引發(fā)MCU市場(chǎng)統(tǒng)一狂潮的Cortex－M3

　ARM 的Cortex－M3處理器內(nèi)核可望在微控制器（MCU）市場(chǎng)上掀起合并的狂潮，這一現(xiàn)象往往發(fā)生在大規(guī)模市場(chǎng)成熟的時(shí)候。ARM架構(gòu)在嵌入式處理器、ASIC和ASSP市場(chǎng)上已經(jīng)占據(jù)了統(tǒng)治地位，因此，它也具備了在相鄰的MCU市場(chǎng)上逐步占據(jù)主導(dǎo)地位的有利條件。事實(shí)上，隨著Luminary Micro的Stellaris系列微控制器的推出，MCU市場(chǎng)上的統(tǒng)一進(jìn)程就已經(jīng)開(kāi)始了。聰明的設(shè)計(jì)者將通過(guò)選用基于Cortex－M3的MCU，如Luminary Micro公司的Stellaris系列，來(lái)充分利用這一不可避免的發(fā)展潮流所帶來(lái)的好處。

　　市場(chǎng)兼并實(shí)例

　　許多大規(guī)模的市場(chǎng)在逐漸成熟的進(jìn)程中，都經(jīng)歷了一個(gè)兼并的過(guò)程，在此過(guò)程中，當(dāng)大規(guī)模制造帶來(lái)的好處和規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)壓倒人們對(duì)基本產(chǎn)品的無(wú)限多樣化的需求時(shí)，廠商和產(chǎn)品的數(shù)量開(kāi)始收縮。這在鋼鐵、汽車(chē)、計(jì)算機(jī)和辦公用品等領(lǐng)域都發(fā)生過(guò)。這是一個(gè)廣闊市場(chǎng)的自然進(jìn)化的過(guò)程。

　　在某些情況下，少數(shù)幾家大廠商就可以壟斷整個(gè)市場(chǎng)。例如，在美國(guó)，Home Depot和Lowes就控制了建筑材料市場(chǎng)，把幾百家小的五金件商店擠了出去——這些廠商無(wú)法應(yīng)對(duì)那些“大盒子”（big box” ）商店有吸引力的報(bào)價(jià)。Staples和Office Max現(xiàn)在也以類(lèi)似的方式統(tǒng)治了美國(guó)的辦公用品市場(chǎng)。在此之前，各種“百貨商店”奪走了本地的服裝商店和鞋店的業(yè)務(wù)。

　　在PC業(yè)中，是地位而非價(jià)格，促成了業(yè)界的合并。當(dāng)一群IBM的離經(jīng)叛道者組裝出一臺(tái)“個(gè)人”計(jì)算機(jī)時(shí)，整個(gè)業(yè)界認(rèn)定，這樣小的計(jì)算機(jī)將成為一個(gè)必須認(rèn)真面對(duì)的力量。由于意識(shí)到IBM PC的布局是非常開(kāi)放、易于復(fù)制的，許多其他的公司也開(kāi)始制造類(lèi)似的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品采用了簡(jiǎn)單的操作系統(tǒng)，由PC的共用部件構(gòu)成。在增添了VisiCalc和字處理軟件等應(yīng)用程序后，PC就踏上了一條邁向成功的不歸之路。甚至PC一詞的含義也發(fā)生了變化，變成專(zhuān)指符合IBM風(fēng)格的那些計(jì)算機(jī)。

　　在計(jì)算機(jī)工業(yè)中，一個(gè)公共的平臺(tái)，專(zhuān)用的監(jiān)視器，廣為人知的鍵盤(pán)部件、共用的OS和容易獲取的、可以在公共硬件上運(yùn)行的應(yīng)用程序軟件，為一個(gè)行業(yè)開(kāi)啟了通向PC繁榮的大門(mén)，這一欣欣向榮的發(fā)展潮流改變了世界。向PC靠攏的發(fā)展趨勢(shì)，迅速成就了這樣一場(chǎng)轉(zhuǎn)型。

　　ARM處理器是否就是促成市場(chǎng)兼并的催化劑？ARM當(dāng)然已經(jīng)幾乎成為每個(gè)應(yīng)用分類(lèi)中占統(tǒng)治地位的處理器。雖然在PC領(lǐng)域并非是居于中心的處理器，但許多外設(shè)的功能都需要在作為嵌入式處理器的ARM處理器上運(yùn)行：打印機(jī)、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、網(wǎng)卡、WiFi，甚至你口袋里的USB驅(qū)動(dòng)或者相機(jī)里的存儲(chǔ)卡都很有可能內(nèi)藏一個(gè)ARM處理器。幾乎可以肯定的是，你的手機(jī)是由1個(gè)或2個(gè)ARM來(lái)管理的——或者，在流行的iPhone中，由5個(gè)ARM來(lái)管理。

