原创 引发MCU市场统一狂潮的Cortex-M3

转一篇去年2009年4月份的文章，作者是当时Luminary
Micro公司的首席市场官Jean Anne
Booth（金安）。2009年5月，TI并购了Luminary，获得了后者的Cortex-M3产品线。如今，金安女士已经成为德州仪器ARM单片机
全球市场总监，并于2010年6月21日来华介绍TI的单片机产品状况（报道见此处）。下面回顾一下金安女士一年前的观点。

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ARM
的Cortex－M3处理器内核可望在微控制器（MCU）市场上掀起合并的狂潮，这一现象往往发生在大规模市场成熟的时候。ARM架构在嵌入式处理器、
ASIC和ASSP市场上已经占据了统治地位，因此，它也具备了在相邻的MCU市场上逐步占据主导地位的有利条件。事实上，随着
Luminary  Micro的
Stellaris系列微控制器的推出，MCU市场上的统一进程就已经开始了。聪明的设计者将通过选用基于Cortex－M3的MCU，如
Luminary  Micro公司的 Stellaris系列，来充分利用这一不可避免的发展潮流所带来的好处。



市场兼并实例



许多大规模的市场在逐渐成熟的进程中，都经历了一个兼并的过程，在此过程中，当大规模制造带来的好处和规模经济效应压倒人们对基本产品的无限多样化的需求时，厂商和产品的数量开始收缩。这在钢铁、汽车、计算机和办公用品等领域都发生过。这是一个广阔市场的自然进化的过程。



在某些情况下，少数几家大厂商就可以垄断整个市场。例如，在美国，Home
Depot和Lowes就控制了建筑材料市场，把几百家小的五金件商店挤了出去——这些厂商无法应对那些“大盒子”（big box”
）商店有吸引力的报价。Staples和Office
Max现在也以类似的方式统治了美国的办公用品市场。在此之前，各种“百货商店”夺走了本地的服装商店和鞋店的业务。



在PC业中，是地位而非价格，促成了业界的合并。当一群IBM的离经叛道者组装出一台“个人”计算机时，整个业界认定，这样小的计算机将成为一个必须认真
面对的力量。由于意识到IBM
PC的布局是非常开放、易于复制的，许多其他的公司也开始制造类似的产品，这些产品采用了简单的操作系统，由PC的共用部件构成。在增添了
VisiCalc和字处理软件等应用程序后，PC就踏上了一条迈向成功的不归之路。甚至PC一词的含义也发生了变化，变成专指符合IBM风格的那些计算
机。



在计算机工业中，一个公共的平台，专用的监视器，广为人知的键盘部件、共用的OS和容易获取的、可以在公共硬件上运行的应用程序软件，为一个行业开启了通向PC繁荣的大门，这一欣欣向荣的发展潮流改变了世界。向PC靠拢的发展趋势，迅速成就了这样一场转型。



ARM处理器是否就是促成市场兼并的催化剂？ARM当然已经几乎成为每个应用分类中占统治地位的处理器。虽然在PC领域并非是居于中心的处理器，但许多外
设的功能都需要在作为嵌入式处理器的ARM处理器上运行：打印机、硬盘驱动器、网卡、WiFi，甚至你口袋里的USB驱动或者相机里的存储卡都很有可能内
藏一个ARM处理器。几乎可以肯定的是，你的手机是由1个或2个ARM来管理的——或者，在流行的iPhone中，由5个ARM来管理。



MCU市场到目前为止，一直都逃避了合并的命运。



Frost &
Sullivan的分析师表示，全球的微控制器市场在2007年达到了160亿美元的规模。在收入方面排在前两位的供应商，向市场上交付的产品分属10种
以上的、互不兼容的架构。Semico认为，2006年微控制器的交货量达到了85亿只。MCU市场上存在着40
多家供应商，而它们向市场提供的架构多达50种以上，没有一种架构所占的份额达到5％。每家厂商都向非常广阔的应用市场提供自己的设计，而这些设计相互间
没有多少共通性。应用的范围从复印机上的显示器到汽车引擎的管理模块，再从工业电极控制到牙科器械系统，其客户基础接近一百万家。



过去，当一种架构为多家厂商所共享的时候，该架构在几年后就会收缩到原创者那里，这有多方面的原因：被授权者无法提供多样化的产品，发现该市场并不像所预
想的那样景气，或者开始蚕食原创者的市场份额。8bit的8051是这一普遍存在的现象的唯一一个例外，但是大厂商也从未认真地对8051架构进行推广，
而为数不多的几家力图支持8051的厂商也在尝试向16bit架构迁移的过程中遭到了悲惨的失败。



由于上述的现象的存在，整个微控制器市场正渴求着出现架构上的统一。



无不与软件有关

　　

