雖然微處理器領域的報道都集中在高端CPU微結構的不斷發(fā)展方面，在微控制器廠商之間卻爆發(fā)了一場甚囂塵上的有趣戰(zhàn)爭。一些32位MCU生產商如Atmel、 Freescale、Oki、Philips、ST Microelectronics等開始爭奪新的客戶，因為他們感覺到8位和16位CPU的客戶數已達極限。
微處理器評論家經常忽略，MCU的市場非常巨大，2005年市場規(guī)模超過120億美元，其中8位和16位產品占100億美元。然而，近年來32位MCU的功耗和封裝尺寸不斷下降，于是，32位產品的廠商希望能吸引系統(tǒng)設計師采用新的32位產品進行開發(fā)。

Freescale 領跑32位MCU產品

Freescale半導體站在32位MCU競爭的前沿，同時又占有8位MCU年銷量的最大份額。圖1是2005年9月關于Freescale的8位、16位和32位MCU各年度所占的市場份額。以占有 MCU市場總額比例而論，2005年Freescale在8位和16位的產品廠商中居第二(14%)，僅次于 Renasas (23%)，而在32位領域則占據首位。當前，Freescale面臨的最大挑戰(zhàn)是如何保住其8位產品的客戶，在他們需要使用更高性能MCU時不換用其他廠家的產品。

Motorola將其半導體部門分離出來成立Freescale公司已經近兩年了，依靠更具競爭性的產品策略取得了非?？捎^的市場業(yè)績。這本是一項異常困難的任務，因為Motorola經歷數十年的開發(fā)，為適應不同市場需要開發(fā)了許多種微處理器結構，范圍包括從磁盤驅動器到PC桌面，從控制接口到數據中心，從蜂窩電話到衛(wèi)星通信。Motorola研發(fā)這些芯片的主要目的是為自己的各種產品體系提供硬件支持，而現在的Freescale公司是一個不依賴于Motorola的獨立運作、管理、核算以及市場開發(fā)的生產商。Freescale已經不在受Motorola的控制，Motorola的開發(fā)人員必須做出抉擇——是繼續(xù)采用現有芯片還是去適應一個新的架構。比較麻煩的是，雖然很多MCU的架構都包含在6800到 68000系列中，但由Motorola繼承而來的8位、16位和32位MCU具有完全不同的指令系統(tǒng)。Freescale需要面對的挑戰(zhàn)是讓客戶相信從原來Motorola的產品轉到Freescale更高性能MCU的成本比換另一個廠商產品的成本低。

Freescale進退兩難：何方是路?

任何產品的發(fā)展策略都在于既鞏固眼前創(chuàng)造主要產值的看家產品，又能投資于將來有增值可能的業(yè)務，不管是自己現有的業(yè)務還是其他對手的業(yè)務領域。盡管現存的業(yè)務仍舊表現出豐盛的增值，例如無處不在的MCU業(yè)務，目前一輛汽車需要嵌入100多個微控制器。關于對手的業(yè)務，Freescale本可以選擇消費電子。眾所周知，Motorola是消費電子的大戶。以Freescale出生于Motorola的密切關系，很容易搭上Motorola蓬勃發(fā)展的手機業(yè)務及其他會聚產品的便車。可惜這樣一來，Freescale的CPU生產線又將重新回到跨越廣闊市場的老路，公司難于集中精力于現存的業(yè)務和其他值得投資的應急業(yè)務。異常別致的是， Freescale啟動了強化其MCU生產線的策略，使那些需要不斷提升其MCU性能的用戶可以從8位開始梯級地爬向32位。下面從分析Freescale品種繁多的系列產品清單看清Freescale如何理性地簡化了這條遷徙路線。

產品系列過多 加大選型困惑

Freescale's網站提供的如圖2所示的性能-特點圖，用于指導客戶按照其所需要的性能和特點來選擇最合適的MCU。低端應用的器件有8位的HC08 和 HCS08。它們相當許多廠家生產的基于8051產品。2006年3月Freescale更發(fā)布了僅售50美分的極為低端的超微型8位 RS08，尺寸小到可穿越胡椒面瓶蓋上的小孔。

