忘掉MCU吧解析Cortex-M4的時代

ID:105323 · 發(fā)表于 2016-2-13 03:00

【這是一篇冠以cortem-M4 CPU一個比較全面介紹的文章，是一個常識性的文章，能夠?qū)δ壳癱ortex-M4供應(yīng)商有一個比較清晰地認識，希望對朋友有幫助，也感謝原創(chuàng)】
這是一場MCU界久違的熱鬧，飛思卡爾、TI、ST、NXP諸多MCU豪門一窩蜂地圍繞著同一顆內(nèi)核急于秀自己。
　　2010年8月，飛思卡爾說：我是最早的；
　　2010年11月，NXP說：我是雙核的；
　　2011年9月16日，ST說：我是性能最高的；
　　2011年9月20日，TI說：我是性價比最高的；
　　這顆如此有魅力的核就是ARMCortex-M4，不過她能引得英雄競折腰并非僅因為其天生麗質(zhì)。
　　亂戰(zhàn)M4？
　　鏡頭閃回到2006年，當一家名為Luminary的創(chuàng)業(yè)公司大膽地推出基于ARMCortex-M3核的MCU時，大牌公司并不太感冒，應(yīng)者廖廖無幾，只有ST在2007年推出了STM32系列。但隨后，Cortex-M3產(chǎn)品的發(fā)展令人咋舌，ST也因為搭上了這班快車而一鳴驚人。Semicast曾預(yù)測，2013年時，基于ARM核的產(chǎn)品將達到10億顆，但事實上，這個目標在2011年8月就已經(jīng)被輕而易舉地達到了。而Cortex-M3則成為ARM歷史上增長最快的耀眼明星，她的發(fā)展令大牌們大跌眼鏡而紛紛跟上，雖然腳步遲緩但總算是能分得一杯羹。
　　2008年，以AVR著稱的Atmel在矛盾中半遮半掩地引入Cortex-M3產(chǎn)品線；
　　2009年，TI宣布收購Luminary，加入混戰(zhàn)；
　　同年，NXP推出了基于Cortex－M0和Cortex－M3的產(chǎn)品；
　　2010年，一向以自有內(nèi)核著稱的日系廠商富士通也推出產(chǎn)品；
　　不過，由于ST占得先機，令其他進攻者大費周折。據(jù)Semicast的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2007年至2011年第一季度，STM32累積出貨數(shù)量占全球市場份額的45%。也許正因為如此，當Cortex-M4出現(xiàn)時，大家蜂擁而上，熱鬧的場面與其前輩當年現(xiàn)身時大相徑庭。道理很簡單，如今的Cortex-M3市場已成為攻堅戰(zhàn)，需要的是時間和耐力，不如開辟一塊新陣地。所以可預(yù)見的是，未來的Cortex-M4上，將會形成絞殺之勢。而事實上，即使是在發(fā)布這個最平和的環(huán)節(jié)上，也隱隱透露出了那股殺氣。
　　針鋒相對
　　9月16日，ST在中國正式發(fā)布了基于Cortex-M4的MCU；4天之后，TI進行了相同的發(fā)布。巧的是，由于國慶節(jié)的緣故，兩家在中國的發(fā)布時間都早于全球。雙方顯然對這場發(fā)布都很重視，ST從法國請來了微控制器全球市場部總監(jiān)DanielColonna，TI則由Stellaris微控制器業(yè)務(wù)部總經(jīng)理JeanAnneBooth親自坐鎮(zhèn)。
　　“全球每交付2個Cortex－M系列微控制器，其中一個就是STM32，”這是DanielColonna的開場，而其隨后的闡述也充滿了志在必得的姿態(tài)，“STM32F4系列帶來全球迄今最高性能的Cortex-M微控制器”，支撐他論點的是：高達168MHz的主頻，以及在此主頻工作下的CoreMark基準測試功耗為38.6mA。
　　ST微控制器全球市場部總監(jiān)DanielColonna
　　DanielColonna毫不掩飾ST的張揚，給記者展示了幾張和對手比較的PPT，抨擊對手們沒有量產(chǎn)、受限于最大主頻、受限于內(nèi)存速度等等，而STM32F4則是“綜合最佳，加速＋速度”。從“同類產(chǎn)品R”、“同類產(chǎn)品F”、“MCUN”這樣的名稱，你大致能猜到PPT中意指哪些MCU供應(yīng)商。
　　也許實在是太自信了，當記者們還在提問時，DanielColonna和ST北中國區(qū)市場部經(jīng)理曹錦東就因為要趕飛機而離去，把現(xiàn)場的問題和記者留給了ST大中國暨南亞地區(qū)微控制器與微處理器應(yīng)用部高級經(jīng)理梁平。