每个应用对MCU的特有的选用规则是由许多因素所决定的：处理器内核、存储器的规模和类型、外设的选用、价格、开发工具、OS、软件和支持。要衡量每一种
因素的重要性是十分困难的，但是处理器的选择自然而然地影响到许多其他的因素。存储器的规模、OS、工具和支持显然取决于所选择的处理器。这一选择也驱动
着上市时间，正如行业分析公司 VDC所发现的那样，到2004年为止，48％的大规模制造的成本是由软件开发方面的成本所构成的。



代码的效率，决定了对内存的需求，直接成为MCU市场的成本决定因素。专有的指令集在操作系统方面所提供的选择有限，因为它们是由内部架构的创建者所编制
的或者由其支付费用，这反映了厂商所能支付的市场支持的规模。开发工具是针对具体架构来设计的，而支持则是根据需求来分配的。MCU的支持是由厂商所提供
的，但是第三放可以支持厂商为其支付费用的那些架构，以及那些最普及的架构——这又是规模经济的一个基础。针对流行的处理器架构，可以提供驱动软件、软件
库、现成有售的CODEC和协议栈软件、JPEG和MPEG解码器与编码器以及数不清的其他软件包。即使能否轻松地雇佣到一个设计某种嵌入式应用的工程
师，也取决于MCU是来自于单一的厂商还是基于一种被许多厂商所共同采用的架构。



一种流行的架构，如ARM，在这样的环境下似乎有着不错的境遇。只有一点是不利的：ARM是一种32bit 的处理器，而当今的大多数MCU是8bit的。













ARM架构得到了全球范围内的支持



有证据表明： 一个32bit的MCU的价格可能并不比一个类似配置的8bit
MCU高，但是，如果一个MCU被划分为一打元件的话，其中大多数将属于外设和一些存储器，而处理器内核所占比重不到10％。即使在从8bit到
32bit的转移过程中，这一部分的比例加倍，但芯片的 80％却仍然保持不变，而32bit
MCU的功能和性能将更为强大，这可能取消对1或2个外设的需求，抑或也可以通过使用附加的一个8bit MCU来满足应用的需求。Luminary
Micro的 Stellaris系列微控制器如今包含了100种可以向全球供货的MCU，包括售价低至1 美元的MCU。这个价格一般只有8bit
MCU才能达到。但是 Stellaris MCU内部拥有一个ARM
Cortex－M3处理器。一个售价为$1.00而具有32bit的丰富指令集的MCU实在是太合算了 ——不用懂什么高深的数学就能明白。













一个售价为$1.00的32bit MCU的确是价廉物美！



在控制器应用方面，一个MCU的外设选择可能是最重要的因素，而这也正是合并运动的重要因素。外设是由应用所决定的，因为它们直接与系统的其他硬件有关
联，成为到构成系统的传感器、电机、通信信道、网络、按钮、LCD面板或者电磁铁的接口。外设的参数决定了这些接口对每种应用来说是过于简单还是过于复
杂，抑或正好适用于这些应用。当一个低精度的A－D
变换器能满足需要，则一个精密的A－D就是一种浪费，但是，当要求精细的控制时，就最好采用高性能的模拟电路。对于8bit
MCU来说，难以支持更高速度的外设。Luminary Micro的Stellaris
MCU产品线所具备的外设功能中，包括了专用的运动控制硬件、业界唯一的一种基于ARM处理器的 Ethernet MAC＋PHY以及针对IEEE
1588PTP应用的硬件。一个MCU的外设的设计和功能决定了该芯片最适合的应用类型，而这比处理器内核的架构更重要。



“开放的架构”难道不是“日用品的”另一种说法吗？



这证明了如下的事实：为了让厂商能汇聚在非专有架构（如ARM）的旗下，它们的其他某些方面必须能体现出鲜明特色，以“展示其素质”。当外设具有如此的重
要性时，则每一种的数量和细节都是MCU能否胜出的决定因素。这也正是每一家厂商可以体现其不同于他人的地方，而厂商可以由此选出让自己闪光的应用，并将
自己的注意力专注于体现自己的实力的地方。MCU中的处理器是厂商可以信任、认为其能很好地完成自己工作的模块。能够提供最合适的外设、软件和对某些应用
的支持，将赢得内嵌设计（design-in）的机会。



处理器最重要的方面是对外设进行编程的软件的供应情况、可靠的开发工具的供应情况和支持软件设计与维护的人员情况，以及最终的软件品质。来自于一家厂商的
专有架构本身并不会具备这些特性中的大多数特性，除了可能在狭窄的垂直市场方面。由多家厂商推动其发展的一个处理器架构（包括在嵌入式MPU、
ASIC和ASSP领域的多家厂商）自然可以在其支持的深度和广度方面有着出色表现。



