嵌入式技術市場及其特點

編者按：近日，《電子產品世界》邀請了部分典型的嵌入式系統供應商，請他們主要回答了以下三個問題：從貴公司的角度看，MCU技術的發展特點是什么?當前嵌入式MCU的熱點應用有哪些?貴公司的競爭法寶是什么?從這些答案中，相信讀者可以看到嵌入式市場與技術的走勢。

MCU市場概覽

據Gartner估計，2008年全球MCU總收入達到了136億美元；2009年，由于全球經濟衰退的影響，這個數字可能將會下降到約100億美元。由于其較多出現在于汽車市場上，因此，MCu市場的下滑幅度將會超過整個半導體市場。

就增長速度而言。32位產品市場持續高于8位和16位Mcu產品市場。2008年，每一產品細類中處于領先地位的商家仍舊保持其領軍地位一Microchip公司在8位微控制器(MCU)產品市場上仍占據榜首地位；而Renesas(瑞薩)和NEC電子則仍然分別引領著16位和32位MCU產品市場的發展。

MCU市場上一些行業發展趨勢體現在以下幾個方面。

更多的銷售商關注于其MCU產品組合。就利用落后于行業發展前沿需要的制造技術以較低的資本投入獲利而言。MCU市場的商業模式證明是令人滿意的。Microchip是該市場上一個眾所周知的成功故事。作為一家主營MCU產品的供應商。截止于2008年年底，Microchip已經連續73個季度實現盈利。

Microchip公司的成功引發了2008年市場上的激烈競爭。業內幾家主要的半導體公司開始轉變其經營策略，為了使競爭更為有力，他們開始更多地關注于能夠獲得更多盈利、形成更大規模的市場部門。新近出現的一些顯著變化包括：

·Atmel公司開始向專營MCU公司的方向轉變；

·為了保持公司的發展，賽普拉斯(Cyptess)公司正在將成功寄希望于可編程片上系統(PSoC)上；

·飛思卡爾(Freescale)公司已經決定退出虧損不斷的無線產品市場，轉而將其投資重點放在兼營汽車部門之外的核心MCC業務上；

·TI正在逐步削減其無線基帶業務，優先發展嵌入式處理市場；

·NXP已出售其無線運營業務，正在優先發展其多市場半導體業務。

并購活動不斷升溫。隨著競爭壓力的不斷增強，多家微處理器(MCU)供應商已采取措施，通過并購的方法來消除競爭壓力和縮短產品面市時間。

2009年中最近公布的并購活動包括世界頭號和2號微處理器(MCU)銷售商——瑞薩和NEC電子公司間的計劃合并，此舉將占去整個MCtrfi5場的三分之一。TI則收購了Luminary Micro公司。

MCU市場傾向于標準處理器核。在過去的幾年中，通用MCu市場中ARM處理器核的發展勢頭愈演愈烈，2008年的情況也是如此。從圖1我們可以看到，2006年至2008年期間，基于ARM的32位MCU產品的銷售量不斷提高，這主要是由Atmel、NXP、三星(Samsung)、意法半導體(STM)和TI公司的產品銷售推動的。2008年，基于ARM的32位MCU產品的銷售增長了26％，該數字高于整個32位MCU產品市場(12％)和總體MCU產品市場銷售(-2％)的增長速度。

這樣就有可能造成基于ARM的MCU產品種類繁多、銷售商家云集、產品價格富有競爭力以及軟件代碼可重用的情況，因此，轉向標準處理器核產品的最大好處就是嵌入式設計人員從中可以獲得更多的選擇。

瑞薩：以低電壓，高性價比為目標

瑞薩電子(上海)有限公司市場與工程技術事業部單片機產品部市場應用工程部高級總監上村省—

在MCu產品方面，瑞薩以更低電壓、低功耗、以及提高性價比為目標。同時，開發環境也非常重要，為了使顧客能以更低的成本實現簡便的開發過程，瑞薩致力向顧客提供價廉物美的開發工具，并提供豐富的應用技術資料。

在工業領域，瑞薩在安全性設備和電機控制機設備的MCu份額持續擴大。在民生領域，隨著小型家電的電子控制化率的提高，將以8bit MCU為中心向這些領域進軍。

在中國市場，譬如下一代EPM(Electric Power Meter，電子電表)和數字廣播CMMB等的標準規格等正在被熱烈討論著，我們預計今后以民生和工業為中心，制定有中國特色的新標準。具備前瞻性的發展動向，及時向顧客提供合適的解決方案，就是我們與其他競爭公司差異的關鍵所在。