　　MCU市場(chǎng)到目前為止，一直都逃避了合并的命運(yùn)。

　　Frost & Sullivan的分析師表示，全球的微控制器市場(chǎng)在2007年達(dá)到了160億美元的規(guī)模。在收入方面排在前兩位的供應(yīng)商，向市場(chǎng)上交付的產(chǎn)品分屬10種以上的、互不兼容的架構(gòu)。Semico認(rèn)為，2006年微控制器的交貨量達(dá)到了85億只。MCU市場(chǎng)上存在著40多家供應(yīng)商，而它們向市場(chǎng)提供的架構(gòu)多達(dá)50種以上，沒(méi)有一種架構(gòu)所占的份額達(dá)到5％。每家廠商都向非常廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)提供自己的設(shè)計(jì)，而這些設(shè)計(jì)相互間沒(méi)有多少共通性。應(yīng)用的范圍從復(fù)印機(jī)上的顯示器到汽車(chē)引擎的管理模塊，再?gòu)墓I(yè)電極控制到牙科器械系統(tǒng)，其客戶基礎(chǔ)接近一百萬(wàn)家。

　　過(guò)去，當(dāng)一種架構(gòu)為多家廠商所共享的時(shí)候，該架構(gòu)在幾年后就會(huì)收縮到原創(chuàng)者那里，這有多方面的原因：被授權(quán)者無(wú)法提供多樣化的產(chǎn)品，發(fā)現(xiàn)該市場(chǎng)并不像所預(yù)想的那樣景氣，或者開(kāi)始蠶食原創(chuàng)者的市場(chǎng)份額。8bit的8051是這一普遍存在的現(xiàn)象的唯一一個(gè)例外，但是大廠商也從未認(rèn)真地對(duì)8051架構(gòu)進(jìn)行推廣，而為數(shù)不多的幾家力圖支持8051的廠商也在嘗試向16bit架構(gòu)遷移的過(guò)程中遭到了悲慘的失敗。

　　由于上述的現(xiàn)象的存在，整個(gè)微控制器市場(chǎng)正渴求著出現(xiàn)架構(gòu)上的統(tǒng)一。

　　無(wú)不與軟件有關(guān)
　　
　　每個(gè)應(yīng)用對(duì)MCU的特有的選用規(guī)則是由許多因素所決定的：處理器內(nèi)核、存儲(chǔ)器的規(guī)模和類(lèi)型、外設(shè)的選用、價(jià)格、開(kāi)發(fā)工具、OS、軟件和支持。要衡量每一種因素的重要性是十分困難的，但是處理器的選擇自然而然地影響到許多其他的因素。存儲(chǔ)器的規(guī)模、OS、工具和支持顯然取決于所選擇的處理器。這一選擇也驅(qū)動(dòng)著上市時(shí)間，正如行業(yè)分析公司VDC所發(fā)現(xiàn)的那樣，到2004年為止，48％的大規(guī)模制造的成本是由軟件開(kāi)發(fā)方面的成本所構(gòu)成的。

　　代碼的效率，決定了對(duì)內(nèi)存的需求，直接成為MCU市場(chǎng)的成本決定因素。專(zhuān)有的指令集在操作系統(tǒng)方面所提供的選擇有限，因?yàn)樗鼈兪怯蓛?nèi)部架構(gòu)的創(chuàng)建者所編制的或者由其支付費(fèi)用，這反映了廠商所能支付的市場(chǎng)支持的規(guī)模。開(kāi)發(fā)工具是針對(duì)具體架構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)的，而支持則是根據(jù)需求來(lái)分配的。MCU的支持是由廠商所提供的，但是第三放可以支持廠商為其支付費(fèi)用的那些架構(gòu)，以及那些最普及的架構(gòu)——這又是規(guī)模經(jīng)濟(jì)的一個(gè)基礎(chǔ)。針對(duì)流行的處理器架構(gòu)，可以提供驅(qū)動(dòng)軟件、軟件庫(kù)、現(xiàn)成有售的CODEC和協(xié)議棧軟件、JPEG和MPEG解碼器與編碼器以及數(shù)不清的其他軟件包。即使能否輕松地雇傭到一個(gè)設(shè)計(jì)某種嵌入式應(yīng)用的工程師，也取決于MCU是來(lái)自于單一的廠商還是基于一種被許多廠商所共同采用的架構(gòu)。