如果8位無法滿足客戶需要，可以選擇16位MCU，推薦HCS12 和 S12X系列產品。它們已有很長的生產歷史，還在不斷地派生出新的器件。16位結構在功耗和速度方面都比32位結構具有明顯的極小的特點。Freescale 還有屬于 56K系列的 DSP產品。它實際上是數字信號處理MCU，因為芯片上集成有外部設備和閃存。類似地，基于ARM的 MAC系列是用于汽車上的器件。此外，還有初始為生產PDA而開發(fā)的，基于ARM的Dragonball低功耗器件系列。選擇指南的上端是32位的ColdFire系列，2006年下半年還會有一些新產品出來。ColdFire是嵌入式控制流水線上的器件，它繼承了68K 的遺產。最后，32位的高端器件是PowerPC系列。僅重點介紹了MPC55x系列，它具有PowerPC e200內核，片上集成有專為汽車應用而優(yōu)化的外設。圖中未能包括兩個32位MPU(非 MCU)產品系列——PowerQUICC 和Mcore，也有些用戶把他們用于高端的控制系統(tǒng)。PowerQUICC正處于繁榮時期，不斷地有新的介紹在正常地發(fā)布。Mcore曾有一段因ARM的影響而遭冷落。現在又從新用于32位的ColdFire的嵌入式應用。

低端應用 遭遇對手ARM

Freescale的微處理器目錄清單中有上千種器件。只要你能想到的應用，都會有多個系列供你選擇。但是，盡管Freescale有那么多的產品系列，也總會在某些點上暴露出來新的漏洞。有漏洞，必然會受到某些競爭對手的攻擊。設想，Freescale的老客戶為提高性能從新選定MCU的時候，必須從頭學習新的處理器結構，必須再購買新的開發(fā)裝置，那么，客戶為什么不會去考慮其他廠家的產品呢。生產32位ARM基MCU的廠家很多，在MCU性能升級的競爭中，他們都是競爭對手，如Atmel, Oki, Philips, ST Microelectronics, Luminary Micro等等。形成競爭關系的還有外線對手，他們是提供知識產權(IP)的廠家，如ARC International, MIPS Technologies和Tensilica等等。另外，廣大的MCU市場中，還存在各色的基予ARM的標準產品。

ARM基的32位MCU已被做成如同8位芯片一樣的外形，價格也被將低到1美元一片。形勢是嚴峻的，2005年Philips將集成有閃存的32位ARM7的 MCU降價到了1.47美元。2006年3月，Luminary Micro將基于32位ARM的MCU再降到批量達到10,000片時的每片1美元。Freescale不僅受到來自ARM的圍攻，此外，還有許多來自8051新設計的侵擾。

CPU被擠壓到難以想象的小

處理器核的尺寸在整個MPU結構之中長期以來受到擠壓。在MCU之中，因為片上外設和存儲器所占硅片面積的比例越來越大，這種擠壓處理器核的偏向更加嚴重?，F在應用系統(tǒng)的整個程序和數據都裝入MCU的片上存儲器中，模擬的外設器件以及大量通信接口所需的緩沖器也都要集成在片上，留給CPU核的硅粒面積就可憐到家了。用遠觀的眼光來看，一個需付專利費的8051核需要12,000門，小的ARM 核總得60,000門。若要集成不算大的64KB閃存就會擠到它們。由于處理器核所占硅片相對較小，在器件的總價中所占比例也就不大了。

功耗是32位微處理器的較大問題。如果其他一切情況一樣， 32位微處理器的功耗比8位和16位的要大。如果主要任務僅是處理某特定寫過程，隨后可以從新進入待機狀態(tài)的那些應用，使用速度較快的32位器件迅速地完成該項過程，那么比8位、16位器件所多消耗的僅是動態(tài)功率。另一方面，32位處理器需用的寄存器、緩沖器、數據通道和其它結構較寬，需要更多的晶體管。那末，器件的漏電流增大，即使待機時也一樣。32位處理器比起8位的，其待機時的漏電流約大兩個數量級。是否選。

Freescale的微控制器統(tǒng)一體

對于現存的8位用戶，在考慮處理器升級時，如果仍舊希望他們仍會選用Freescale的 32位結構的話，應保證做到若仍選用Freescale的結構比改換它廠的結構成本低而且方便。想要做到這一點，關鍵是需將開發(fā)裝置標準化和使外部設備對于CPU的轉換盡可能地透明化。這就是為什么Freescale最近宣布，用戶在使用8位S08 MCU時盡可能使用軟件工具CodeWarrior的原因。 CodeWarrior是 Freescale 從Motorola傳承下來的軟件工具(由Metrowerks提供)，已經支持 Freescale的 32位產品很長時間了。CodeWarrior向8位用戶轉移的策略在于，這樣做可以令程序員看到在開發(fā)8位和32位用戶接口時僅出現極少的變化，即使CPU的指令集非常不一樣也如此。Freescale期望C-code語言的程序能夠在匯編語言無效時隨意裝載和調試，為實現在這種策略下調試8位和32位MCU，需要使用公用的硬件的調試模式。多數MCU要求對其特殊外設進行代碼的微調，這樣做會增加嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)費用。Freescale并未發(fā)布的32位器件也將集成和S08 MCU一樣的外設。因此，在MCU升級時對軟件驅動程序需作少量的修改。

