不过,8位MCU性能毕竟有限,加上16/32位MCU成本的进一步降低,对于一些高端8位MCU用户来说,向16/32位MCU升级已经是大势所趋。因此,如何在继续丰富现有8位产品的同时,为用户提供一条通向16/32位MCU的平滑升级路径,已经成为8位MCU供应商留住老客户和争夺新客户的重点。
不久前,老牌8位巨头飞思卡尔发布了业界首个8位和32位兼容的MCU产品Flexis系列,实现了8位和32位MCU的引脚、外设和开发工具兼容,打响了8位MCU的升级战。飞思卡尔一直是8位市场的霸主,但是在最近几年其王位丢给了Microchip。在Flexis系列新闻布会上,飞思卡尔MCU部高级市场经理黄耀君也几次提到,Microchip的成功来自于其8位和16位MCU的兼容性。看来,飞思卡尔希望借助8位/32位兼容性收回失地。
对此,Microchip高级单片机和存储产品部副总裁Ganesh Moorthy评论说,飞思卡尔Flexis系列是面向未来的新产品,过去的产品都不具备这种兼容性,需要很多年才能够构建宽深的8位/32位兼容产品线,而Microchip提供这种兼容性和升级路线已有很多年。由于Microchip还没有发布32位MCU产品线,与飞思卡尔、NXP和ST等很多供应商采取从8位直接向32位升级战略不同的是,Microchip认为从8位升级到16位还是32位是一个伪命题,关键是以最具性价比的方案满足客户需求。Moorthy宣称:“我们最高性能的8位MCU,可轻松抗衡低端16位;我们的16位MCU,能与所有其它16位以及许多32位MCU一争高下”。
与飞思卡尔的32位MCU仍采用私有内核不同的是,NXP和意法半导体(ST)的32位MCU全部转向了ARM内核。除了现有的ARM7和ARM9产品线外,不久前,NXP收购了夏普的ARM MCU产品线;而ST则率先推出了基于ARM Cortex-M3核的产品线,面向16位和某些高端8位MCU市场。M3据称集低功耗、易用性和低成本于一体,面向16位和32位融合市场。和ARM7内核相比,M3内核具有更高性能、更低的成本和功耗,可以更好地和8位MCU对接。
NXP半导体多重市场半导体部门中国区高级产品市场经理金宇杰表示,基于低端ARM产品开发就和8位MCU一样简单方便:片上内存,集成的片上外设接口,无须外扩总线,可以选择使用精简的操作系统或不使用操作系统,低成本的通用开发工具。
金宇杰还指出,8位过渡到32位,用户最关心性能和兼容性,因此要保持8位与32位相同的周边接口、寄存器位置和内存空间分配,来降低用户在不同系列产品间转换所需的工作量。让32位的接口与8位相同的设计理念是合理的,但对一些复杂接口的兼容,如以太网等,就存在着其性能有降低的可能。他表示:“我们注意到飞思卡尔 Flexis目前所提供还仅是一些简单的接口, 如ADC、I2C、UART和SPI等。NXP在8位MCU的开发中同样也已充分考虑与32位接口电路的兼容性,32位中广泛使用的接口也会用在8位中。”
飞思卡尔:引脚、外设和工具兼容,Flexis系列打破“位”的界限
为了打通8位和32位MCU间移植和升级的通路,飞思卡尔最近发布了业界首对引脚、外设和开发工具兼容的8位与32位MCU,为设计多种产品或同一产品需要同时采用8位和32位MCU的客户提供了一条简单的迁移路径,减少了客户的开发成本和时间。
飞思卡尔MCU部高级市场经理黄耀君介绍说,很多情况下客户会设计一系列产品,需要同时用到8位和32位MCU,例如手持血压计对功耗和成本要求严格采用8位,高级的医用血压监测仪则会用32位;住宅安全控制系统采用8位,而商业安全控制系统会用32位。另外,同一个产品或系统中也可能会用到多个MCU,例如工业网络中,主控制器采用32位,每个探头采用8位;电梯系统中主控制器会采用32位,每一层门的控制可能会采用8位;一个POS机中会同时用到8位和32位MCU。
黄耀君指出:“由于同时需要开发8位和32位产品,目前客户需要两套不同的工程师、开发工具和软件,成本和上市时间压力非常大,客户希望完全兼容8位和32位的开发系统。”
正是基于这种需求,飞思卡尔推出了8位/32位兼容的Flexis系列。由于引脚、外设和工具兼容,Flexis系列大大简化了8位与32位之间的移植,使开发人员只需在同一开发板上更换MCU就可以简单快速地实现移植。由于可以使用相同的集成工具套件,开发人员无需掌握新的代码和工具。
QE128是Flexis系列的首对产品——基于S08核的MC9S08QE128(8位)和第一款基于ColdFire V1内核的MCF51QE128(32位)。Flexis QE128的主要性能参数包括:50MHz内核运行频率、25MHz的总线频率、最大为8K字节的RAM、最高128KB的闪存和24信道的12位ADC。由于V1是低成本的32位核,和S08核成本相差不大。
