32位微控制器—嵌入式市场的助推剂

　　下面的话听起来可能让人觉得荒谬：要进入微控制器市场，你必须事实上已经入了这一行。围绕着每一种类型的微控制器的残酷竞争已经把价格拉得如此之低，以至于如果你需要获取外设与各种存储器的许可或者购买这些构成MCU价格的主要组成部分的模块的话，你就无利可图。这还不够：你必须向你的客户提供大量的MCU结构选项。

　　有些厂商目前提供了数百种结构，其中包含了外设和易失性与非易失性存储器的不同组合，外加针对应用所需的数据宽度进行处理的控制CPU。最后，也是最重要的是，各个产品系列之间的软件兼容性将有助于帮助客户们延长其程序的寿命。它还有助于让编程者能避开重新学习新的环境和重新编写代码的麻烦。

　　微控制器业务方面的工程化努力

　　高性能微控制器的架构发展已经遭遇了设计方面的限制，这些约束很容易与新的CPU引擎的架构所面临的困难相匹敌。为了在给定的功耗水平上达到最佳的性能，CPU设计者们常常要对付诸如半导体物理、电路设计和架构的具体实现方面的一些限制条件。

　　微控制器设计者可能无需采用最新的半导体工艺流程，但是比性价比更重要的是，必须面向成本进行设计。裸片尺寸的缩小是一件好事，但是这还不够。设计者必须在设计中考虑到芯片尺寸和引脚输出分布。微控制器需要安装到空间狭小的地方。与通用型CPU设计者相比，微控制器的架构还必须能针对所面向的应用来提供恰当的外设和内存。其设计必须具有灵活性和可配置性，以便帮助MCU厂商能快速响应客户在外设与片上内存类型/规模的不同组合方面提出的要求。事实上，微控制器常常带有其针对的应用所需要的片上内存，具有更多的片上系统的属性，而不像一个需要外部存储器的ASIC。

　　完整的MCU系统必须提供对片上调试的支持，操作系统将支持诸如内存保护等功能，并且，如果可行的话，提供实时响应能力。

　　要满足一个高端的微控制器的诸多设计参数要求，商业和工程方面的人员之间需要进行非常紧密的合作。

　　在解释引入32bit MCU的必要性时，有些厂商宣称，他们预计这些新的芯片能够促成从8bit和16bit CPU到32bit性能平台的转移。不过，MPR(《微处理器报告》简称)预测，目前只有部分8bit和16bit MCU应用会向更高数据位带宽(bit width)上迁移。这一现象的发生有其合理性，首先是工作负荷方面的原因，其次是芯片尺寸、引脚方面的考虑，另外也由于位数更高的器件的价格的不断下降。MPR估计，32bit MCU由于具有性能更高的内核和能提供更多的芯片功能—这些功能可以实现目前被认为是MCU应用范围之外的那些新应用，将夺走ASIC所占有的市场份额。

　　简要地考察微控制器行业，可以激发起人们兴趣：在这个行业中，2007年，集成了高性能的处理器和外设的32bit芯片的平均售价为4.00美元，这样低的价格必须依靠大批量的销售来补偿。

　　正如图1所示的那样，8bit MCU在2004和2007年间销售了约10亿只，在此期间，其销售额以约25％的速度持续增长—仅比全球市场在2002～2005这3年间所经历的增长低几个百分点。MPR的估计得到了Microchip的市场营销部门的支持，他们宣称，该公司的8bit MCU业务表现事实上优于前些年。在估计8bit MCU业务时，Microchip的业务情况是我们所能采用的最好的标尺。

　　2004至2007年间，MCU交货量增长幅度方面进一步出现了20亿只的上扬，这主要应归功于16bit、32bit以及更高档的MCU的贡献，这样一来，全球已经交付的MCU的总量接近了100亿只。16bit MCU的产品交付量出现的令人始料未及的增长，可能要部分归因于SIA－WSTS组织对MCU的位数的定义，该定义不同于处理器设计者的定义。SIA－WSTS将一个MCU的数据位宽度定义为处理器与片外装置通信时的数据线的数量。设计工程界和MPR则将一个CPU内核的数据位宽度定义为一个ALU在一个周期中所能处理的数据的宽度。除非SIA和WSTS改变其定义，我们势必看到内藏32bit引擎的16bit MCU所带来的持续的成功，因为MCU的引脚数量极为重要。

　　既然In－Stat还没有出版对其微控制器报告的更新，我们可以通过考察MCU在SIA和WSTS的应用分区中的表现来获得部分的商业信息。图2示出了各种bit数的MCU在2007年中的交货量(估计值，单位是千只)以及2006到2007年间单位交货量的百分比的变动情况(MPR的估计)。对应的2004～2007期间出现的变化的0%的坐标轴，不同于表示交货量的x轴，有鉴于此，我们可以看到，在蜂窝式通信、IC卡(智能卡)、汽车和计算机应用方面出现了最高的交货量的增长。无线基础设施则表现出最大的百分比变动，而其在2007年的批量并没有达到让其成为32bit MCU的重要目标所需的单位交货量。


图2  全球MCU在2007年间的交货量(千只)与应用间的关系，该关系与2004～2007年间的批量的百分比变化相重叠—以便识别出可以为32bit MCU提供机遇的领域。请注意，SIA已经将这一数据发布称为“仅供参考”，而到2007年底的数据，目前SIA尚未提供，是由MPR所估计的
资料来源：SIA和In-Stat 2008

　　图2示出SIA的“仅供参考”的数据和MPR的估计值，这些数据是面向bit宽度的MCU的。在我们看到In-Stat的经过更新的报告之前我们就可以定性判断出对32bit MCU制造商所感兴趣的应用：计算机、蜂窝通信、汽车、IC卡以及包括了其他所有应用—如工业、仪器、军用和其他应用—在内的“其他类”。这一类别包含如下两个基本组成：一，上面给出的SIA的信息；二，有点更为复杂的是，在技术上对那些需要更高性能的MCU的市场分区的发展趋势的把握。根据所估计的12亿只的交货量，虽然其百分比出现了下降，但消费领域仍然是32bit MCU最重要的目标之一，而该领域是32bit MCU从ASIC的应用空间中夺取的。(本文节选自《微处理器报告》的《Microchip选中了32位MIPS技术》。题目为编者添加。)