　　相比之下，TIStellaris的最高領(lǐng)導(dǎo)人JeanAnneBooth在發(fā)布會現(xiàn)場回答完所有的提問后，還在解答個別記者的疑問。這位Luminary的共同創(chuàng)始人在2010年6月面對中國媒體時，她的職位還只是Stellaris的市場總監(jiān)，升職應(yīng)該既是她在TI融入度的一種體現(xiàn)，也是對過去一年中Cortex－M3推廣方面所取得成績的表彰。
　　TIStellaris微控制器業(yè)務(wù)部總經(jīng)理JeanAnneBooth
　　JeanAnneBooth顯然很理解記者的心思——既然大家的產(chǎn)品都是基于相同的內(nèi)核，都具備Cortex-M4核本身帶來的運算功能和更低的功耗，那么TI的獨特之處是什么呢？在她的闡述中，StellarisM4F繼承了其前身StellarisM3的優(yōu)點：豐富的外設(shè)、卓越的模擬性能、易用的StellarisWare軟件庫。
　　她特別強調(diào)了如今對于工程師來說，選擇產(chǎn)品的首要因素是軟件。而StellarisWare是TI提供的可供用戶免費下載的軟件，其中包括數(shù)以百計的工程示例、應(yīng)用和外設(shè)程序庫以及開源堆棧。TI還將該軟件預(yù)裝入ROM以節(jié)省閃存空間。此外，具有代碼兼容性使得系統(tǒng)設(shè)計人員能夠借助220多款StellarisCortex-M微控制器輕松進行設(shè)計調(diào)整。
　　JeanAnneBooth拋出的另一個重磅炸彈則是價格——千片價格達到1.5美元，這讓TI給StellarisM4F貼上了“最佳性價比”的標簽。值得注意的是，TI是迄今惟一一家65nm工藝的Cortex-M4的供應(yīng)商，其他公布的都是90nm。工藝的先進性意味著在未來價格上將會極具主動性。
　　但是相比于STM32F4的168MHz主頻，EEWORLD注意到StellarisM4F只有80MHz�！拔覀儾皇且鋈蜃羁斓腗CU，而是要挑選一款性價比最好的產(chǎn)品來滿足用戶的需求，這就是我們選擇80MHz的原因。如果要做全球最快的MCU，TI當然做得到，這是TI擅長的”。事實上，與很多MCU供應(yīng)商不同，TI有強大的DSP產(chǎn)品線，現(xiàn)在其MCU產(chǎn)品線中的C2000系列當年即歸屬于DSP，其主頻可以達到300MHz，而DSP系列可以達到1.5GHz。
　　新戰(zhàn)場
　　就在ST和TI兩家為自己的Cortex-M4新品拼命搖旗吶喊的時候，飛思卡爾卻靜悄悄地在自己的官方微博上貼出了這樣一段話，“飛思卡爾的K50微控制器系列內(nèi)置ARMCortex－M4內(nèi)核，為連續(xù)監(jiān)測提供多種連接選項，并為便攜式醫(yī)療設(shè)備、儀器儀表和工業(yè)測試和測量設(shè)備等應(yīng)用領(lǐng)域的可靠模擬信號處理提供集成測量引擎。KinetisK50系列已納入飛思卡爾產(chǎn)品長期供貨計劃，保證至少15年的穩(wěn)定供應(yīng)�！边@似乎是其對業(yè)界某些傳聞“最無聲、但卻最有力”的抗議。而NXP也早在2010年4月即攜產(chǎn)品高調(diào)亮相硅谷的嵌入式系統(tǒng)博覽會。
　　如此多地基于Cortex-M4內(nèi)核的產(chǎn)品，一時間有些亂花漸欲迷人眼。在回答ST的優(yōu)勢何在時，梁平認為，ST可以提供一個相互兼容的、寬廣的產(chǎn)品線。如果光從M4產(chǎn)品線上看，只是一個孤立的點，對開發(fā)者來說，不能支撐所有完整的系列。其實質(zhì)還是在強調(diào)對Cortex-M3的繼承性，對于在Cortex-M3上已經(jīng)賺得盆滿缽滿的ST而言，這樣的說法是情理之中的，當然也是他們希望看到的方向。
　　Cortex-M4市場會延續(xù)之前的格局嗎？最不答應(yīng)的也許是Freescale，對于一家沒有Cortex-M3產(chǎn)品的公司來說，這種說法的意義不言而喻。而且如果答案是肯定的，其他家又有何參預(yù)的必要？可以預(yù)見的是，Cortex-M4將會是一場激烈程度遠甚于前的戰(zhàn)爭，會有更多的玩家參與。如果現(xiàn)在就判斷誰輸誰贏，也許為時過早。惟一可以肯定的一個贏家就是——ARM。
　　“對于ARM的Cortex-M系列（包括Cortex-M0、Cortex-M3和Cortex-M4），我們非常自豪。市場已經(jīng)證實了它的成功。到目前為止，我們一共與合作伙伴簽署了超過100份的關(guān)于Cortex-M系列處理器的授權(quán)協(xié)議，已經(jīng)有超過700款基于Cortex-M處理器的產(chǎn)品問世，截止到2011年4月，出貨量超過了7.5億。我們相信Cortex-M4將幫助ARM進一步擴大Cortex-M系列產(chǎn)品線，滿足新市場對于單循環(huán)MAC和浮點單元等主要功能的需求�！盇RM中國嵌入式應(yīng)用市場經(jīng)理耿立峰在回答EEWORLD采訪時說。
