忘掉MCU吧 解析Cortex-M4的时代 8

这是一场MCU界久违的热闹，飞思卡尔、ti、ST、NXP诸多MCU豪门一窝蜂地围绕着同一颗内核急于秀自己。
　　2010年8月，飞思卡尔说：我是最早的；
　　2010年11月，NXP说：我是双核的；
　　2011年9月16日，ST说：我是性能最高的；
　　2011年9月20日，TI说：我是性价比最高的；
　　这颗如此有魅力的核就是ARMCortex-M4，不过她能引得英雄竞折腰并非仅因为其天生丽质。
　　乱战M4？
　　镜头闪回到2006年，当一家名为Luminary的创业公司大胆地推出基于ARMCortex-M3核的MCU时，大牌公司并不太感冒，应者廖廖无几，只有ST在2007年推出了STM32系列。但随后，Cortex-M3产品的发展令人咋舌，ST也因为搭上了这班快车而一鸣惊人。Semicast曾预测，2013年时，基于ARM核的产品将达到10亿颗，但事实上，这个目标在2011年8月就已经被轻而易举地达到了。而Cortex-M3则成为ARM历史上增长最快的耀眼明星，她的发展令大牌们大跌眼镜而纷纷跟上，虽然脚步迟缓但总算是能分得一杯羹。
　　2008年，以AVR著称的Atmel在矛盾中半遮半掩地引入Cortex-M3产品线；
　　2009年，TI宣布收购Luminary，加入混战；
　　同年，NXP推出了基于Cortex－M0和Cortex－M3的产品；
　　2010年，一向以自有内核著称的日系厂商富士通也推出产品；
　　不过，由于ST占得先机，令其他进攻者大费周折。据Semicast的数据统计，2007年至2011年第一季度，STM32累积出货数量占全球市场份额的45%。也许正因为如此，当Cortex-M4出现时，大家蜂拥而上，热闹的场面与其前辈当年现身时大相径庭。道理很简单，如今的Cortex-M3市场已成为攻坚战，需要的是时间和耐力，不如开辟一块新阵地。所以可预见的是，未来的Cortex-M4上，将会形成绞杀之势。而事实上，即使是在发布这个最平和的环节上，也隐隐透露出了那股杀气。
　　针锋相对
　　9月16日，ST在中国正式发布了基于Cortex-M4的MCU；4天之后，TI进行了相同的发布。巧的是，由于国庆节的缘故，两家在中国的发布时间都早于全球。双方显然对这场发布都很重视，ST从法国请来了微控制器全球市场部总监DanielColonna，TI则由Stellaris微控制器业务部总经理JeanAnneBooth亲自坐镇。
　　“全球每交付2个Cortex－M系列微控制器，其中一个就是STM32，”这是DanielColonna的开场，而其随后的阐述也充满了志在必得的姿态，“STM32F4系列带来全球迄今最高性能的Cortex-M微控制器”，支撑他论点的是：高达168MHz的主频，以及在此主频工作下的CoreMark基准测试功耗为38.6mA。
　　ST微控制器全球市场部总监DanielColonna
　　DanielColonna毫不掩饰ST的张扬，给记者展示了几张和对手比较的PPT，抨击对手们没有量产、受限于最大主频、受限于内存速度等等，而STM32F4则是“综合最佳，加速＋速度”。从“同类产品R”、“同类产品F”、“MCUN”这样的名称，你大致能猜到PPT中意指哪些MCU供应商。
　　也许实在是太自信了，当记者们还在提问时，DanielColonna和ST北中国区市场部经理曹锦东就因为要赶飞机而离去，把现场的问题和记者留给了ST大中国暨南亚地区微控制器与微处理器应用部高级经理梁平。
