多(duō)方加入Cortex-M4 MCU混战，通用(yòng)内核时代是否已到来？

2021-05-23

在中國(guó)“三网融合”大势所趋之下，未来几年，中國(guó)数字電(diàn)视、電(diàn)子游戏机等数字消费電(diàn)子产品和高端家用(yòng)電(diàn)器市场需求旺盛，再加之工业领域持续的强劲增長(cháng)，将极大拉动市场对16、32位高端MCU的需求。继Freescale、NXP陆续推出基于ARM Cortex-M4内核的微控制器产品之后，ST日前又(yòu)点燃了“一把熊熊烈火”，把本已混战不堪的32位MCU市场搅得更加火热。

　　史上最强M4微处理(lǐ)器如何打造?


　　ARM嵌入式应用(yòng)市场经理(lǐ)罗霖此前在接受本刊采访时就曾表示，现在MCU产品需求和市场挑战，首先在于市场需要具备更高性能(néng)的低功耗产品，具备增强的连接性(例如接入USB, Ethernet, 802.15, NFC等);使代码重用(yòng)的利用(yòng)率更高;处理(lǐ)和连接能(néng)力增强的模拟设备。其次，在无線(xiàn)传感器、引擎控制和智能(néng)電(diàn)表上使用(yòng)的MCU产品需具有(yǒu)更高能(néng)效;而随着设计出的产品性能(néng)越来越复杂，对于内存和频率的要求也会变得更高，面对这些挑战，8/16位MCU已显得力不从心。

　　低功耗和高性能(néng)始终是一对矛盾體(tǐ)，这是不争的事实。正因如此，既降低功耗，又(yòu)能(néng)提供可(kě)接受的性能(néng)一直是单片机供应商(shāng)所面临的技术挑战。日前，一条来自意法半导體(tǐ)的新(xīn)闻引起业界众多(duō)关注——该公司推出了号称“迄今為(wèi)止，全球性能(néng)最强的基于ARM Cortex-M4内核的微控制器STM32 F4”，并将应用(yòng)目标锁定在数据交换及通信设备、医疗保健、安防监控、消费電(diàn)子、工业自动化、绿色能(néng)源、白色家電(diàn)等众多(duō)领域。

　　ST微控制器全球市场部总监Daniel Colonna表示，STM32 F4系列引起市场关注有(yǒu)多(duō)方面的原因，其中最直接的原因為(wèi)该系列是迄今性能(néng)最高的Cortex-M微控制器，且已全面量产。他(tā)同时还隐约批评了某些竞争对手，认為(wèi)他(tā)们“只会大张旗鼓的宣传，却始终无法将M4产品成功量产。”

　　Cortex-M4处理(lǐ)器是由ARM专门开发的最新(xīn)嵌入式处理(lǐ)器，用(yòng)以满足需要有(yǒu)效且易于使用(yòng)的控制和信号处理(lǐ)功能(néng)混合的数字信号控制市场。高效的信号处理(lǐ)功能(néng)与Cortex-M处理(lǐ)器系列的低能(néng)耗、低成本和易于使用(yòng)的优点的组合，旨在满足专门面向電(diàn)动机控制、汽車(chē)、電(diàn)源管理(lǐ)、嵌入式音频和工业自动化市场的新(xīn)兴类别的灵活解决方案。

　　ST方面称，公司正在利用(yòng)新(xīn)的STM32 F4系列进一步拓宽应用(yòng)范围。STM32 F4的单周期DSP指令将会催生数字信号控制器(DSC)市场，数字信号控制器适用(yòng)于高端電(diàn)机控制、医疗设备和安全系统等应用(yòng)，这些应用(yòng)在计算能(néng)力和DSP指令方面有(yǒu)很(hěn)高的要求。

　　STM32 F4实时处理(lǐ)能(néng)力

　　据悉，除引脚和软件兼容高性能(néng)的F2系列外，F4的主频(168MHz)高于F2系列(120MHz)，并支持单周期DSP指令和浮点单元、更大的SRAM容量(192 KB，F2為(wèi)128 KB)、512KB-1MB的嵌入式闪存以及影像、网络接口和数据加密等更先进的外设。Daniel Colonna称，ST 90nm 运行性能(néng)(168MHz)和最佳动态功耗(在外设禁用(yòng)时，从闪存执行Coremark评估代码，電(diàn)流消耗38.6mA，处理(lǐ)频率168MHz)。

