升级8位MCU设计， 选择合适供应商

      从目前的销售额与出货量来看，8位微控制器(MCU)依然是总体MCU市场上最大的一个分支，而且由于8位MCU新品在低功耗、额外性能以及更小尺寸等方面不断突破，8位MCU新兴应用不断，正大量取代传统的机械/模拟方案，使电子产品变得更加智能化。

      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%。[page]

      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。