ARM异军突起，MCU供应市场大洗牌 - ARM

很多人可能只知道ARM在RISC处理器内核供应市场赫赫有名，但其实近年来ARM凭借其Cortex-M1/M3和Mali内核在MCU市场也颇有斩获，如在最难进入的汽车电子应用市场，65%以上的EBS和40%以上的气囊采用了ARM内核，汽车前装和后装PND设备也大量采用了ARM的Mali图形处理内核。

　　MCU主要由处理器内核、存储器、外设和I/O口构成，今天市场上有大约100家MCU供应商，大部分采用无需授权的8051内核，只有少部分技术实力较强的大品牌公司(如TI、飞思卡尔、Microchip、Cypress和Silicon Labs等)采用自己开发的内核，尽管不少知名的大公司（如TI、飞思卡尔、英飞凌、Atmel等）也已开始采用ARM内核，但显然这还远不是目前市场的主流。不过，ARM认为，传统的MCU市场游戏规则已不能适应当前市场对上市周期的苛刻需要，并已经严重束缚了芯片供应商、分销商、IDH和ODM/OEM的创新能力。

　　今天市场上几乎每一家供应商的MCU产品都采用不兼容的架构，甚至不少芯片供应商还在同时发展多种不兼容架构的MCU，由于每种架构所需的开发工具都是不同的，从而导致市场上存在非常广泛的MCU开发工具。如果一家企业希望为各种不同档次的应用分别采用4/8/16/32位MCU或采用不同品牌的MCU，那么它就必须为这些不同的MCU购买不同的开发工具，以及建立多个开发团队，而这不仅带来更昂贵的人工、时间、学习和管理成本，而且还导致产品的升级和代码重利用变得非常困难，因为不兼容的架构必然导致糟糕的代码可移植性，并导致企业不得不花费大量人力和时间资源去进行软件的不断重复开发。

　　另外，从大家最关心的成本角度上来说，随着当代CMOS工艺的进步，8位、16位、32位处理器内核在裸片上的面积几乎已没多大差别，决定MCU成本的主要因素已不再是处理器内核，而是存储器、外设和I/O，因此未来不同档次MCU完全可以统一采用32位内核，这也就保证了为不同应用开发的应用程序可以完全复用。谭军明言：“尽管今天MCU市场还是以8位为主，由于32位内核的成本接近8位内核，因此未来几年内32位MCU肯定将取代8位MCU成为市场主流，而16位MCU将失去其生存空间。”

　　从应用开发的角度而言也是如此，今天嵌入式设备的开发正在向网络化、互联和多功能融合化方向发展，例如，今后家庭里的所有电子设备（如洗衣机、冰箱、微波炉、空调、TV、数码相框、PC、笔记本电脑、灯光控制系统、视频监控系统和家庭网关）都是互联的，住户在外可通过手机、互联网或GSM网络监视和控制家庭中的每一件电器，这意味着未来的每一个嵌入式设备都需要运行各种通信协议、算法、OS和复杂的应用软件，而8位MCU内核根本没能力跑任何通信协议，因此未来所有的嵌入式设备都将采用32位内核。

　　“MCU市场已到了重新改写游戏规则的时候，因为今天支离破碎的MCU市场充满了各种不同架构的MCU产品，不仅每种MCU需要专用的开发工具，而且为每种MCU写的应用程序也很难移植，导致软件的重复利用率很低，”ARM公司中国总裁谭军在近日深圳举办的MCU发展研讨会上强调指出，“这种状况已经严重影响到企业的创新能力和工作效率，是到了改革的时候了。我们认为，未来所有的MCU都是相互兼容的，不仅软件可以完全复用，而且开发工具也只需要一套。”

　　今天的设计工程师在开发低端、中档和高端MCU应用时，一般会根据这些应用的档次选择8位、16位或32位的MCU，MCU位数越大，处理性能越高，价格也就越高。不过，这一历史即将发生改变。谭军说：“未来的MCU不会再按照8位、16位或32位来分类，而将重新按照低端MCU、中档MCU和高端MCU来分类，而且所有这三类MCU均将基于32位处理器内核。”

　　总的来讲，谭军表示，嵌入式应用市场的关键发展趋势包括以下两点：1）采用单一架构以方便软件复用；2）不断提升的软件开发成本推动了向32位内核的升级，以加速开发和提高软件复用性。

　　那么，为什么ARM能够继RISC处理器之后在MCU内核及外设市场也异军突起呢？谭军强调指出：第一，处理器核架构的标准化和标准化外设有助于管理系统的复杂性、连接性和兼容性，同时降低开发周期所需的时间和成本；第二，ARM 32位架构非常成熟可靠，是业已获业界证明的架构，它具备向下兼容性，可确保用户在软硬件开发上所作的投资；第三，ARM已建立起了高效的供应链系统，有超过10家的业界领先MCU供应商提供基于ARM的MCU解决方案。围绕着ARM的业界网络也能够提供众多针对特定应用的知识产权，包括CAN、容错线性控制、总线系统和OSEK解决方案；第四，ARM 32位处理器通过提高性能和降低芯片尺寸来提供最高的系统集成度，从而可帮助半导体供应商最大限度地降低成本。此外，ARM Thumb技术也允许制造商使用更低成本的存储器。第五，软件标准化和重复用性也有助于降低开发成本；第六，ARM处理器能提供众多不同的性能和功耗组合，能够以从1MHz到1GHz的速度运行，为多媒体和Java提供所需的架构性能提升；第七，ARM拥有所有32位架构中最广范围的硬件和软件工具支持；第八，ARM是目前受到最多支持的微处理器架构。大量的操作系统、中间件和工具能够支持针对ARM处理器优化的多媒体编解码器解决方案，并且都可在ARM Connected Community中获得。

　　以ARM Cortex-M3为例。Cortex-M3是ARM专门针对当前成本敏感型、超低功耗嵌入式应用推出的最小尺寸32位处理器内核，它的成本已接近1美元，功耗只有ARM7的三分之一，性能却是采用相同工艺的ARM7的2倍，目前ARM已向包括NXP、ST、TI、LUMINARY、东芝和ZILOG在内的18家半导体供应商发出了它的使用许可证，它的软件开发也已得到了包括RealView、KEIL和IAR在内的开发环境的支持。

　　与当前流行的8051内核相比，在同样采用TSMC 0.18um工艺情况下，为达到5DMIPS的性能和256KB代码大小，8051内核的频率需要跑到63MHz（功耗为32mW），而Cortex-M3仅需跑到4MHz（功耗为0.8mW），8051内核所需硅面积为0.10平方毫米，Cortex-M3为0.36平方毫米，8051内核所需闪存面积为0.52平方毫米，Cortex-M3为0.13平方毫米，总体而言，基于8051内核的MCU每个裸片的基本成本为20美分，而基于Cortex-M3内核的MCU每个裸片的基本成本为19美分。因此，在相同硅成本下，基于Cortex-M3内核的MCU的性能是基于8051内核的MCU的15倍，功率效率高95%。

　　RealView MDK是ARM与其工具合作伙伴深圳英蓓特公司专门针对中国客户开发的一款低成本ARM MCU开发工具，只需300美元你就可以拥有RealView MDK，而英文版RealView需要5000美元。RealView MDK使用起来非常简单，并支持所有基于ARM7/9和Cortex-M3的MCU。