邏輯門數(shù)要求更高的嵌入式應(yīng)用是FPGA定位的主戰(zhàn)場

據(jù)Semico Reserch資深分析師Tony Massimini介紹，2010年，微邏輯組件(微處理器、微控制器和DSP)的銷售額勁升了24.9%。但這是因?yàn)橄啾扔?009年的災(zāi)難性的衰退所致。在相對穩(wěn)定的銷售環(huán)境下，預(yù)計(jì)2011年有望再成長12%。

　　出貨量方面，微邏輯組件2010年將增長36.3%，而2009年下降了10.4%。微邏輯營業(yè)額由微處理器和計(jì)算市場主導(dǎo)，數(shù)量上來看，主要來自MCU。2010年，MCU營業(yè)額增長了32%左右，數(shù)量增長40%左右。增長涵蓋所有微控制器部分—8、16和32位。這比一年前所預(yù)測的增長更快，這是由于一些領(lǐng)域的復(fù)蘇和增長，例如汽車方面有新增長，工業(yè)控制也在持續(xù)增長，雖然2009年工業(yè)控制也下降了，但是不像其他市場那么糟糕。

　　工業(yè)MCU廠商重視連接性和外圍的開發(fā)。連接性包括USB、RFID、低功耗RF、ZigBee，用于控制和自動(dòng)化。綠色和節(jié)能是最大增長的市場，智能電表和智能電網(wǎng)正受到更多的重視。更多家電的高效電機(jī)控制、工廠控制等，需要特殊的低功耗制程。

　　16位供應(yīng)商提供比8位更高的處理速度。很多16位MCU供應(yīng)商也銷售8～32位MCU。2010年8位MCU價(jià)格85美分左右;32位MCU 的平均價(jià)格是3~23美元，此價(jià)格之所以差別很大，是由于封裝、性能及內(nèi)存的配置不同。 MCU廠商正提供更高的存儲(chǔ)器密度、更好的外圍以減少外部材料、傳感器等。

　　據(jù)iSuppli統(tǒng)計(jì)，由原瑞薩科技/NEC電子合并后的瑞薩電子是最大的嵌入式系統(tǒng)公司。TI是第二大嵌入式系統(tǒng)公司，TI主要得益于DSP、MCU和MPU三大業(yè)務(wù)。

　　在中國市場，MCU保持高于全球平均速度增長。尤其本地參與設(shè)計(jì)正引導(dǎo)著世界范圍內(nèi)新一輪的復(fù)蘇和增長，同時(shí)中國本地設(shè)計(jì)增長的速度比整個(gè)MCU系統(tǒng)快。但圖2中“中國本地參與設(shè)計(jì)比例”變化曲線在2010年到2012年間為何會(huì)呈下降趨勢?瑞薩電子大中國區(qū)MCU產(chǎn)品中心總監(jiān)邱榮豐分析認(rèn)為，在整個(gè)世界經(jīng)濟(jì)中，中國已經(jīng)占有很大的比重，開始時(shí)中國基本上是全球最大的工廠，出口基本上是最大的因素，使中國市場做得很好。但是從2008年到2009年開始，中國基本上是轉(zhuǎn)向國內(nèi)的需求，高速的發(fā)展都是在國內(nèi)，所以可以看到增長率最大的2010年，中國有一系列活動(dòng)，如家電下鄉(xiāng)、智能電網(wǎng)/ 電表興起等;但是正常來看，除了中國市場內(nèi)部消化的要求，也希望國外出口量會(huì)慢慢增長;不過按照這個(gè)想法，這兩年不太可能一下打入美歐日等市場。

　　在嵌入式軟件行業(yè)，由于嵌入式產(chǎn)品在最近幾年正在不斷滲透到各個(gè)行業(yè)，小到手機(jī)、iPad，大到基站、航天衛(wèi)星等。而嵌入式軟件在其中扮演著越來越重要的角色，已經(jīng)成為各個(gè)廠商區(qū)別于其它廠商最重要的砝碼。據(jù)不完全估計(jì)，2011年中國嵌入式軟件市場規(guī)模將達(dá)到4600億左右。而多核化和平臺(tái)化將成為新的嵌入式軟件發(fā)展的新趨勢。