　　一種流行的架構(gòu)，如ARM，在這樣的環(huán)境下似乎有著不錯(cuò)的境遇。只有一點(diǎn)是不利的：ARM是一種32bit的處理器，而當(dāng)今的大多數(shù)MCU是8bit的。

　　 ARM架構(gòu)得到了全球范圍內(nèi)的支持

　　有證據(jù)表明： 一個(gè)32bit的MCU的價(jià)格可能并不比一個(gè)類(lèi)似配置的8bit MCU高，但是，如果一個(gè)MCU被劃分為一打元件的話，其中大多數(shù)將屬于外設(shè)和一些存儲(chǔ)器，而處理器內(nèi)核所占比重不到10％。即使在從8bit到32bit的轉(zhuǎn)移過(guò)程中，這一部分的比例加倍，但芯片的80％卻仍然保持不變，而32bit MCU的功能和性能將更為強(qiáng)大，這可能取消對(duì)1或2個(gè)外設(shè)的需求，抑或也可以通過(guò)使用附加的一個(gè)8bit MCU來(lái)滿足應(yīng)用的需求。Luminary Micro的Stellaris系列微控制器如今包含了100種可以向全球供貨的MCU，包括售價(jià)低至1美元的MCU。這個(gè)價(jià)格一般只有8bit MCU才能達(dá)到。但是Stellaris MCU內(nèi)部擁有一個(gè)ARM Cortex－M3處理器。一個(gè)售價(jià)為$1.00而具有32bit的豐富指令集的MCU實(shí)在是太合算了——不用懂什么高深的數(shù)學(xué)就能明白。

 
　　一個(gè)售價(jià)為$1.00的32bit MCU的確是價(jià)廉物美！

　　在控制器應(yīng)用方面，一個(gè)MCU的外設(shè)選擇可能是最重要的因素，而這也正是合并運(yùn)動(dòng)的重要因素。外設(shè)是由應(yīng)用所決定的，因?yàn)樗鼈冎苯优c系統(tǒng)的其他硬件有關(guān)聯(lián)，成為到構(gòu)成系統(tǒng)的傳感器、電機(jī)、通信信道、網(wǎng)絡(luò)、按鈕、LCD面板或者電磁鐵的接口。外設(shè)的參數(shù)決定了這些接口對(duì)每種應(yīng)用來(lái)說(shuō)是過(guò)于簡(jiǎn)單還是過(guò)于復(fù)雜，抑或正好適用于這些應(yīng)用。當(dāng)一個(gè)低精度的A－D變換器能滿足需要，則一個(gè)精密的A－D就是一種浪費(fèi)，但是，當(dāng)要求精細(xì)的控制時(shí)，就最好采用高性能的模擬電路。對(duì)于8bit MCU來(lái)說(shuō)，難以支持更高速度的外設(shè)。Luminary Micro的Stellaris MCU產(chǎn)品線所具備的外設(shè)功能中，包括了專(zhuān)用的運(yùn)動(dòng)控制硬件、業(yè)界唯一的一種基于ARM處理器的Ethernet MAC＋PHY以及針對(duì)IEEE 1588PTP應(yīng)用的硬件。一個(gè)MCU的外設(shè)的設(shè)計(jì)和功能決定了該芯片最適合的應(yīng)用類(lèi)型，而這比處理器內(nèi)核的架構(gòu)更重要。

　　“開(kāi)放的架構(gòu)”難道不是“日用品的”另一種說(shuō)法嗎？

　　這證明了如下的事實(shí)：為了讓廠商能匯聚在非專(zhuān)有架構(gòu)（如ARM）的旗下，它們的其他某些方面必須能體現(xiàn)出鮮明特色，以“展示其素質(zhì)”。當(dāng)外設(shè)具有如此的重要性時(shí)，則每一種的數(shù)量和細(xì)節(jié)都是MCU能否勝出的決定因素。這也正是每一家廠商可以體現(xiàn)其不同于他人的地方，而廠商可以由此選出讓自己閃光的應(yīng)用，并將自己的注意力專(zhuān)注于體現(xiàn)自己的實(shí)力的地方。MCU中的處理器是廠商可以信任、認(rèn)為其能很好地完成自己工作的模塊。能夠提供最合適的外設(shè)、軟件和對(duì)某些應(yīng)用的支持，將贏得內(nèi)嵌設(shè)計(jì)（design-in）的機(jī)會(huì)。