Silicon Labs：低功耗、小型化、人機交互趨勢

MCU業一個很明顯的趨勢就是減少MCU的功耗。Silicon Labs對MCU進行了超低功耗的優化和運行制度的優化。典型的MCU在工作和睡眠模式中進行了低消耗的優化，包括當時只有實時時鐘工作電流。除了上述的操作模式外，Silicon Labs的MCU具有包括如“突發模式”的模數轉換器的功能，這就減少了業務子系統運行的時間，從而降低了系統功耗。除了通過經營模式和集成外圍設備來降低功耗外，Silicon Labs通過降低工作電壓來減少耗電量。耗電量是電壓和電流的乘積。當工作電壓降低，整體的能耗降低也成正比地降低。Silicon Labs的MCU運作低至0.9V，可確保系統運作中的堿性電池的整體可用范圍。

便攜式和手持產品小型化的發展趨勢已經愈發顯現。許多產品現在“可穿戴”，并要求極小型封裝。對于Mcu來說，這意味著不僅要有更小的尺寸，更重要的是要整合進更多的功能。一個很好的例子是C8051T606一世界上較小的MCU一在精巧的2mm×2mm封裝中提供超高的功能密度，包括進一步集成了電壓監測和精密振蕩器。

人機交互功能是MCU產品一個日益增長的趨勢。MCU外圍設備越來越先進，能夠有效地實現這些功能。一個范例是創新的電容到數字轉換器(CDC)，即在C805 1F700單片機中集成。這個外圍設備允許非常小的電容變化的直接測量，以便有效地實施電容式觸摸感應。在疾病控制中心，像CDC這類的先進外設可以在沒有任何外部組件的情況下，進行低功耗、低噪音的強大測量工作。

響應客戶的要求。MCU的開發工具在過去的幾年有了很大的改善，簡化了開發步驟。一個主要的創新是采用以USB為基礎的評估工具。簡單易用且成本低。現在MCU“ToolStick”的開發工具系列有幾十種選擇，使得開發工作簡單，快速，無故障硬件評估。

與無線應用組合。最近我們看到MCu產品和短距離無線產品組合的趨勢。大量新系統正在研制并用于低功耗MCU-GHz ISM頻段的無線連接。典型的應用領域有安全、家庭／樓宇自動化和射頻識別。Silicon Labs的低功

耗C8051F900MCu系列和EZRadioPKO無線電產品系列一直在這些領域中做著貢獻。我們已經制作了開發套件、評估工具和軟件包號碼，以方便開發人員執行MCU／無線系統。

普芯達：SOC化和低價化

MCU技術的發展特點主要體現在兩點。

第一，SoC化。MCU發展至今，已經是越來越成熟的產品，應用也是越來越整合，我們希望依靠Mcu可以完成—個系統的工作，甚至可以完成幾乎所有的功能。于是集成在—塊芯片上完成一個系統的功能，集成化就是我們發展的方向。我們歸結為SoC化。

第二，低價化。在整個市場范圍內，成熟的MCU產品為了取得更廣泛的應用，價格將趨于更加合理。在大家都去使用的前提下，價格將趨于低價化，應用范圍將會變得更為廣闊。

當前，MCU的熱點應用主要在小家電、LED節能控制、玩具游戲、防盜類產品。

普芯達主要集中在行業用戶方面，以MCu平臺為基礎，貼近客戶，有針對性地為客戶提供整體解決方案。

Microchip：電池供電對MCU的挑戰

市場對電池供電或功耗限制應用的需求，特別是消費類應用，正處于增長之中。它要求電池供電器件工作的周期更長一有時需要幾年一無需重新充電或者更換電池。例如，煙霧或一氧化碳探測器，以及新興的家用醫療診斷設備。它們和其他先進的測量或監控設備結合在一起，例如，恒溫器、固定資產跟蹤系統或門禁系統。