　　當看到諸多豪門如此用心耕耘Cortex-M4市場時，你會驀然感到，曾幾何時，原來單片機百花齊放的局面在悄悄變化，一支ARM軍團在快速崛起，雖然他們各懷心思。而他們競爭得越激烈，ARM的市場也就擴大得越迅速。
　　“后硬件時代”的選擇
　　不管供應(yīng)商們是否愿意承認，在ARM時代，當你選擇了相同的內(nèi)核時，產(chǎn)品的同質(zhì)化是不可避免的，不同產(chǎn)品間比拼的方式也在變化，最有發(fā)言權(quán)的設(shè)計工程師會如何選擇呢？EEWORLD專門進行了一個小調(diào)查，從網(wǎng)友的反饋來看，價格、開發(fā)環(huán)境都很受關(guān)注，一位網(wǎng)友所說的“對于做產(chǎn)品而言，在性能和品質(zhì)均已滿足的基礎(chǔ)上，重點考量價格、供貨保障和貨期、交付方法等”應(yīng)該是對供應(yīng)商的提醒。
　　是什么導(dǎo)致了設(shè)計工程師考量方式的變化？中國的單片機之父——何立民教授提出了“后硬件時代”的概念，很多設(shè)計工程師都是看著他的書長大的。他告訴EEWORLD，現(xiàn)在很多硬件都由半導(dǎo)體廠商以SOC的方式或產(chǎn)品平臺的方式提供，產(chǎn)品、開發(fā)工具、軟件工具、硬件工具這一整套，使得由MCU到最終產(chǎn)品只有一步之遙。開發(fā)方式由此發(fā)生變化，原本是至下而上，而現(xiàn)在則變成了至上而下。
　　北京航空航天大學(xué)教授何立民
　　這意味著，以前設(shè)計工程師較關(guān)注的是用什么器件這些底層的東西，突出產(chǎn)品的系列種類。而當設(shè)計轉(zhuǎn)到平臺上進行，使用高級開發(fā)語言時，整個底層的東西是在逐漸以一種模糊的狀態(tài)出現(xiàn)，開發(fā)者關(guān)心和要求的是對開發(fā)平臺本身，而非平臺里是哪種MCU，是16位還是32位，是單核還是雙核。這也是一種根本的進步，最終都將走向圖形界面、按任務(wù)設(shè)計，給了開發(fā)者一個最大的自由度。所以從MCU的變化來看，在“后硬件時代”，硬件不是應(yīng)用者關(guān)心，而是平臺提供者應(yīng)該考慮的事。
　　JeanAnneBooth的看法則從另一個角度支持了何立民老師，她提及現(xiàn)在的MCU市場正處于一個整合期，而整合的最大驅(qū)動力則來自于軟件。這就像曾經(jīng)的PC市場，從早期各種各樣架構(gòu)的PC到最后大一統(tǒng)的Wintel，是由于Windows的神奇魔力。這樣的事情也在微控制器市場發(fā)生著，曾經(jīng)的Intel的i860、Sparc、AMD29000等各種各樣的嵌入式處理器，它們中的大部分都消失了，因為開發(fā)者需要軟件來幫助他們快速推出市場。ARM能夠如此快速增長，Linux功不可沒。Linux之于ARM，就如同Windows之于Intel。也許就是基于這樣的判斷，TI將很大的精力放在了軟件開發(fā)上，而且還將會加大這方面的力度。
　　傳統(tǒng)軟件開發(fā)往往需要經(jīng)歷硬件定義—>芯片開發(fā)—>仿真—>第一次投片制造—>軟件開發(fā)—>芯片設(shè)計完成后的確認，即真正的軟件開發(fā)直到第一次投片制造才開始。與此不同的是，Stellaris系列在開發(fā)新產(chǎn)品時之初，就已經(jīng)開始做軟件研發(fā)。因而當IC從晶圓廠出來時，已經(jīng)有很適合的軟件與之搭配。
　　事實上，何立民老師指出，去比較硬件產(chǎn)品本身的意義已經(jīng)不大。因為任何一個芯片，都會在某一個領(lǐng)域體現(xiàn)出它的優(yōu)勢。而某些性能，比如低功耗，在微功耗階段，有些節(jié)省就沒有意義了。嵌入式系統(tǒng)是一個無限大的領(lǐng)域，應(yīng)用也是無限廣，用戶的要求也是多元化的，所以沒有一個絕對好的產(chǎn)品，只是適應(yīng)不同領(lǐng)域的產(chǎn)品。在一個無限大的嵌入式市場中，任何比較都是相對有限的范圍。當原本的硬件巨人IBM在IT界率先走向軟件和服務(wù)，并且活得很滋潤時，是不是對我們還抱著硬件指標不放的MCU人士有些啟發(fā)呢？