１６位ＭＣＵ攻略

16位單片機(微控制器，MCU)一向是一個頗有爭議的產品地帶：往高走有32位MCU一大批廠商及其豐富的產品線頂著，向下游更有五花八門的8位單片機世界窺視著。因此，四、五年前，業內流行著這樣一種看法：16位單片機是8位與32位微控制器之間的灰色地帶，除了汽車等利基市場外，少有發展機會了。幾年過去了，16位單片機市場到底如何?

市場穩中有升

許多16位廠商認為16位單片機有其獨特的市場定位，市場規模不會縮小，是不可取代的，16位MCU只會平穩的增長。

“根據瑞薩的預測，中國的16位、32位MCU的年增長率都在10％以上”。瑞薩科技(北京)有限公司北京技術中心總經理常清璞認為。但是世界單片機市場增長略低(如圖1)。

根據Strategy Analysis的最新研究報告，16位MCU未來5年的年均復合增長率達到28％。富士通公司MCU產品經理丁潔早分析道，從富士通微電子的經驗看來，8位有統占低端市場的趨勢。在部分中高端市場，32位MCU會采取降價的策略搶占一部分16位MCU的市場，但受制于其成本的因素，在總體上，不可能做到像16位MCU一樣的性價比。因此可以相信，16位MCU以其出色的性價比，在汽車電子、工業控制領域將會有更大作為，比如汽車的動力系統、組合儀表板、空調系統以及車身模塊，基本都是采用16位MCU進行設計。8位MCU由于技術門檻不是太高，加上低端市場的巨大規模，當然是幾乎每一家MCU公司的必備產品線。32位MCU由于引入開放式ARM架構，降低了競爭者的準入門檻，而且市場的應用得以不斷的拓展，所以未來也充滿了很多的機會。

Freescale也十分贊同16位單片機在汽車領域地位穩定。Freescale半導體中國區汽車電子工程經理康曉敦說：“由于需要較長的開發周期和較長的產品生存周期，在汽車電子領域16位單片機市場不可替代。因為16位MCU可以覆蓋一部分32位MCU和8位MCU的市場，而且其開發過程比32位要簡單，也不比8位難多少。這樣在汽車電子供應商開發平臺性項目，或利用共享資源開發多個項目時，16位MCU因其覆蓋面較廣，就會有相對大的空間。

可見，隨著8位MCU性能越來越高，32位MCU成本不斷下降，MCU市場不再涇渭分明，而是體現出相互覆蓋，相互滲透的趨勢。16位單片機成為了8和32位之間的灰色地帶。有廠家認為灰色地帶越來越窄，但是也有廠家專門挖掘這塊灰色地帶，使它越來越寬。TI MSP430中國區業務拓展經理刁勇認為，“由于16位單片機與其它位數產品的界限越來越模糊了，因此，為16位MCU伸縮拓展帶了機遇。”TI的微控制器產品線只有16位的MSP430，刁勇對16位MCU的市場成長抱非常樂觀的態度。事實上，許多MCU市場不是靠總線位寬唯一決定的，在很多應用場合總線位寬都不是重要的考慮因素。MCU的功耗、片上集成的模擬和數字外設以及開發易用性等因素成為決定MCU應用的重要考慮。傳統的16位MCU在追求位寬和速度的同時，犧牲了功耗，開發手段復雜，因此限制了16位MCU的應用。如果16位MCU能夠解決功耗問題，集成豐富的模擬和數字外設和實現開發的易用性，16位MCU除了可以固守原有的市場應用外，還可以在一些市場領域和8位MCU甚至32位MCU競爭。

由于產品線的細分，大部分有16位單片機的廠家也有8位和32位產品。這樣可以幫助各種層次客戶選擇最適合他們系統要求的MCU類別，使得客戶的產品與他們的競爭對手相比，保持最大競爭力，又做到充分差異化。例如，富士通的8位、16位和32位MCU保持基本指令的兼容性，客戶如果要從8位MCU升級到16位MCU平臺，只需修改少量的代碼。

為何玩家數量有限?

與8位、32位參與者眾多不同，16位單片機廠商數量屈指可數。原因可能是少數幾個大廠家在此市場較為成功，居壟斷地位，因此其他廠家介入較難，因此干脆依靠ARM核直接跳到了32位單片機市場。例如，瑞薩科技(北京)有限公司北京技術中心總經理常清璞說：“瑞薩的16位單片機營業額占40％的市場份額。”因此，瑞薩、Infineon、TI等16位MCU占其嵌入式業務主流的公司在此領域稱霸多年。