這些電池供電或功率限制應用有一個最重要的共同之處：他們大多數時間處于開啟但不工作的狀態，這使得他們有別于不使用時通常處于關閉狀態的應用。這也意味著，器件不工作時所節省的功率是決定器件壽命的一個僅有的最重要的因素，并且是著眼于延長器件壽命時需要關注的最重要的一個方面。這種趨勢要求現有的通過改善晶體管性能發展而來的低功耗技術能夠使器件在等待狀態下消耗盡可能少的功率。

Microchip已經將其最新的nanoWatt XLP系列PIc單片機(MCU)定位于這類應用，這一系列單片機代表了世界上在休眠模式下最低功耗的MCU，消耗的電流僅為20nA，甚至更少。這意味著他們在其大多數的工作周期中要比現有的其他MCU消耗更少的功率，實際上將功率限制器件的使用壽命延長到了20年或20年以上。

低功耗工作的關鍵是先進的nanoWatt XLP超低功耗技術。它引入了一個額外的深度休眠模式，允許MCu架構中越來越多的部件在不活動的很長一段時間內處于關閉狀態。

Freescale：新興市場是MCU的沃土

在新興市場，通用MCU產品正以前所未有的速度在擴展，這些市場以前從未使用過MCU。強大的通用產品組合不僅能幫助公司占領新興市場，而且能夠幫它在同一個市場發展ASSP(專用標準產品)掃清障礙。我們已經認識到，一個成熟的大型市場需要ASSP。飛思卡爾(Preescale)創建的商業模式能夠支持ASSP，甚至全部定制產品。

中國政府出臺的經濟刺激計劃促進與基礎建設相關的許多市場開始復蘇，如低端家電、醫療設備、智能電表及交通運輸市場等。今年這些市場的發展態勢將好于去年。

為了滿足不斷變化的市場需求，飛思卡爾從未停止開發新技術和新產品，即使在經濟下滑的年份同樣如此。2008年公司宣布重點是工業細分市場，如醫療、樓宇控制、能源和家電設備等，2009年我們將繼續在這些應用領域進行投資，因為飛思卡爾相信這些市場將會帶領整個市場走出低谷。

液晶顯示器(LCD)已經成為我們家庭、辦公室、汽車和工廠中電子產品的核心和日益普及的用戶界面。為了進一步壯大用于LcD應用的MCU解決方案系列的陣容。飛思卡爾為工業控制應用推出了MC9S08LG32 MCU系列。8位S08LG MCU具有集成的LeD驅動，是飛恩卡爾廣受歡迎的L系列8位MCU的成員，為各種工業控制和汽車設計提供了經濟高效的LCD控制解決方案。S08LG系列為電表應用、HVAC控制、數字恒溫器、家用電器和健身器材提供經濟高效的嵌入式控制和用戶界面解決方案。此外，s08LG器件還是各種車身控制應用的理想選擇，如用于新興市場入門級車輛的組合儀表。

中國是亞太市場的中心。預計到2012年，亞太市場將占整個工業和消費類MCU市場的近50％。對此，飛思卡爾新增了在亞太市場的投資，包括研發和銷售及管理。飛思卡爾MCu解決方案部自2000年起開始組建本地研發團隊，而且從2007年開始進行市場推廣。這些市場推廣和設計團隊。協同天津的生產團隊，共同針對中國市場推出3個系列的MCU新產品，其中包括低成本的電表系列。這些投資現在已經開始帶來不錯的投資回報。據iSuppli最新報告顯示，2008年飛思卡爾在中國市場的Mcu供應商中排名第二。我們相信，飛思卡爾強大的本地團隊將交付更具競爭力的產品，從而在中國占領更大的市場份額。

英飛凌：三大產品線布陣

在《電子產品世界》2009年第9期(63頁)，介紹了我們對MCU技術市場特點的理解。本文介紹了英飛凌嵌入式MCU產品線，可分為8位、16位、15／32位和32位。

在8位MCu產品方面，英飛凌向客戶提供XC800產品系列。該系列產品經過優化，適合成本敏感型的嵌入式實時控制應用，如電機控制(例如空調、泵類和風扇中的電機)。XC878系列產品是最早推出的8位MCU之一、它們既支持功率因素校正(PFC)，也支持磁場定向控制(FOc)。利用FOc扭矩動態控制，可以顯著低電機的噪音，提高電機的能源利用效率，將電機的能效提高至95％。