　　處理器最重要的方面是對(duì)外設(shè)進(jìn)行編程的軟件的供應(yīng)情況、可靠的開(kāi)發(fā)工具的供應(yīng)情況和支持軟件設(shè)計(jì)與維護(hù)的人員情況，以及最終的軟件品質(zhì)。來(lái)自于一家廠商的專(zhuān)有架構(gòu)本身并不會(huì)具備這些特性中的大多數(shù)特性，除了可能在狹窄的垂直市場(chǎng)方面。由多家廠商推動(dòng)其發(fā)展的一個(gè)處理器架構(gòu)（包括在嵌入式MPU、ASIC和ASSP領(lǐng)域的多家廠商）自然可以在其支持的深度和廣度方面有著出色表現(xiàn)。

　　前面提到的PC世界，可以為MCU的局勢(shì)提供一個(gè)很好的推論。所有的PC廠商都可以獲得來(lái)自于Intel或者AMD的同一種x86架構(gòu)。這是很有利的，因?yàn)樗鼈兠靼?，OS和應(yīng)用可以在處理器上運(yùn)行?，F(xiàn)在，PC市場(chǎng)上的勝出者是由外設(shè)的品質(zhì)和選擇以及服務(wù)的與眾不同所決定的：監(jiān)視器、鍵盤(pán)、硬盤(pán)/軟盤(pán)、USB端口的數(shù)量、Modem的速度（在前些年）、網(wǎng)絡(luò)連接功能、WiFi、重量（膝上機(jī)）、外殼色彩或者是風(fēng)格、支持、可配置性以及價(jià)格。我們請(qǐng)注意，PC外設(shè)的功能與MCU何其相似。PC統(tǒng)一到x86架構(gòu)上的過(guò)程可以讓PC業(yè)欣欣向榮。而作為另一個(gè)實(shí)例，請(qǐng)考慮汽車(chē)銷(xiāo)售的情形，其中引擎或者引擎的尺寸在廣告中提及的頻率，與款式、儀表板風(fēng)格或者杯托尺寸相比是何其之低。

   
　　Luminary Micro的Stellaris系列MCU擁有100多種產(chǎn)品

　　嵌入式設(shè)計(jì)師也將通過(guò)市場(chǎng)兼并來(lái)獲勝

　　擁有基于專(zhuān)有MCU指令集的產(chǎn)品的OEM們，將面對(duì)這一困境。不斷在專(zhuān)有指令基礎(chǔ)上進(jìn)行編程，則將有更多的代碼是基于難以移植的程序的基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)移到基于ARM的架構(gòu)上，你將不會(huì)再有遺憾，因?yàn)橛糜谠鰪?qiáng)功能、添加特色或者擴(kuò)展選項(xiàng)的每一行代碼，都將獲得永生，在未來(lái)的歲月中得到來(lái)自于多家廠商的ARM產(chǎn)品的支持。

　　對(duì)于啟動(dòng)一項(xiàng)基于MCU的新設(shè)計(jì)、有著完全自由的選擇權(quán)的OEM們來(lái)說(shuō)，決策是最容易做出的。經(jīng)過(guò)快速的調(diào)研，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)就可以明白，Cortex－M3 MCU將是一個(gè)出色的選擇。一個(gè)Luminary Micro Stellaris MCU必然成為排名前列的選項(xiàng)。其開(kāi)發(fā)工具也將成為首選。如果一種專(zhuān)有的MCU顯得很有吸引力，請(qǐng)考慮隨著業(yè)界開(kāi)始向ARM Cortex－M3產(chǎn)品統(tǒng)一的趨勢(shì)隨著時(shí)間的推移所造成的影響吧。專(zhuān)有的軟件可以始終保證供應(yīng)嗎？這些工具仍然能適用嗎？這是一項(xiàng)能長(zhǎng)久生存的投資嗎？或者，下注ARM還將繼續(xù)穩(wěn)賺不賠嗎？即使看上去一位8bit MCU可以完成任務(wù)，易用性和更強(qiáng)有力的開(kāi)發(fā)工具將使得一個(gè)以Cortex－M3內(nèi)核為核心的系統(tǒng)的建立和維護(hù)變得簡(jiǎn)單而快捷。