　　軟件和系統(tǒng)架構(gòu)成芯片廠商的投資重點(diǎn)

　　近幾年，MCU廠商提供更多、更豐富的工具和軟件開發(fā)環(huán)境，來易于使用、節(jié)約時(shí)間。未來，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者將有更多的應(yīng)用選擇：功能、價(jià)格、低功耗和更多的開發(fā)工具。

　　盡管MCU集成了更豐富的外圍，制程技術(shù)在不斷演進(jìn)。但相比之下，硬件的成本不太容易上升。NXP副總裁兼全球微控制器產(chǎn)品線總經(jīng)理Geo Lees稱，該公司不打算在硬件方面再過多地產(chǎn)生成本，其開發(fā)重心將更多地轉(zhuǎn)到軟件方面。

　　飛思卡爾(Freescale)工業(yè)和多元市場微控制器部亞太區(qū)市場經(jīng)理曾勁濤也認(rèn)為軟件在整個(gè)開發(fā)成本中正在占據(jù)更大的比例。曾勁濤以該公司戰(zhàn)略為例，稱飛思卡爾是最早為客戶提供一套完整的軟件支持工具的先行者。其軟件產(chǎn)品包括免費(fèi)的8位的Codewarrier工具和為32位MCU服務(wù)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)MQX，同時(shí)還提供了許多其他軟件，使客戶能夠輕松地使用飛思卡爾MCU開始進(jìn)行設(shè)計(jì)

　　ADI DSP亞洲區(qū)業(yè)務(wù)經(jīng)理陸磊稱，該公司的軟件戰(zhàn)略是為客戶提供免費(fèi)的經(jīng)過優(yōu)化測試的高性能軟件庫，可以簡化客戶的開發(fā)和縮短客戶產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間。同時(shí)，ADI公司為客戶提供開源的Linux系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)。

　　Silicon Labs公司MCU市場總監(jiān)Mike Salas分析了為何軟件成為MCU廠商關(guān)注的方向。他指出，隨著微控制器(MCU)在其數(shù)字內(nèi)核基礎(chǔ)上的不斷發(fā)展，通過集成更多復(fù)雜的外圍設(shè)備(例如加密/解密模塊、音頻/視頻編碼和解碼器，以及需要完整協(xié)議棧的無線通訊接口)MCU功能正在逐漸擴(kuò)展。所有這些片上系統(tǒng)功能的交互平衡也需要同樣復(fù)雜的固件。開發(fā)和測試固件的時(shí)間和成本正在成為影響新產(chǎn)品上市的限制因素。為了幫助縮短上市時(shí)間，Silicon Labs為其混合信號(hào)MCU提供了多種固件。這包括從簡單外設(shè)(例如ADC)到完整應(yīng)用級(jí)參考設(shè)計(jì)(例如Wireless M-Bus套件)所需要的一切。因?yàn)镾ilicon Labs MCU產(chǎn)品的許多目標(biāo)應(yīng)用需要與計(jì)算機(jī)或應(yīng)用處理器進(jìn)行通信，因此該公司根據(jù)需要提供了通信函數(shù)庫和驅(qū)動(dòng)程序。所有這些代碼使得嵌入式設(shè)計(jì)人員能夠?qū)Ｗ⒂诋a(chǎn)品開發(fā)，而不是復(fù)雜的MCU或軟件協(xié)議。

　　為了加大軟件實(shí)力，MCU設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)中需要一批應(yīng)用軟件人才。上海普芯達(dá)電子有限公司總經(jīng)理趙依軍稱，普芯達(dá)不僅有一支長期致力于應(yīng)用開發(fā)的工程師隊(duì)伍，還擁有經(jīng)驗(yàn)豐富的芯片設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，這樣的組合使普芯達(dá)能在芯片設(shè)計(jì)的一開始就充分考慮應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)的需求，能在芯片設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中將硬件功能、性能與軟件設(shè)計(jì)需求緊密地結(jié)合。在應(yīng)用開發(fā)過程中，工程師們也能和設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)密切配合，保證軟件有效可靠。