前面提到的PC世界，可以为MCU的局势提供一个很好的推论。所有的PC厂商都可以获得来自于Intel或者AMD的同一种x86架构。这是很有利的，因
为它们明白，OS和应用可以在处理器上运行。现在，PC市场上的胜出者是由外设的品质和选择以及服务的与众不同所决定的：监视器、键盘、硬盘/软盘、
USB端口的数量、Modem的速度（在前些年）、网络连接功能、WiFi、重量（膝上机）、外壳色彩或者是风格、支持、可配置性以及价格。我们请注
意，PC外设的功能与MCU何其相似。PC统一到x86架构上的过程可以让PC业欣欣向荣。而作为另一个实例，请考虑汽车销售的情形，其中引擎或者引擎的
尺寸在广告中提及的频率，与款式、仪表板风格或者杯托尺寸相比是何其之低。











  

Luminary Micro的 Stellaris系列MCU拥有100多种产品



嵌入式设计师也将通过市场兼并来获胜



拥有基于专有MCU指令集的产品的
OEM们，将面对这一困境。不断在专有指令基础上进行编程，则将有更多的代码是基于难以移植的程序的基础。转移到基于ARM的架构上，你将不会再有遗憾，
因为用于增强功能、添加特色或者扩展选项的每一行代码，都将获得永生，在未来的岁月中得到来自于多家厂商的ARM产品的支持。



对于启动一项基于MCU的新设计、有着完全自由的选择权的OEM们来说，决策是最容易做出的。经过快速的调研，设计团队就可以明白，Cortex－M3
MCU将是一个出色的选择。一个Luminary Micro Stellaris
MCU必然成为排名前列的选项。其开发工具也将成为首选。如果一种专有的MCU显得很有吸引力，请考虑随着业界开始向ARM
Cortex－M3产品统一的趋势随着时间的推移所造成的影响吧。专有的软件可以始终保证供应吗？这些工具仍然能适用吗？这是一项能长久生存的投资吗？或
者，下注ARM还将继续稳赚不赔吗？即使看上去一位8bit
MCU可以完成任务，易用性和更强有力的开发工具将使得一个以Cortex－M3内核为核心的系统的建立和维护变得简单而快捷。



在Luminary
Micro，我们已经发现，客户可以快速接受Cortex－M3架构，因为ARM的名声已经远播于我们之前。现在无需浪费时间，来进行长时间的讨论，以掌
握一些专有的指令集的细节。其他的小公司可能会努力劝说客户，它们还将能生存5或10年。依赖于ARM处理器的Luminary
Micro清楚，无需投入人力来改进居于我们的MCU核心的架构。客户也明白，如果出现了剧变，即便它们没法利用来自于另一家厂商的外设和软件支持，至少
它们不必完全从头开始。来自于大公司的专有性的选择，并不会变得更“安全”：还记住Freescale的M*CORE架构吗？记得被Microchip
的新的PIC32架构挤出去的Microchip
的dSPIC否？在今天的杠杆式全盘收购、公司派生（spinout）和不可避免的统一化的趋势背景下，即使最大的公司也不像它们原先那样保险了。但是
ARM架构可以为OEM
的产品提供持久的公分母。明白这一道理的OEM将可以收获优势地位，这将使得它们能挤入其市场的领先位置，而那些仍然因循专有架构的OEM将在特色、性能
和竞争力方面进一步落后。



微控制器行业
的统一进程正在启动吗？Cortex－M3处理器是能够让它达到脱扣点的催化剂吗？MCU市场是高度多样化的，对于一个一般来说要努力避免风险的客户基础
而言，任何大的变革只能慢慢来，但的确出现了令人鼓舞的信号。如今ARM架构已经统治了嵌入式微处理器市场。在2005年，ARM推出了
Cortex－M3内核，它专门针对MCU进行了优化。如今，半导体厂商们正在使用Cortex－M3处理器，即使它们已经拥-有了ARM7和专有的处理
器。厂商们正在支持8bit到32bit MCU的轻松转换。
OEM们正在拥抱Cortex－M3处理器，利用性能上的提升开发成本经济性很好的系统，并且由于整个产品线都基于相同的软件基础而在上市时间方面而受
益。



MCU还在进化。 8bit MCU正在让位于 32bit
MCU。Cortex－M3内核正是针对微控制器配置和优化的ARM架构。ARM的成功正在吸引MCU领域的OEM们转向Cortex－M3。它的优点也
将其他的厂商吸引到Cortex－M3上来，其中包括了那些大的厂商——甚至其中有一些已经推出了基于ARM7的MCU产品线——因为它们看到了公共的软
件平台所具有的优势。这一发展趋势和Cortex－M3取得的成功预示着微控制器市场将统一到ARM架构周围，而非像
PC那样统一到x86架构上。Luminary Micro是获得ARM许可而专注于基于ARM Cortex－M3的MCU的厂商。Luminary
Micro看到了这一统一的变革的到来，正随着实力的不断增强而傲立于合并大潮的潮头。