　　相比之下，TIStellaris的最高领导人JeanAnneBooth在发布会现场回答完所有的提问后，还在解答个别记者的疑问。这位Luminary的共同创始人在2010年6月面对中国媒体时，她的职位还只是Stellaris的市场总监，升职应该既是她在TI融入度的一种体现，也是对过去一年中Cortex－M3推广方面所取得成绩的表彰。
　　TIStellaris微控制器业务部总经理JeanAnneBooth
　　JeanAnneBooth显然很理解记者的心思——既然大家的产品都是基于相同的内核，都具备Cortex-M4核本身带来的运算功能和更低的功耗，那么TI的独特之处是什么呢？在她的阐述中，StellarisM4F继承了其前身StellarisM3的优点：丰富的外设、卓越的模拟性能、易用的StellarisWare软件库。
　　她特别强调了如今对于工程师来说，选择产品的首要因素是软件。而StellarisWare是TI提供的可供用户免费下载的软件，其中包括数以百计的工程示例、应用和外设程序库以及开源堆栈。TI还将该软件预装入ROM以节省闪存空间。此外，具有代码兼容性使得系统设计人员能够借助220多款StellarisCortex-M微控制器轻松进行设计调整。
　　JeanAnneBooth抛出的另一个重磅***则是价格——千片价格达到1.5美元，这让TI给StellarisM4F贴上了“最佳性价比”的标签。值得注意的是，TI是迄今惟一一家65nm工艺的Cortex-M4的供应商，其他公布的都是90nm。工艺的先进性意味着在未来价格上将会极具主动性。
　　但是相比于STM32F4的168MHz主频，EEWORLD注意到StellarisM4F只有80MHz。“我们不是要做全球最快的MCU，而是要挑选一款性价比最好的产品来满足用户的需求，这就是我们选择80MHz的原因。如果要做全球最快的MCU，TI当然做得到，这是TI擅长的”。事实上，与很多MCU供应商不同，TI有强大的DSP产品线，现在其MCU产品线中的C2000系列当年即归属于DSP，其主频可以达到300MHz，而DSP系列可以达到1.5GHz。
　　新战场
　　就在ST和TI两家为自己的Cortex-M4新品拼命摇旗呐喊的时候，飞思卡尔却静悄悄地在自己的官方微博上贴出了这样一段话，“飞思卡尔的K50微控制器系列内置ARMCortex－M4内核，为连续监测提供多种连接选项，并为便携式医疗设备、仪器仪表和工业测试和测量设备等应用领域的可靠模拟信号处理提供集成测量引擎。KinetisK50系列已纳入飞思卡尔产品长期供货计划，保证至少15年的稳定供应。”这似乎是其对业界某些传闻“最无声、但却最有力”的抗议。而NXP也早在2010年4月即携产品高调亮相硅谷的嵌入式系统博览会。
　　如此多地基于Cortex-M4内核的产品，一时间有些乱花渐欲迷人眼。在回答ST的优势何在时，梁平认为，ST可以提供一个相互兼容的、宽广的产品线。如果光从M4产品线上看，只是一个孤立的点，对开发者来说，不能支撑所有完整的系列。其实质还是在强调对Cortex-M3的继承性，对于在Cortex-M3上已经赚得盆满钵满的ST而言，这样的说法是情理之中的，当然也是他们希望看到的方向。
　　Cortex-M4市场会延续之前的格局吗？最不答应的也许是Freescale，对于一家没有Cortex-M3产品的公司来说，这种说法的意义不言而喻。而且如果答案是肯定的，其他家又有何参预的必要？可以预见的是，Cortex-M4将会是一场激烈程度远甚于前的战争，会有更多的玩家参与。如果现在就判断谁输谁赢，也许为时过早。惟一可以肯定的一个赢家就是——ARM。