　　在Luminary Micro，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，客戶可以快速接受Cortex－M3架構(gòu)，因?yàn)锳RM的名聲已經(jīng)遠(yuǎn)播于我們之前?，F(xiàn)在無(wú)需浪費(fèi)時(shí)間，來(lái)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的討論，以掌握一些專(zhuān)有的指令集的細(xì)節(jié)。其他的小公司可能會(huì)努力勸說(shuō)客戶，它們還將能生存5或10年。依賴于ARM處理器的Luminary Micro清楚，無(wú)需投入人力來(lái)改進(jìn)居于我們的MCU核心的架構(gòu)。客戶也明白，如果出現(xiàn)了劇變，即便它們沒(méi)法利用來(lái)自于另一家廠商的外設(shè)和軟件支持，至少它們不必完全從頭開(kāi)始。來(lái)自于大公司的專(zhuān)有性的選擇，并不會(huì)變得更“安全”：還記住Freescale的M*CORE架構(gòu)嗎？記得被Microchip的新的PIC32架構(gòu)擠出去的Microchip的dSPIC否？在今天的杠桿式全盤(pán)收購(gòu)、公司派生（spinout）和不可避免的統(tǒng)一化的趨勢(shì)背景下，即使最大的公司也不像它們?cè)饶菢颖ｋU(xiǎn)了。但是ARM架構(gòu)可以為OEM的產(chǎn)品提供持久的公分母。明白這一道理的OEM將可以收獲優(yōu)勢(shì)地位，這將使得它們能擠入其市場(chǎng)的領(lǐng)先位置，而那些仍然因循專(zhuān)有架構(gòu)的OEM將在特色、性能和競(jìng)爭(zhēng)力方面進(jìn)一步落后。

　　微控制器行業(yè) 的統(tǒng)一進(jìn)程正在啟動(dòng)嗎？Cortex－M3處理器是能夠讓它達(dá)到脫扣點(diǎn)的催化劑嗎？MCU市場(chǎng)是高度多樣化的，對(duì)于一個(gè)一般來(lái)說(shuō)要努力避免風(fēng)險(xiǎn)的客戶基礎(chǔ)而言，任何大的變革只能慢慢來(lái)，但的確出現(xiàn)了令人鼓舞的信號(hào)。如今ARM架構(gòu)已經(jīng)統(tǒng)治了嵌入式微處理器市場(chǎng)。在2005年，ARM推出了Cortex－M3內(nèi)核，它專(zhuān)門(mén)針對(duì)MCU進(jìn)行了優(yōu)化。如今，半導(dǎo)體廠商們正在使用Cortex－M3處理器，即使它們已經(jīng)擁-有了ARM7和專(zhuān)有的處理器。廠商們正在支持8bit到32bit MCU的輕松轉(zhuǎn)換。OEM們正在擁抱Cortex－M3處理器，利用性能上的提升開(kāi)發(fā)成本經(jīng)濟(jì)性很好的系統(tǒng)，并且由于整個(gè)產(chǎn)品線都基于相同的軟件基礎(chǔ)而在上市時(shí)間方面而受益。

　　MCU還在進(jìn)化。8bit MCU正在讓位于32bit MCU。Cortex－M3內(nèi)核正是針對(duì)微控制器配置和優(yōu)化的ARM架構(gòu)。ARM的成功正在吸引MCU領(lǐng)域的OEM們轉(zhuǎn)向Cortex－M3。它的優(yōu)點(diǎn)也將其他的廠商吸引到Cortex－M3上來(lái)，其中包括了那些大的廠商——甚至其中有一些已經(jīng)推出了基于ARM7的MCU產(chǎn)品線——因?yàn)樗鼈兛吹搅斯驳能浖脚_(tái)所具有的優(yōu)勢(shì)。這一發(fā)展趨勢(shì)和Cortex－M3取得的成功預(yù)示著微控制器市場(chǎng)將統(tǒng)一到ARM架構(gòu)周?chē)?，而非像PC那樣統(tǒng)一到x86架構(gòu)上。Luminary Micro是獲得ARM許可而專(zhuān)注于基于ARM Cortex－M3的MCU的廠商。Luminary Micro看到了這一統(tǒng)一的變革的到來(lái)，正隨著實(shí)力的不斷增強(qiáng)而傲立于合并大潮的潮頭。