渐进式的性能提升助力8位MCU获得更多应用

光彩四射的一代又一代超级处理器受到广泛关注，而朴实无华的8位微处理器却一直充当业内负重的驮马。随着需求变化，在一些应用中微处理器升级到16位或更高，但与此同时，处理能力和集成水平持续提升的8位器件也不断找到了新的应用。这使得面向成本关键型系统的8位微处理器的阵容变得日益庞大，功能也变得日益强大。

与高端处理器令人眩目并可资炫耀的能力进展相比，低端处理器默默的、渐进式的改进似乎显得相对黯然。例如，在Microchip技术公司最近的PIC 8位微处理器系列中，8引脚的PIC12F519和14引脚的PIC16F526都带有64字节的片上闪存数据存储器。增加这个特性可能算不上重大的技术跃进，但它却代表了8位处理器持续改进的趋势，不断累积的改进最终也会带来重要影响。

“8位器件的历史一直是一种渐进式改进的历史。” Microchip公司产品营销应用经理Sanie Duvenhage指出，“它们变得更紧凑、成本更低，容量和灵活性都一步步地显著提高。”

东芝(美国)公司业务开发经理David Chen同意这种看法。“用户现在期望以相同或更低的价格得到集成度更高、具有更多特性和外围电路、且速度更快的产品。”他指出。由于有这样的需求，8位微处理器目前普遍包含串行和并行数字I/O、A/D和D/A转换器、定时器、振荡器、非挥发性存储器及许多其它功能。

然而，为满足各种不同的应用需求，现有产品的具体功能配置差别很大。Microchip公司的Duvenhage指出，“高端处理器的型号开发通常以一些大型应用系统为目标，而8位产品的应用较为零散，且是一个横向的市场。”Microchip曾透露其近6万用户的前十位占有率不到其业务的10%。

其结果之一是，在内存、外围设备、I/O和系统功能方面，所有现有的微处理器系列都存在不同配置。像意法半导体等厂商，其产品目录中久包括数百种8位MCU。

结果之二是基于8位微处理器的产品家族繁盛。据Gartner Dataquest资料，按数量计算8位器件占据处理器市场的一半以上。这个优势地位似乎将会持续，而且实际可能还在强化，由于系统特性更多且价格更低，8位微处理器在需求增长方面领先于16和32位微处理器。

这个结果似乎是违反直觉的，因为高性能产品的成本下降理论上应该引发从8位器件向上迁移。在一些情况下，这样的迁移已经发生。TI公司MSP430 16位MCU小组的营销经理Kevin Belnap指出，“性能在某种程度上定义了8位和16位市场之间的分界线。”Belnap指出，在一些应用系统中，不断提高的性能要求产生了对双精度计算或16位模拟的需求，与此同时，16位MCU成本也在随着半导体工艺的一代代更新而下降。

开发新的应用领域

然而，工艺进步降低了16位器件成本，同时也在提升8位处理器的性能。另外，架构的改进也支撑起更强大的性能。例如，东芝去年推出了基于具有一个时钟内运行一条指令能力的TLCS-870/C1内核的8位MCU系列。与每条指令4个时钟周期的架构相比，该架构改变意味着重大的性能提升。这样的进步有助于8位MCU在许多应用中保持其独占地位。

集成度的提高是8位MCU在一些以前使用ASIC、可编程逻辑或非电子方法的应用中具有吸引力的另一个因素。由于8位MCU价格不过几毛钱，目前在电池充电器、电动牙刷、咖啡机、家用验孕工具、玩具甚至烟花中都已包含了MCU。

复杂系统也能利用8位MCU来实现一些简单的功能。例如，Microchip的Duvenhage就表示，在一些需要可配置时延的应用中，工程师们在使用6引脚的MCU来控制复位电路，其原因仅仅是因为它们易于配置且更便宜。同较大MCU能够占领的应用相比，8位MCU新开发的应用在以相同或更快的速度增长。“这形成了得失相抵的动态平衡，”Duvenhage说，“整个市场是稳定的，而且，将在长时间内保持稳定。”

总成本方程

价格是8位器件夺取新应用领域的杀手锏。“8位领域最关键的是成本，”东芝的Chen说，“为保持竞争力，需要非常小心地给这些控制器定价。”

但仅仅器件价格低还不够，Chen补充说。制造商们需要考虑用户的总成本，包括MCU在其它方面可以实现的任何节省。例如，在MCU中包含开机复位电路可以省去几个外部器件，用户在做决策时会考虑这样的好处。

为充分利用合理组配带来的整体优势，东芝等一些大型公司把营销重点放在能够以组合价格向用户提供一揽子交易的应用，把MCU和其它系统元件包括在内。Microchip等其它公司则致力于在保持低价格的同时提供尽可能多的片上功能。

几乎所有的8位制造商都在设法解决的另一个成本要素是用户的开发成本。低成本和易用的工具及广泛的应用支持目前是各家制造商的MCU产品的努力标准。应用支持有助于解决8位产品的多样化问题。“我们常常需要在用户的设计过程中手把手地指导，”Chen说，“所以我们专注于那些我们有专业经验的细分领域。”

他补充说，每家8位制造商都需要有良好的用户针对性，而且每家制造商都有强项和弱项，这使得各家制造商及其产品存在巨大差异。“每家公司都有自己的专长领域，所提供的产品必须‘恰如其分地’体现自己的专长，”他说。

尽管如此，一个整合阶段可能已经来临。那些对架构和技术没有进行持续升级的制造商可能最终会失去自己的市场。

“16和32位器件的价格在非常快速地下降。”Chen说，“许多制造商在技术上已经落在后面。目前正在投入资金的公司将在未来的5到10年内取得好的业绩，而那些把8位MCU作为摇钱树的公司将被挤掉。”

图：Microchip公司的新型8位处理器加入了64字节的闪存，折射了MCU渐进式改进的趋势

作者：Richard A. Quinnell

特约技术编辑