　　德州仪器：更看重性价比

　　拿(ná)M4做文(wén)章的还有(yǒu)TI，就在STM32 F4发布仅仅两天之后，通过收購(gòu)Luminary进入Cortext M阵营的TI也推出了自己的新(xīn)型低功耗、浮点 Stellaris Cortex-M4F微控制器系列。TI Stellaris ARM Cortex-M微控制器平台业務(wù)部总经理(lǐ)Jean Anne Booth对媒體(tǐ)说，新(xīn)型Stellaris MCU是全球首批采用(yòng)65nm工艺制造的基于Cortex-M的MCU，為(wèi)“实现更高的速度、更大的内存甚至更低的功耗铺平了道路。”

　　来自TI的消息说，Stellaris配备256KB闪存和32KB SRAM，其ARM Cortex-M4F浮点内核工作频率最高可(kě)达80 MHz，待机電(diàn)流最低至1.6 μA;两个高性能(néng)12位模数转换器(ADC)和三个比较器可(kě)支持混合信号应用(yòng)。其中，12位ADC准确度可(kě)在1 MSPS全采样速率下实现，不需要任何的硬件平均，从而免除了所有(yǒu)的性能(néng)折衷;连接选项方面，包括USB(主机、设备和On-The-Go)、UART、I2C、SSI/SPI和CAN，用(yòng)于支持通信;集成型EEPROM则可(kě)支持用(yòng)户接口或配置参数的耐用(yòng)型非易失性存储，以降低系统成本。

　　同时，為(wèi)简化设计加快产品上市进程，TI还将免费的StellarisWare软件预先装入ROM以节省闪存空间，用(yòng)户也可(kě)自行通过TI官网进行下载。Stellaris微控制器套件可(kě)由5种常用(yòng)IDE支持，可(kě)在10分(fēn)钟或更短时间内跨越式启动设计。开发人员能(néng)够轻松地调整设计，并在具有(yǒu)代码兼容性的整个 Stellaris Cortex-M 微控制器平台上实现代码复用(yòng)。

　　Jean Anne Booth强调说，TI绝非不能(néng)设计出全球性能(néng)最佳的微处理(lǐ)器产品。但从TI走访大量客户获得的反馈却显示，80MHz主频反而是性价比最好的一个平衡点。她进一步解释称，80MHz并带有(yǒu)带浮点运算功能(néng)，这已经要比现在的M3产品性能(néng)高很(hěn)多(duō);其次，价格是个很(hěn)重要的问题，客户不会不考虑;最后，摆在眼前的功耗问题也需要客户“三思而后行”。因此，综合以上种种因素，TI最终将着眼点放在80MHz的Cortex-M4F上，认為(wèi)这将给客户带来“性价比最高”的产品。

　　飞思卡尔：Kinetis K50保证至少15年稳定供应

　　就在ST和TI两家為(wèi)自己的M4新(xīn)品拼命摇旗呐喊的时候，飞思卡尔却静悄悄的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ARM Cortex M4内核，為(wèi)连续监测提供多(duō)种连接选项，并為(wèi)便携式医疗设备、仪器仪表和工业测试和测量设备等应用(yòng)领域的可(kě)靠模拟信号处理(lǐ)提供集成测量引擎。Kinetis K50系列已纳入飞思卡尔产品長(cháng)期供货计划，保证至少15年的稳定供应。”

　　这似乎是飞思卡尔对业界某些传闻“最无声，但却最有(yǒu)力”的抗议。2010年6月，飞思卡尔正式推出基于ARM Cortex-M4处理(lǐ)器的90nm 32位MCU Kinetis系列，并计划于2011年全面供货。该系列采用(yòng)了飞思卡尔90nm薄膜存储器(TFS)技术和FlexMemory功能(néng)(可(kě)配置的電(diàn)子可(kě)擦除、可(kě)编程、只读存储器EEPROM)。新(xīn)MCU还使用(yòng)与ColdFire+MCU相同的软件支持工具和超低功耗灵活性，使客户能(néng)够轻松地為(wèi)其最终应用(yòng)选择最佳解决方案。

　　从M0到M4，随着半导體(tǐ)厂商(shāng)纷纷加入ARM阵营，这是否意味着MCU市场的专用(yòng)架构时代正在过去，一个通用(yòng)的Cortext M内核的时代已经到来?这又(yòu)是否符合嵌入式市场的原则?让我们拭目以待。