　　系統(tǒng)架構(gòu)師如何定位精準(zhǔn)

　　為了做好應(yīng)用，有些芯片廠商的總設(shè)計(jì)師甚至不是芯片設(shè)計(jì)出身，而是系統(tǒng)應(yīng)用出身。TI多核 DSP業(yè)務(wù)部全球業(yè)務(wù)經(jīng)理Ramesh Kumar在介紹該公司的新一代高性能DSP——TMS320C66x時(shí)，透露了該公司如何做到對產(chǎn)品進(jìn)行高精度定位的方法。例如高精度的關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用——無線基站、醫(yī)療等。在TI DSP的研發(fā)過程中，在軟件上投入一定比重。這種考量來自于：由于你要構(gòu)建一個(gè)非常好的多核系統(tǒng)或片上系統(tǒng)(SoC)，因此你需要非常好的系統(tǒng)級(jí)考慮。在TI的DSP團(tuán)隊(duì)里，有相當(dāng)多人都來自于系統(tǒng)廠商，比如愛立信、諾西，甚至聘請?jiān)谀ν辛_拉等通信廠商工作過的資深人才來做TI的CTO(首席技術(shù)官)或首席架構(gòu)師。不是因?yàn)樗麄兊男酒O(shè)計(jì)能力有多強(qiáng)，而是對整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)所需要的關(guān)鍵元素做得非常非常精準(zhǔn)。這樣TI就可以把網(wǎng)絡(luò)處理器和傳輸?shù)膮f(xié)處理器固定在里面。這都?xì)w功于從通信系統(tǒng)企業(yè)過來的系統(tǒng)專家，把他們的挑戰(zhàn)和需要的關(guān)鍵元素，以及以往沒有提供過的功能在TI的組織架構(gòu)里提供出來。盡管這些通信系統(tǒng)人才可能并不會(huì)開發(fā)出整套軟件，但能使TI能更多地開發(fā)相應(yīng)的核心軟件，把多核系統(tǒng)、多核DSP系統(tǒng)的架構(gòu)搭起來，做成一個(gè)具有強(qiáng)大競爭力的系統(tǒng)產(chǎn)品。

　　在WiMAX應(yīng)用方面，TI甚至在北美把某家系統(tǒng)廠商整個(gè)WiMAX研發(fā)團(tuán)隊(duì)連鍋端，不在于TI要自己開發(fā)什么WiMAX產(chǎn)品，關(guān)鍵是要對系統(tǒng)的理解和見解，把傳統(tǒng)理解和新需求全都融入到我們多核DSP的開發(fā)里。

　　醫(yī)療領(lǐng)域也是如此，TI有曾在超聲或數(shù)字X光廠商工作過的人才做TI的系統(tǒng)架構(gòu)專家，因?yàn)門I需要非常專注地理解這些應(yīng)用領(lǐng)域架構(gòu)怎么做的，這樣就可以開發(fā)出相應(yīng)的內(nèi)容和核心的IP庫，來為客戶開發(fā)或我們后續(xù)優(yōu)化能提供非常有用的部分。

　　可見，MCU和DSP廠商不僅關(guān)注芯片架構(gòu)，而且正在軟件和架構(gòu)系統(tǒng)方面進(jìn)行，來提高產(chǎn)品的易用性。

　　MCU、DSP與FPGA互相滲透，日趨融合

　　MCU有8、16、32位之分，也有ARM與非ARM之別;目前部分廠商采用了ARM Cortex-M4核，希望進(jìn)軍DSP領(lǐng)域;DSP老大——TI把自己的C2000 DSP系列劃為了MCU業(yè)務(wù)組;同時(shí)，FPGA廠商也試圖深入傳統(tǒng)的DSP和嵌入式處理器領(lǐng)域;有些MCU廠商稱其芯片可替代FPGA、DSP??嵌入式處理器的應(yīng)用領(lǐng)域之間互相滲透，芯片功能越來越融合，因此界限越來越模糊。那么他們各自的顯著特點(diǎn)是什么呢?

