微控制器迈向多核心架构

随着许多应用逐渐被开发，微控制器的市场不断的成长，其中32位微控制器的成长幅度已超越8位，各家厂商无不使出浑身解数，提高32位微控制器产品的性能以抢攻庞大的市场商机。而16位也不若人后，透过混合式的IP核心，更进一步提升效能，积极突围。

根据IC Insights的预估，2010年整体微控制器(MCU)市场约有124亿零800万美元的规模，而2011年时微控制器市场将达140亿美元，年成长率达13%，其中32位微控制器的产值已正式超越4与8位产值，未来几年，32位的市场成长将更迅速。市调机构Semicast Research则表示，安谋国际(ARM)将会在2011年成为32位微控制器架构领导者，领先既有的Power和x86架构。

无论厂商针对x86架构如何增加新功能，终究无法避免此架构最多仅可达8位微控制器的效能，市场版图有所局限，微控制器厂商遂将目光转向16与32位微控制器。不过，安谋国际宣布进军微控制器市场后，高效能且易于设计的32位微控制器核心迅速横扫市场，导致16位微控制器已无市场立足之地。

而较早投入32位微控制器的厂商，包含瑞萨电子(Renesas Electronics)、飞思卡尔(Freescale)、意法半导体(STMicroelectronics)等，早期多是采用包括Power架构，瑞萨电子则是采用SH的精简指令集运算(RISC)架构。自安谋国际Cortex-M系列核心推出以来，除了瑞萨电子之外，各微控制器厂商为了不输在起跑点，也纷纷宣布采用安谋国际微控制器IP核心，各自发展32位微控制器产品。

而为更加提高32位微控制器效能以迎合需求与拉大市场区隔，厂商各自展现巧思，如近期多核心32位微控制器问世，进逼低阶数字讯号处理器(DSP)市场，另外，16位微控制器也透过提升性价比的方式，试图稳固市场地位。

马达控制/音讯处理需求增　双核心MCU崛起

尽管32位微控制器已足以应付现阶段各种联网、工业、消费性电子等应用领域的需求，但在更高阶的应用中，包括马达控制与嵌入式音讯，由于需要更高的运算速率，双核心架构的微控制器遂应运而生。

以目前32位微控制器最普遍使用的安谋国际Cortex-M系列来看，效能表现由低到高依序为Cortex-M0、Cortex-M3与最新的Cortex-M4，其中，Cortex-M0可涵盖高阶8位与16位微控制器市场；Cortex-M4由于具备浮点运算功能，因此还可进一步取代低阶与中阶DSP。恩智浦(NXP)资深协理梅润平(图1)表示，虽然Cortex-M4为目前运算效能最佳的微控制器核心，不过在面对更高阶的运算需求时，如何使Cortex-M4核心专注于运算功能的展现，而不会将运算能力分散至其它周边的控制，即须仰赖双核心微控制器。



图1　恩智浦资深协理梅润平

梅润平指出，工业领域中的马达控制与音讯串流处理两大应用为驱动双核心微控制器发展的动力，此外，液晶显示器(LCD)亦可透过双核心微控制器减少成本的支出。恩智浦单芯片微控制器资深主任应用工程师刘俊宏补充，目前液晶电视所须处理的数据量越来越大，传统的处理路径须先经由处理器外部的周边处理后，再进到中央处理器(CPU)，最后才交由LCD控制器。这样的数据处理方法，处理器须内建较大储存容量的静态随机存取内存(SRAM)，成本因此提高不少，若采用双核心微控制器与其内建的串行周边接口(SPI)，影音数据在处理器内部即可处理完毕，并可降低SRAM的容量需求。

看准双核心微控制器将成未来大势所趋，恩智浦推出业界第一颗整合Cortex-M4与M0的微控制器品系列，梅润平表示，整合Cortex-M4与M0的目的并非M4效能不足，而是透过M0核心分担M4核心所须处理的子系统与周边控制工作，M4即可专注于处理音讯、影像、数字讯号与马达控制等较复杂的工作，可更进一步提升微控制器的效能。