黄耀君表示,Flexis V1针对的应用,是性能比现有8位MCU高一些,但价格比一般32位MCU低一些,另外又需要考虑8位兼容性,例如电梯控制,只需要一个20-30MIPS的32位MCU,Flexis V1就可以满足要求,同时也可以利用8位的兼容性;如果客户只需要32位的功能,根本不考虑8位兼容性,要求100甚至200MIPS以上的性能,可以直接采用飞思卡尔的V3、V4甚至PowerPC。
黄耀君总结说:“Flexis的应用场合为,客户有一系列高中低档产品,其中Flexis V1可以满足‘高档’产品的要求,中档可以采用Flexis S08-QE128,低档产品可以采用未来陆续推出的S08QE64、QE32、QE16和QE8。”黄耀君特别指出,在8位和32位的双重挤压下,16位MCU生存空间很少,主要限于汽车电子领域,因此Flexis没有兼容16位,而是直接兼容8位和32位。
作为Flexis系列的首对产品,QE128是一对通用的超低功耗产品,应用场合包括医疗仪器与监控、工厂自动控制、POS设备、消防与安全系统、HVAC与楼宇控制、计量与消费电子产品等。飞思卡尔还将于2007年底到2008年中推出三对专用产品,包括支持USB2.0、带LCD控制器和用于工业的5V产品。
Microchip:从8位升级到16/32位是一个伪命题
对于竞争对手的迁移策略,Ganesh Moorthy指出:从8位升级到16位,或者从8位升级到32位都是伪命题,真正的问题是以具有成本效益的方式解决客户的应用问题。不管是8位、16位还是32位MCU,关键是哪种MCU能最好地以最有成本效益的价格点来满足其系统需求。
Microchip已在向客户提供最高性能的8位MCU,可轻松抗衡低端16位MCU;我们还提供业内最高性能的16位MCU,可以在性能和成本效益方面与所有其它16位MCU以及许多32位MCU一争高下。我们尚未宣布32位MCU产品或策略,但是,作为MCU市场中的领导者之一,你可以确信我们不会忽视这个市场。
Microchip拥有8位与16位MCU及数字信号控制器之间通用的低成本开发工具,并提供引脚和软件兼容性,为客户提供了最大灵活性,Microchip是唯一做到这一点的MCU供应商。实际上,客户告诉我们,我们在产品架构之间移植方面做得最好,这帮助他们保护和重复利用了R&D投资。
据我所知,飞思卡尔推出Flexis是面向未来的新产品。因此,飞思卡尔过去多年开发的多数产品,甚至全部产品将不具备这种兼容性,而且将需要许多年才会拥有符合这些营销信息的深度产品线。实际上,最近16年Microchip的MCU产品一直在提供这种兼容性和轻松转换路线。客户最终将确定谁向他们提供了有价值的真正兼容性,就好像在8位MCU领域,据Gartner Dataquest的排名,Microchip是全球最大的8位MCU供应商,比排在第二位的厂商高出22%。
价格压力在8位MCU市场并不是什么新闻,该市场一直竞争激烈,现在也是这样。Microchip通过一系列措施已使自己在8位市场独具特色,这些措施包括:
1.提供具有成本效益的可编程(OTP)或者可重复编程(Flash)解决方案;
2.集成更多的模拟功能(如ADC),从而降低客户的系统成本;
3.集成具有创新性的外设,如以太网和USB,以支持客户的创新活动;
4.最先推出6针、8针和14针MCU,在非常小的外形尺寸中容纳强大的功能——促使 从未用过MCU的应用开始采用MCU;
5.提高8位MCU的性能,使其能够有效地与低端16位MCU竞争,从而向客户提供成本 效益更高的解决方案;
6.提供通用的开发工具、引脚和外设,使客户更容易在Microchip的PIC MCU产品 家族内进行切换;
7.提供低成本和易用的开发工具,使客户能够轻松迅速地开发自己的产品;
8.在业内一贯保持最短的交货期(3~4周),使客户有更大的灵活性;
9.向所有大小客户提供业内最强大的技术支持。除了技术热线和在线技术支持提 供24/7服务以外,Microchip中国在2006年培训了7000多名工程师;它的11个地 区培训中心继续每天提供小规模实际训练。
NXP:让32位MCU具有8位的功耗、价格和物理尺寸
NXP是兼容方案的倡导者,该公司中国区高级产品市场经理金宇杰的评论如下 :
从发展趋势来看,8位MCU所面临的挑战和冲击,主要来自于具有更强运算能力和丰富功能的32位机。随着32位MCU低成本、低功耗的进一步改善,必将取代部分8位MCU的市场。在传统8位的应用领域,如白色家电、消费类电子产品等亦有32位MCU渗入。而8位MCU正向SOC内核和智能机械方向发展,从而拓展出新的发展空间,并在提高性能和功能的同时,保持对32位机的价格优势。