不過，也有勇于向壟斷挑戰的斗士。例如Microchip公司在8位MCU市場取得了世界營業額桂冠后，在2005年10月宣布進軍16位單片機市場，2006年上半年16位單片機批量上市，當時該公司CEO Steve Sanghi來訪北京時，曾說十分看好16位單片機的定位，認為是8位和32位無法取代的，尤其在16位單片機的基礎上發展用于電機控制的DSC(數字信號控制器)。值得一提的是，Microchip 2007年11月8日才宣布進軍32位單片機市場，可見Microchip把16位單片機的發展規劃為該公司稱雄嵌入式世界的戰略步驟之一。不過，務實的Microchip單片機把位數提高絕不是跟風走、隨大流，執行副總裁GaneshMoorthy說，Microchip的新芯片首先是滿足該公司客戶的需要，然后才是向外拓展。在拓展方面，Microchip看到每年從中國畢業的工科學生的數量巨大，認為這是非常巨大的潛在設計資源，因此今年該公司與本刊(《電子產品世界》)聯合舉辦“Microchip 2007～08年度16位嵌入式控制設計大獎賽”，可見Microchip公司對發展16位單片機的堅定信心。

然而，有著雄厚32位處理器實力的Freescale卻認為16位的空間較窄。因為隨著32位MCU的價格不斷走低和一些8位MCU變得更加強大，16位MCU的空間已縮小到一些獨特的市場，包括汽車、存儲、數碼相機、攝像機等。8位產品的易用性和低成本在市場極具吸引力，而16位需要更大的處理功率和存儲空間，以及更大的引腳。Freescale用于控制的Coldfire系列在16位、32位的架構都有，但Coldfile在32位的發展越來越好。另外，該公司去年夏天推出的Flexis單片機，也是8位和32位之間軟件和引腳兼容。

16位單片機的技術趨勢

與8、32位無縫移植。隨著產品升級換代的需求，工程師需要輕松地從初級MCU移植到16位，或者16位向更高端的MCU移植。

網絡化。Freescale的康曉敦說，針對汽車電子網絡化的發展要求，需要開發更強大的用于不同網絡的MCU。

制程和性能提高。富士通的丁潔早指出：16位MCU主要面向中高端市場，未來會不斷地采用更高更先進的制程技術，CPU處理能力也越來越高，同時功耗和成本都可以不斷的降低。所以，從某種程度上來說，也許未來的16位MCU也可能會搶占一部分8位MCU的高端市場，同時與32位MCU不斷拉開價格差距。

可向傳統8位市場延伸。TI的刁勇說，正如我們所知，MCU的市場應用不是靠總線位寬唯一決定的。MCU的功耗、片上集成的模擬和數字外設以及開發易用性等因素成為決定MCU應用的其他重要考慮。所以16位MCU如果能夠實現低功耗乃至超低功耗、集成豐富的模擬和數字外設和實現開發的易用性，16位MCU可在傳統的8位市場應用(比如防竊電表、水表、熱表、消防探頭和有源RFID)成為客戶的首選，并在越來越多的創新領域(比如數字式安裝儀表和便攜式的家用醫療儀器)得到廣泛的應用，未來的應用前景十分樂觀。

三大主流應用

Microchip大中華區資深應用工程師經理夏宇紅總結道，當前中國市場拉動16位MCU的需求主要有：

消費電子。中國在消費電子生產和銷售有著舉足輕重的地位，但龐大的傳統家電產業隨著生產技術和市場的成熟和老化，利潤空間已逐漸萎縮。家電廠商都將重點放在新型家電產品的研發和市場培育，如變頻空調、節能冰箱、網絡家電、智能家居等，傳統的8位MCU已不能適應這些產品的發展，而32位MCU的芯片成本和開發成本也不適合這個應用，16位MCU正好處于二者之間，較好地迎合了這些產品的需求。此外，方興未艾的數字消費類電子也是16位MCU的巨大推動力，如機頂盒、手機、PDA、便攜式媒體播放器等等，這些產品有著換代周期短、消費人群多、對MCU性能要求高等特點，也是16位MCU的主戰場。

汽車電子。32位MCU主要見于汽車信息系統中，8/16位才是汽車電子的主流，其中16位MCU由于其固有的一些優勢，如高速數據處理(16位)，靈活的外圍接口(CAN，LIN)、高速外設(A/D，PWM)等，在汽車電子上的應用前景優于8位MCU。

工業控制領域。比如變頻器、數控機床、熱工儀表、自動控制應用。這些工控場合對速度要求低于對可靠性的要求，16MCU由于系統大小適中，實時性好，非常適合應用于這個領域。

各家產品優勢

Inflneon

Infineon微控制器高級總監石敬巖指出，一個新的好平臺，即便芯片成本降低20％，轉換平臺仍需很大的決心。這是因為工業企業的客戶多為中小型企業，在中國很多企業的主要軟件設計人員是公司的高管，既要管理企業又要進行產品設計，因此軟件平臺的轉換(需要消耗1～2人年)不僅包括通常的軟件開發成本，有時還包括很高的管理者時間成本。因此，在轉換平臺時努力將研發成本減少1人年以上成為公司的目標。核心和外設的一致性可以減輕客戶的研發負擔，同時需要為客戶提供整套的工具套件。