英飛凌的新型XE166系列產品是一種16位實時信號控制器(RTSC)，具有先進的中斷響應和即時關聯轉換功能，特別適合工業應用。該系列產品可提供64kB至1.6MB的閃存容量，封裝引腳的數量為64至176。XE166系列產品繼續采用C166v2內核，并沿用了歷史悠久的C166結構(后者在市場上的銷售量超過s億塊)。執行單周期指令時，XE166產品的性能達到100MIPS。片上MAC單元提高了電機控制算法(如FOC或數字PFC)等應用的DSP計算能力。

英飛凌的XC2000系列16／32位Mcu是專門滿足苛刻車載應用要求的MCU，擁有三個子系列，分別滿足不同的車載應用要求。通過實施“零缺陷”戰略，英飛凌將MCU的缺陷率降低至1 dppm以下，滿足了車載市場對高質量的要求。與XE166一樣，客戶可以方便地從現有C166設計轉換為XC2000設計。

英飛凌的32位三核系列產品是市場上功能最強大的控制器產

持和更新。

其次，與Pc業不同，微軟不需要向最終用戶提供微軟的品牌，即基于windows技術的體驗都是設備制造廠商的體驗，在開機的時候最終用戶可能看不到Windows的標識。

再有，多樣化需求。因此Windows Embedded家族主要有四類產品：WindowsEmbeddedEnterprise，是全版本的windows用在專用設備上，例如ATM機上：Windows Embedded standard是組件化的Windows：Windows Embedded Server是針對專用服務器的，例如保安攝像機的后臺服務器管理；前三種主要支持x86架構，Windows CE(在1年內，新一代產品將更名為Windows Embedded Compact)則支持四種架構：x86、ARM、MIPS、SH架構。另外，還有針對POS機、PND導航儀等專用領域的平臺產品。

最后，在性能上，嵌入式設備有實時性和可靠性等特點。以實時性為例，什么叫實時性?到底是1微秒、1毫秒是實時性?這要根據不同的需求。例如，假如你在控制一些傳感器，這可能需要毫秒級；如果是一個數據的備份，可能都不需要當天。從這個角度來看，Windows Embedded就有整個一條產品線，來針對不同的時間要求。如果是毫秒級的實時性需求，那就是Windows CE，如果是微秒級的，Standard可以達到：如果你需要的是稍微慢一點的，用Windows Embedded Enterprise就可以實現。

但是，現今的嵌入式系統又有些新的特點。

更多體驗、更快上市。Windows Standard新產品最大的特點是更少的組件化，在XP版本的時候微軟提供了1.3萬個組件。但在Windows 7版本的時候只有1千多個組件。為什么會有這么大的差別呢?我們看到客戶的需求尤其是新的應用領域。細化組件帶來的好處是可以把操作系統做得更小，內核幾十兆都可以做到。但是，隨著硬件由于存儲成本、硬件預算能力的提高，這些成本對設備制造商已經變得非常小了。比如增加了500MB的內存成本可以是忽略不計的，像某些顯示屏應用，一個設備十幾萬元。增加內存根本不是要考慮的問題。要考慮的是怎樣帶來更多、更強的體驗，諸如全高清和無縫移植。再比如，能不能最快把這個產品項目推向市場?如果在產品開發的時候多花一個月的時間，這帶來的潛在風險是很大的。所以大家關心的是能不能低風險地把項目、設備推向市場。

無縫連接。專用設備千變萬化，如何管理?可以想象，如果這些專用設備上運營的都是一家公司的操作系統，管理會很方便。

從嵌入式設備到專用設備演變。從前我們都講嵌入式，很多時候是從技術的角度來定義的。今天我們講專用設備，更多是從應用的角度出發的。我們看到這個發展已經遠遠超出了從前嵌入式設備低功耗、小型化、實時性的要求。專用設備變成了一個更廣闊的舞臺。

正是因為現在是以應用為主導的，所以很多客戶在選擇他的系統的時候，第一個關心的是應用能不能無縫移植。因此，在設計專用設備系統的時候，很多用戶做出選擇的過程已經變了——這是我的核心應用。我不想對應用做改動。所以在選擇新的系統的時候，Windows有一定的優勢。這已經和從前有很大的不同了。比如在十年前做產品的時候，第一考慮是芯片，然后再選操作系統。現在的趨勢我們認為是倒過來了。