　　TI半導(dǎo)體事業(yè)部MCU業(yè)務(wù)組現(xiàn)在不僅負(fù)責(zé)其經(jīng)典的16位MCU——MSP430，還有兩年前收購Luminary的基于ARM Cortex-M3的32位處理器，更把其低端DSP——C2000 DSP系列也劃撥進(jìn)來[4]。那么當(dāng)向客戶推薦方案時(shí)，如何協(xié)調(diào)其產(chǎn)品線關(guān)系?TI MCU業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理吳健鴻稱，“向客戶介紹產(chǎn)品時(shí)，我們一定會(huì)推薦最合適的產(chǎn)品。”在Cortex-M3等MCU和C2000里面有一些軟件庫會(huì)共享。這樣，如果客戶的一些產(chǎn)品用的是C2000，另一些產(chǎn)品可能用到Cortex-M3 MCU，是可以同時(shí)采用TI的軟件庫的。筆者推測，由于TI有強(qiáng)大的DSP功能，因此TI并沒有采用具有DSP功能的ARM Cortex-M4的授權(quán)，而著力發(fā)展ARM Cortex-M3，進(jìn)軍傳統(tǒng)32位處理市場;而MSP430系列主攻傳統(tǒng)的8位8051市場。

　　NXP、Freescale等采用了ARM Cortex-M4的授權(quán)。其中NXP也采用了ARM Cortex-M3的授權(quán)。如何區(qū)分M3和M4?NXP的Geoff以去年底推出的LPC4000系列為例，指出Cortex-M4的特點(diǎn)是DSP處理能力非常強(qiáng)大，因?yàn)镸4有很多免費(fèi)DSP庫的資源供用戶使用。

　　另外，Geo還介紹了M4與ARM9核相比的優(yōu)勢：該公司在與電視和機(jī)頂盒客戶的探討中，發(fā)現(xiàn)對于高性能核而言，它們主要是通過硬件來實(shí)現(xiàn)，這就出現(xiàn)了功耗問題，如果MCU一直是高速運(yùn)行沒問題;但在低速時(shí)，ARM9的低功耗效果不如M4強(qiáng)。所以在一些高性能應(yīng)用上，可以把M3、M4用到片上實(shí)現(xiàn)高性能MCU方面功能。

　　飛思卡爾去年6月宣布與ARM合作，推出了基于ARM Cortex-M4的Kinetis系列。盡管飛思卡爾擁有自己獨(dú)特而豐富的架構(gòu)，如S08、ColdFire/ColdFire+、Power架構(gòu)等，但飛思卡爾認(rèn)為ARM MCU的最大特

　　Altera高端FPGA產(chǎn)品部產(chǎn)品市場高級(jí)總監(jiān)David Greenfield點(diǎn)是上手快，希望Kinetis延伸到那些喜歡用ARM架構(gòu)的客戶上[5]。M4不僅與M3兼容，還具有DSP的功能，為將來DSP應(yīng)用打下了伏筆。

　　MCU與FPGA

　　STM(意法半導(dǎo)體) [7]和NXP等MCU公司近期提到其部分基于M3/M4 架構(gòu)的MCU可以替代FPGA功能;而FPGA企業(yè)如Altera、Xilinx和Microsemi(2010年10月Microsemi收購了 FPGA公司Actel)也力圖延伸入嵌入式領(lǐng)域。那么，二者的相互關(guān)系是什么?NXP的Geoff說，事實(shí)上MCU的目標(biāo)并不是完全替代FPGA，例如當(dāng)3000門以下比較簡單的應(yīng)用時(shí)，MCU可以實(shí)現(xiàn)類似于FPGA功能的應(yīng)用。

　　而FPGA公司也承認(rèn)，邏輯門數(shù)要求更高的嵌入式應(yīng)用是FPGA定位的主戰(zhàn)場。