還有，Freescale宣布過，一些32位MCU具有和8位芯片一樣的物理引腳。

ARMs的新軟件工具

嵌入式處理器的設計者要經常深入到應用系統(tǒng)的設計人員中間，了解他們是如何挑選CPU的，從而受到啟發(fā)。使CPU結構設計師們困擾不已的最終結論性判據，不是性能、功耗、價格乃至特色，最重要的和最終結論性的判據是開發(fā)工具。正是Freescale對CodeWarrior的投資，使他能夠對選擇CPU過程的進行質量控制。在32-位MCU的戰(zhàn)役中，開發(fā)工具對于戰(zhàn)局走向影響巨大。8位MCU的開發(fā)裝置是廉價的，根本買不起像Green Hills Software那樣的第三方軟件工具，導致軟件開發(fā)工具的不完整。并非沒有8位軟件工具供應商，而是他們現正為32位的ARM結構提供支持工具。

去年，ARM 并購了一家小型的8位的MCU軟件開發(fā)工具商Keil公司。許多8051的系統(tǒng)設計者都使用過Keil的工具軟件。 用8位的優(yōu)秀軟件工具鉤住用戶，以贏得日后的32位訂單是一個成功的開端。ARM緊緊地摟住了Keil，于是，Freescale的CodeWarrior所特有軟件技術和戰(zhàn)術上的優(yōu)勢將一夜之間損失殆盡。

Freescale宣布將8位到32位的MCU芯片實現引腳的兼容算，算是一次大的回敬，當從低速的8-位在向高速的32位MCU伸縮時，還將留下等同大小的存儲腳印。系統(tǒng)設計者在開發(fā)硬件時再也不必擔心軟件的開發(fā)者會用完所有的存儲凈空而被迫從新設計，甚至也不會再需等到項目的的某個后續(xù)階段才能確定所需要的MCU結構。系統(tǒng)開發(fā)者可以只用一個單板機代替過去多種形式的樣機來伸縮MCU的速度和結構以滿足各個階段的性能需要。無疑這些目標都是有價值的，Freescale也肯定需要一段時間，才能充其量只對少數結構實現如此寬廣范圍的片腳兼容。而且，片腳的兼容也僅限于在高端只用到低端的32位器件。高端的32位需要許多電源引腳，不可能與低端的8位外設取得很好的平衡。

Freescale確信，統(tǒng)一體片腳兼容會從高于40腳開始，再低的將是8腳，僅能在8位器件之間兼容。對于高端的32位器件將仍單獨地使用上百條的引腳。

最后的贏家是系統(tǒng)設計者

Freescale的合理的策略始終是集中精力于回報最高的業(yè)務。推動微處理器的統(tǒng)一體也僅是為了簡化Freescale的產品系列多到令用戶眩暈妨礙結構選擇的最好途徑。Freescal是在修補自己盔甲中的斷裂點，抵御來自ARM基MCU非常現實的威脅。 Freescale 也是擁有ARM許可用戶，CodeWarrior也支持ARM基的器件。Freescale認可ARM是手機的事實標準和其相關的應用。ColdFire 是Freescale在工業(yè)應用方面受歡迎的 32位結構, 而PowerPC是Freescale首選用于汽車的32位產品。雖然Freescale明白需要限制使用競爭對手也在使用的第三方的結構，因為這樣有些汽車客戶可能轉向ARM，但不管是那種情況，Freescale都會抓緊自己的業(yè)務。

競爭的現實，凸顯出Freescale具有最為廣泛外部設備的優(yōu)越性，很少有公司能與之比擬。成套而健壯的軟件開發(fā)工具和上述可供選擇的廣泛外部設備，用戶會發(fā)現選用何種處理器核已經變得不那么重要了。Freescale 脫離Motorola之后，已經成長為獨立的半導體供應商。現在，更加應該對用戶的需要負責。Freescale創(chuàng)建的微處理器統(tǒng)一體相信必將受到市場的歡迎。