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关注MCU发展的新动向

北京麦克泰软件技术公司 何小庆?? 2009年01月08日 ?? 收藏0

  最近一段时间各大半导体公司纷纷表现出对MCU(微控制器/单片机)市场的关注,相继推出新型的MCU芯片,飞思卡尔公司在6月17日佛罗里达州奥兰多市飞思卡尔技术论坛上宣布MCU将是他们未来业务增长的重要产品线,除了继续引领汽车电子领域MCU的优势外,将重视通用MCU的发展;ARM体系结构在嵌入式微处理器市场高速增长带动了ARM在MCU市场优势的领先,继ARM7TDMI 获得成功后,Cortex-M3 以高性能,低功耗和低费用正在成为新一代32位MCU的主流;8/16位MCU继续保持市场产量的优势,各种8051结构依是8位 MCU的主流,传统8位MCU AVR、瑞萨R8C/Tiny 也纷纷发布新品,16位的MSP430 在低功耗无线应用表现出众。

  面对缤纷多彩的MCU世界,如何在新品设计,老产品更新换代中正确的选择芯片和供应商将是要面临的一个重要的题目,因为无论是产品的更新还是MCU的更新速度都远远超出设计者预想,正确把握MCU发展趋势,利用MCU帮助产品创新是电子设计者正在考虑的问题。

  32位大行其道

  消费类电子,汽车电子和工业应用三大行业正在推动32位MCU的广泛采用,Gartner 的数据显示,到了2012年,32 位 MCU(加上32位智能卡)的整个数量将非常接近8/16 位 MCU总合,但是销售额将超过8/16 MCU。(见图1)。这也不难看出老牌的8/16位MCU 厂商2008年纷纷进入32位市场,推出和其8/16 位保持兼容的32位 新品的真正原因了:谁也不想放弃32位MCU的这道大餐,况且盛筵还远没有开始呢。比如Microchip 2008年发表了PIC32就是希望在稳定其用户在向32位升级时的选择。

MCU市场的价值

图1 MCU市场的价值

  32 位 MCU 能够带来更高的性能,而且并不很贵的价格。资料显示最新的STM32 Coretex M3是1.25DMIPS,PIC32有1.5DMIPS;32位MCU还拥有更大的闪存空间(不够还可以外扩),保证大容量的软件代码运行以适应应用软件的增加。在32位MCU 市场上开放CPU体系得到充分的认可,比如ARM7/9、CortecM3和MIPS,在ARM7TDMI 被世界上包括NXP、Atmel在内主要MCU厂商生产并大获成功后,ARM 新近发表的Cortex-M3 有希望成为MCU中的8051,除了高性能、大存储空间和丰富软件和工具支持外,Cortex-M3核只有0.19 mW/MHZ( 8051是0.5 mW/MHZ)。以ST32F10X为例,它可以在2.0~3.6V电压下工作,在待机模式(RTCon)只有3.5uA电流消耗,在闪存运行时也只有0.5mA/MHz消耗。继2006年初创公司Luminary推出了基于Cortex-M3的8位MCU 后,ST(意法半导体)在2007年推出ST32 MCU到今天ST共有46款产品。其他半导体公司也不甘落后,NXP、TI和Zilog相继宣布获得Cortex-M3授权,最近Ateml宣布获得Cortex-M3授权为下一代的AT91SAM的核心(Atmel基于ARM 技术的MCU)。Atmel 计划其AT91SAM3 闪存 MCU 系列将组合ARM Cortex-M3 处理器和系统部件,如多层次的内部总线,一个高速的DMA支持系统外设和分布式外设控制器,以达到更高速的数据传输能力。无疑Atmel的加入将奠定Coretex-M3在MCU市场的地位。以目前情况看,新的设计如果不考虑到老产品的继承性问题,在选择ARM核MCU时,可以优先考虑使用Coretex-M3的MCU芯片。

  32位MCU未来还会向多核方向发展。我们知道多核应用目前主要集中在数据中心服务器中,但是伴随密集计算需求的产生,比如汽车电子、图像处理和视频监控行业,将会出现多核MCU,比如今天我们看到的飞思卡尔MPC563xM系列包括32位汽车动力总成MCU,用以改善拥有一至四个气缸的小型引擎的效率和性能。MPC563xM器件的MCU核是基于多核Power Architecture和DSP引擎技术;另外一个例子是TI 达芬奇TMS320DM644X数字媒体处理器是由双核MCU(ARM9+C64X DSP)组成。

  32 位 MCU 发展趋势上还有一个特点,即考虑在8/16 32位之间的无缝移植的技术方案。大量的嵌入式应用过去和今后一段时间还将集中在8/16位 上,但是考虑到市场竞争的加剧,推出高性能的升级产品已经是产品设计初期必须考虑的问题之一,便于实现轻松升级的灵活MCU架构将得到欢迎。比如Microchip 最新推出的32 位 MCU PIC32的时候重点强调也是和PIC24/disPIC DSC 的引脚、寄存器和外设兼容,新版本的MPLAB开放环境在原有8/16位MCU上增加了32位PIC32支持和16位通用外设API库,这样同样的开放环境在更换MCU的时候只是重新编译一下代码就可以运行了,同样思路的产品线是飞思卡尔的Flexis QE128,包括了8位S08 和ColdfireV1 的六款内核的升级方案。

  单一功能和高集成度

  单一化和集成化是MCU 发展的一个趋势,特别是体现在8/16位MCU上。在无线通信领域我们已经看到了集成8051核的TI公司的ZigBee MCU CC2430和飞思卡尔的68HC08核ZigBee MCU MC1321X;在连接和存储方面USB的作用在嵌入式系统中得到广泛认可,大量USB MCU 应运而生,NEC的USB 2.0主机和外设的MCU,PIC18F13K50和PIC18F14K50 是一个8位USB MCU。为了满足最终产品对高级USB连接功能与日俱增的需求,Microchip PIC32 USB OTG 是一颗引入针对USB OTG功能的32位USB MCU。这些单一功能的MCU都具有单芯片的高集成度,配合一些外围功率和电源部件的电路板就可以组成一个完整的嵌入式系统,而且这些芯片一般都配备了优化好的支持ZigBee的协议和USB协议的软件库,让设计者可以很快完成项目,其他传统的单一功能MCU的应用还包括数字电源、电机控制、电表,比如瑞萨针对电表应用的R8C/Tiny系列的MCU。

  传统的通用MCU还将会继续向增加外设和通信模块的方向发展,比如UART、ADC、PWM、SPI、I2C、GPIO、CAN和Ethernet ;因为随之带来的软件的复杂度增加和嵌入式操作系统等软件组件的使用,内置大容量的Flash(闪存)/RAM.将也是MCU发展未来的趋势,256K闪存已经是中级配置,512K闪存的MCU已经随处可见。


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MCU? 单片机? 80C51F? 开发工具?

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