針對電機控制領域，Infineon走了兩條路線：8位和16位，并且提供解決方案配套，芯片均為該公司的單片機和功率器件。今年初推出的XE166系列是適用于工業應用的16位實時信號控制器。xE166結合了C166和XC166的優勢，提高了實時性；除此之外，嵌入了穩壓器、振蕩器等，實現了更高的集成度；另外，內核速度更快，最高達80MIPS，集成了DSP單元；還有內存容量更大，目前最高可達768kB閃存，針對電機驅動，具有同步雙ADC和4個PWM單元。在上市時間方面，由于兼容C166代碼，產品開發時間縮短。

富士通微電子

富士通既有的16LX產品，在變頻家電、汽車電子、工業控制領域取得了較高的市場地位，某些應用領域的市場份額甚至高達80％。富士通最近正式推出了新的16FX產品系列，全部采用0.18um的工藝制程，大干21MIPS的CPU處理性能，集成2通道CAN總線，支持更多新型通訊接口，主要面向汽車電子和工業控制市場應用。新的16FX相比以前的16LX，性能提高5倍，而價格基本保持相同。

Freescale

Freescale的S12X系列16位微控制器帶有一個功能強大的XGATE協處理器，能夠分擔CPU的很大一部分計算機密集型操作。這種多功能、高效的協處理器專門用來處理中斷事件而無需CPU的干預。XGATE以比CPU的時鐘速度高兩倍的速度從隨機訪問存儲器(RAM)中運行，可以減輕CPU執行耗時的中斷處理操作的壓力，使它能專注于與應用有關的工作中。

帶有XGATE的16位MCU已經在市場上獲得了廣泛的好評。這種16位MCU以其上能具有接近與32位MCU的性能，下有近乎于8位MCU的價格，在從動力總成控制到車身控制的幾乎所有汽車電子中使用，如中低檔動力總成控制、安全氣囊、ABS控制、車身網關等。

TI

最近幾年，MSP430在全球每年的業績成長都超過50％。主要在儀器儀表、工業控制、醫療儀器、無線/射頻和計算機周邊等領域得到廣泛的應用。TI未來關注的焦點方向有MSP430FE42X在單芯片防竊電電表方面的應用，以及MSP430FGXXX系列在便攜式個人醫療儀器上的應用。

MSP430主要的優勢是超低功耗架構，針對電池供電的應用可大幅延長電池壽命，例如RAM保持模式僅消耗0.1uA；實時時鐘模式僅消耗0.8uA；工作模式僅消耗250uA/MIPS。除此之外，還有豐富的模擬/智能外設集成，具有超過100種器件，另外還采用16位RISC CPU以更精簡的代碼支持各種應用等特點。

Microchip

Microchip有dsPIC系列、PIC24F和PIC24H系列。特點是高、中、低各個系列齊頭并進，型號齊全，為用戶提供優化選擇。這些產品從內核到外設兼容性良好、使用共同的開發環境，最大化客戶開發效率。

Microchip 16位開發工具的配套較好、兼容性高、開發風險小。仿真工具(MPLAB-IDE)、開發工具(PM3、ICD2、REALICE)、產品文檔、應用筆記、編譯工具(C30、匯編器)、開發板(以太網、語音處理、通用板)、庫函數(DSP庫、外設庫等)等都隨著新產品的發布同步到位。

針對不同市場，Microchip 16位系列分為通用系列、傳感器系列、數字電源SMPS系列、電機控制系列等。

瑞薩

瑞薩科技宣布09年上半年將要推出一個創新的新型CISC(復雜指令集計算機)CPU架構設計，是32位為基礎，有兩個系列、兩個發展方向，以低功耗為主的方向是以16位架構為主，高性能的以32位架構為主。新系列出來后，將對原有的32位和16位單片機系列有替代關系，如M16C、H8S、R32C和H8Sx系列。

新型RX架構實現了一些重要特性，可以充分滿足公司如下目標：

高工作頻率：200MHz

處理性能(MIPS/MHz)：1.25 MIPS/MHz(Dhrystone v2.1基準)

高代碼效率：與現有產品相比目標代碼量減少了30％，

低功耗：0.03 mA/MHz。

兼容性和可擴展性。為了向客戶提供更高性能的MCU或其他可兼容器件的無縫升級路徑，瑞薩計劃為所有采用RX架構的器件提供一整套開發工具。新的工具鏈有望簡化系統設計和應用代碼的移植，因此客戶可以用更少的時間完成新產品的開發。新的工具鏈包括一個可保證代碼復用的C編譯器，從而保護了客戶在H8和M16C系列上的投資。