体市场中重要的一员。随着半导体技术的进步,MCU厂商已经将处理器、存储器和外设集成在一个芯片上,并且使产品和开发工具越来越易用。

  MCU厂商在为用户提供丰富选择的同时,也使得这个市场看起来显得支离破碎,因为有100多家厂商同时提供不同架构的MCU、软件开发工具。为了满足新应用对性能的需求,处理器厂商又必须不断开发新的处理器,包括指令集的定义、架构设计,在CPU实现阶段包括芯片的设计、实现、仿真和验证,还需要开发软件工具、编译器、调试器、开发板,最后还要设计总线、外设、驱动、应用电路板等。其中第一和第二阶段所花费的成本最大,但却无法实现差异化,只有第三阶段才是MCU厂商需要关注的能实现差异化的重点。如果没有足够大的市场,开发32位处理器内核的成本是任何一家半导体厂商都吃不消的。

  ARM填平技术与市场间的沟壑

  丰富的选择并没有让OEM厂商感到轻松,他们在面对越来越短的上市时间压力下,更关心的是如何进行软件重用,如何充分利用已有的工程资源,如何用一套工具链就可以完成所有的项目,如何让工程师掌握一套处理器体系和开发工具就可以解决所有的问题,如何尽可能降低开发成本。一家公司如果选定了一款8位MCU做开发,在碰到需要更高处理性能的新项目时,必须要转向16位或32位处理器,则它原有的代码和开发工具就要全部作废,要么招聘新的工程师,要么让工程师学习新的处理器。这种转换造成的资源浪费使得OEM厂商左右为难,众多的MCU架构使技术和市场之间出现了难以弥合的沟壑。

      以ARM为代表的32位处理器的出现填平了这道沟壑。在以ARM、MIPS为代表的32位可授权处理器开发生态系统中,ARM、MIPS负责开发处理器内核;Cadence、Synopsys、MAGMA等EDA厂商负责开发IC设计工具;IBM、SMIC、TSMC等代工厂负责生产制造和开发物理IP;Microsoft、Wind River、IAR、QNX、Symbian等负责开发操作系统、软件工具和应用软件;OEM厂商负责最终产品的开发,甚至信息提供商也参与进来,如Google、YouTube就与ARM合作进行代码优化,最终的结果是为消费者提供功能丰富、安全易用、节省能耗的各种产品。

  与此同时,制造技术的进步使得处理器内核所占的硅片面积越来越小,占芯片大部分面积的是闪存、SRAM、外设、中断控制器、调试接口等,处理器内核所占的芯片成本只是很小的一部分了。这意味者,不同的处理器内核并不能帮助芯片厂商开发出差异化的产品和实现商业上的成功。而且,随着应用的日益复杂,软件开发的成本所占的比例与日俱增。更重要的是,这个趋势将一直持续下去,所以几乎所有重要的半导体厂商都购买了ARM处理器内核的授权,包括ATMEL、Renesas、Freescale、TI、NXP等拥有自己处理器内核的厂商。另外一家重要的MCU厂商Microchip尽管没有购买ARM内核,也购买了MIPS公司的MIPS43k内核开发了PIC32,因为Microchip也认识到开发新的32位处理器内核是件得不偿失的苦差事。

  据ARM公司的中国区总裁谭军博士介绍,截止到2007年第4季度,ARM内核处理器的累计出货量已经超过100亿,预计到2010年,ARM处理器的年出货量将高达50亿。谭军说,ARM成功的要素就是将产业生态系统的所有厂商都汇聚在一起。[page]

  改写MCU市场游戏规则

  MCU市场不同于手机、消费电子等传统的32位处理器市场,这个市场所包含的应用更广泛、种类更多,应用的差异化程度也最大。据Semico在2007年预测,32位MCU市场的容量将在2008年超过8位和16位MCU的市场,到2011年,32位MCU市场的总容量将是8位和16位MCU市场的总和。

  ARM公司正在将在手机、消费电子市场大获成功的商业模式引入到MCU市场,其首推的产品是Cortex-M3内核。与已有的注重计算性能的内核,如ARM7、ARM9、ARM11、Cortex-A8相比,Cortex-M3更注重控制性能,其功耗比ARM7低大约1/3,在同样工艺下的性能是ARM7的两倍,Thumb2指令使代码密度可提高30%,其内核在0.18mm工艺下的面积只有0.36mm2。最重要的是,使系统厂商的所有应用都可以在同样的软件开发平台下进行,把成熟的代码在不同的应用间进行重用,从而极大地降低工具成本、开发成本,缩短上市时间。与8051相比,在同样的处理性能下,cortex-M3在成本和功耗上都已经具有优势。二者的对比结果请参考图1。

  意法半导体率先量产

  意法半导体(ST)首当其冲,在2007年6月推出了采用Cortex-M3内核的STM32系列MCU,内嵌32kB~128kB闪存,提供丰富的外设。

  据该公司的微控制器高级市场经理梁平说,意法半导体在近期又新增了28款新产品,提供了适用于显示、声音、存储和控制的附加功能,提供液晶控制器的并行接口,新增SDIO、FSMC、I2S连接通道,提供了增强的调试手段ETM,提供了更小的封装尺寸。ETM可记录程序的每个跳转地址,在调试过程中,工程师可以回溯跟踪程序的执行过程,而以往的调试方式只能提供断点的位置。FSMC开发总线可连接不同的外设,总线可由用户自定义,大大增强了使用的灵活性。意法半导体还提供了警报控制面板应用实例,可通过FSMC连接显示模块的并行接口,通过I2S向音频ADC输出数字信号,产生高质量的声音,通过SDIC连接SD卡SD模块,用通用I/O连接电话线和传感器,并支持用SD卡对软件进行升级。

  为推广STM32,意法半导体已经举办了超过200个技术研讨会,售出超过16000套开发工具,有1000家客户选用了该MCU,出货量超过数百万片。STM32的入门套件包括评估板、编译器、开发软件和众多实例代码,还通过网站提供驱动外设的源程序代码、USB软件库、电机控制库等,使用户用最少的投资就可以开始开发。意法半导体还可以提供成熟的工具和服务,包括在线样片申请、足够的工具库存、互联网订购。

  迄今为止,已有Broadcom、NXP、TI、ST、Zilog、TOSHIBA等18家公司购买了Cortex-M3内核的授权,RealView、IAR、Green Hills、LAUTERBACH等工具厂商提供对Cortex-M3的支持,MCU市场的传统格局很有可能被ARM彻底打破。




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