恩智浦(NXP)产品开发战略非常明确,8位MCU的高阶产品直接升级到32位MCU。随着ARM应用在全球范围的普及,32位MCU产品极大的丰富,同时开发工具的价格在逐步降低,越来越多的工程师投身到32位嵌入式开发中。而且从工艺制造及成本构成来看,32位MCU已具备实力去拓展现有8位MCU的应用领域。
在NXP现有MCU产品线中,用户已经可以实现从8位到32位的顺利过渡。NXP 32位ARM产品具有从低端到高端的完整系列,而基于低端ARM产品开发就和8位MCU一样简单方便:片上内存,集成的片上外设接口,无须外扩总线,可以选择使用精简的操作系统或不使用操作系统,低成本的通用开发工具。从8位MCU到32位ARM系统的开发没有门槛,而得到的是32位的高性能:速度更快,内存更大,外设接口更丰富。
NXP已推出的LPC2000系列极具价格竞争力,可支持整个行业从8位发展到32位。通过消除价格差异,NXP让用户能够以较低价格享用更高的处理能力。NXP认为,客户期望的是具有8位MCU功耗、价格和物理尺寸的32位产品,而LPC2000系列正是能够达到这种期望的微处理器。基于这样的设计理念,NXP推出了一系列有极高性价比的产品,成为32位MCU市场的主导厂商。
8位过渡到32位,用户最关心的通常是性能和兼容性。我们相信要以保持8位与32位MCU相同的周边接口、寄存器位置和内存空间分配,来降低用户在不同系列产品间的转换所需的工作量。
使32位的周边接口看起来与8位的相同,这一设计理念是合理的,并且有其前景的。同时,对MCU设计者来说,所面临的挑战是,对一些复杂的周边接口的兼容,如以太网等,就存在着其性能有降低的可能,我们注意到飞思卡尔 Flexis目前所提供的周边接口还仅是一些简单的接口, 如ADC、I2C、UART和SPI等。NXP在8位MCU的开发中同样也已充分考虑与32位MCU接口电路的兼容性,32位中广泛使用的接口电路也会被使用在8位MCU中。
ST:率先采用M3核,STM32面向16位和高端8位市场
除了和其它厂商一样拥有基于ARM7和ARM9核的MCU产品外,ST不久前率先推出了基于ARM Cortex-M3内核的STM32系列产品,面向16位和高端8位MCU市场。ST是Cortex-M3内核开发项目的一个主要合作方,现在是第一个推出基于这个内核的主要MCU厂商。
M3内核是ARM公司为要求高性能(1.25DMIPS/MHz)、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的。ARM中国总裁谭军博士表示:“M3是我们专门针对MCU市场开发的,从性能方面远远超过8位,从成本方面能够和8位相比。”
Cortex-M3内核增强了芯片上集成的各种功能,包括把中断之间延迟降到6个CPU周期的嵌套向量中断控制器、允许在每一个写操作中修改单个数据位的独立位操作、分支指令预测、单周期乘法、硬件除法和高效的Thumb2指令集,这些改良技术使Cortex-M3内核具有优异的性能、代码密度、实时性和低功耗。
和ARM7内核相比,M3内核具有更高的性能、更低的成本和功耗,可以更好地和8位MCU对接。据介绍,在性能方面,STM32系列的处理速度比同级别的基于ARM7TDMI的产品快30%,换句话说,如果处理性能相同,STM32产品功耗比同级别产品低75%。同样地,使用新内核的Thumb2指令集,设计人员可以把代码容量降低45%,几乎把应用软件所需内存容量降低了一半。
ST表示,当用户从8位转向16/32位时,需要面对16位和32位的艰难选择,必须在性能、成本、功耗和标准/私有架构等因素之间做出取舍,如16位的不足包括私有架构、代码限制、有限性能和有限软件/工具,32位的不足是价格高和功耗高,而STM32融低功耗、易用性和低成本于一身,消除了这些需要折衷的因素,走在了融合16位和32位MCU市场的前列。
STM32又分成两个不同的系列: “增强型”系列,时钟频率达到72MHz; “基本型”系列时钟频率为36MHz。两个系列都内置32K到128K的闪存,不同的是SRAM的最大容量和外设接口的组合。时钟频率72MHz时,从闪存执行代码,STM32功耗仅36mA,据称是32位市场上功耗最低的产品,相当于0.5mA/MHz。
除工业可编程逻辑控制器(PLC)、家电、工业及家用安全设备、消防和暖气通风空调系统等传统应用,智能卡和生物测定等消费电子/PC应用外,新的STM32系列还特别适合侧重低功耗的设备,如血糖和血脂监测设备。
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