　　“对于ARM的Cortex-M系列（包括Cortex-M0、Cortex-M3和Cortex-M4），我们非常自豪。市场已经证实了它的成功。到目前为止，我们一共与合作伙伴签署了超过100份的关于Cortex-M系列处理器的授权协议，已经有超过700款基于Cortex-M处理器的产品问世，截止到2011年4月，出货量超过了7.5亿。我们相信Cortex-M4将帮助ARM进一步扩大Cortex-M系列产品线，满足新市场对于单循环MAC和浮点单元等主要功能的需求。”ARM中国嵌入式应用市场经理耿立峰在回答EEWORLD采访时说。
　　当看到诸多豪门如此用心耕耘Cortex-M4市场时，你会蓦然感到，曾几何时，原来单片机百花齐放的局面在悄悄变化，一支ARM军团在快速崛起，虽然他们各怀心思。而他们竞争得越激烈，ARM的市场也就扩大得越迅速。
　　“后硬件时代”的选择
　　不管供应商们是否愿意承认，在ARM时代，当你选择了相同的内核时，产品的同质化是不可避免的，不同产品间比拼的方式也在变化，最有发言权的设计工程师会如何选择呢？EEWORLD专门进行了一个小调查，从网友的反馈来看，价格、开发环境都很受关注，一位网友所说的“对于做产品而言，在性能和品质均已满足的基础上，重点考量价格、供货保障和货期、交付方法等”应该是对供应商的提醒。
　　是什么导致了设计工程师考量方式的变化？中国的单片机之父——何立民教授提出了“后硬件时代”的概念，很多设计工程师都是看着他的书长大的。他告诉EEWORLD，现在很多硬件都由半导体厂商以SOC的方式或产品平台的方式提供，产品、开发工具、软件工具、硬件工具这一整套，使得由MCU到最终产品只有一步之遥。开发方式由此发生变化，原本是至下而上，而现在则变成了至上而下。
　　北京航空航天大学教授何立民
　　这意味着，以前设计工程师较关注的是用什么器件这些底层的东西，突出产品的系列种类。而当设计转到平台上进行，使用高级开发语言时，整个底层的东西是在逐渐以一种模糊的状态出现，开发者关心和要求的是对开发平台本身，而非平台里是哪种MCU，是16位还是32位，是单核还是双核。这也是一种根本的进步，最终都将走向图形界面、按任务设计，给了开发者一个最大的自由度。所以从MCU的变化来看，在“后硬件时代”，硬件不是应用者关心，而是平台提供者应该考虑的事。
　　JeanAnneBooth的看法则从另一个角度支持了何立民老师，她提及现在的MCU市场正处于一个整合期，而整合的最大驱动力则来自于软件。这就像曾经的PC市场，从早期各种各样架构的PC到最后大一统的Wintel，是由于Windows的神奇魔力。这样的事情也在微控制器市场发生着，曾经的Intel的i860、Sparc、AMD29000等各种各样的嵌入式处理器，它们中的大部分都消失了，因为开发者需要软件来帮助他们快速推出市场。ARM能够如此快速增长，Linux功不可没。Linux之于ARM，就如同Windows之于Intel。也许就是基于这样的判断，TI将很大的精力放在了软件开发上，而且还将会加大这方面的力度。
　　传统软件开发往往需要经历硬件定义—>芯片开发—>仿真—>第一次投片制造—>软件开发—>芯片设计完成后的确认，即真正的软件开发直到第一次投片制造才开始。与此不同的是，Stellaris系列在开发新产品时之初，就已经开始做软件研发。因而当IC从晶圆厂出来时，已经有很适合的软件与之搭配。
　　事实上，何立民老师指出，去比较硬件产品本身的意义已经不大。因为任何一个芯片，都会在某一个领域体现出它的优势。而某些性能，比如低功耗，在微功耗阶段，有些节省就没有意义了。嵌入式系统是一个无限大的领域，应用也是无限广，用户的要求也是多元化的，所以没有一个绝对好的产品，只是适应不同领域的产品。在一个无限大的嵌入式市场中，任何比较都是相对有限的范围。当原本的硬件巨人IBM在IT界率先走向软件和服务，并且活得很滋润时，是不是对我们还抱着硬件指标不放的MCU人士有些启发呢？