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多方加入Cortex-M4 MCU混戰，通用內核時代是否已到來？
在中國“三網融合”大勢所趨之下，未來幾年，中國數字電視、電子游戲機等數字消費電子產品和高端家用電器市場需求旺盛，再加之工業領域持續的強勁增長，將極大拉動市場對16、32位高端MCU的需求。繼Freescale、NXP陸續推出基于ARM Cortex-M4內核的微控制器產品之后，ST日前又點燃了“一把熊熊烈火”，把本已混戰不堪的32位MCU市場攪得更加火熱。
史上最強M4微處理器如何打造?
ARM嵌入式應用市場經理羅霖此前在接受本刊采訪時就曾表示，現在MCU產品需求和市場挑戰，首先在于市場需要具備更高性能的低功耗產品，具備增強的連接性(例如接入USB, Ethernet, 802.15, NFC等);使代碼重用的利用率更高;處理和連接能力增強的模擬設備。其次，在無線傳感器、引擎控制和智能電表上使用的MCU產品需具有更高能效;而隨著設計出的產品性能越來越復雜，對于內存和頻率的要求也會變得更高，面對這些挑戰，8/16位MCU已顯得力不從心。
低功耗和高性能始終是一對矛盾體，這是不爭的事實。正因如此，既降低功耗，又能提供可接受的性能一直是單片機供應商所面臨的技術挑戰。日前，一條來自意法半導體的新聞引起業界眾多關注——該公司推出了號稱“迄今為止，全球性能最強的基于ARM Cortex-M4內核的微控制器STM32 F4”，并將應用目標鎖定在數據交換及通信設備、醫療保健、安防監控、消費電子、工業自動化、綠色能源、白色家電等眾多領域。
ST微控制器全球市場部總監Daniel Colonna表示，STM32 F4系列引起市場關注有多方面的原因，其中最直接的原因為該系列是迄今性能最高的Cortex-M微控制器，且已全面量產。他同時還隱約批評了某些競爭對手，認為他們“只會大張旗鼓的宣傳，卻始終無法將M4產品成功量產。”
Cortex-M4處理器是由ARM專門開發的最新嵌入式處理器，用以滿足需要有效且易于使用的控制和信號處理功能混合的數字信號控制市場。高效的信號處理功能與Cortex-M處理器系列的低能耗、低成本和易于使用的優點的組合，旨在滿足專門面向電動機控制、汽車、電源管理、嵌入式音頻和工業自動化市場的新興類別的靈活解決方案。
ST方面稱，公司正在利用新的STM32 F4系列進一步拓寬應用范圍。STM32 F4的單周期DSP指令將會催生數字信號控制器(DSC)市場，數字信號控制器適用于高端電機控制、醫療設備和安全系統等應用，這些應用在計算能力和DSP指令方面有很高的要求。
STM32 F4實時處理能力
據悉，除引腳和軟件兼容高性能的F2系列外，F4的主頻(168MHz)高于F2系列(120MHz)，并支持單周期DSP指令和浮點單元、更大的SRAM容量(192 KB，F2為128 KB)、512KB-1MB的嵌入式閃存以及影像、網絡接口和數據加密等更先進的外設。Daniel Colonna稱，ST 90nm 運行性能(168MHz)和最佳動態功耗(在外設禁用時，從閃存執行Coremark評估代碼，電流消耗38.6mA，處理頻率168MHz)。
德州儀器：更看重性價比
拿M4做文章的還有TI，就在STM32 F4發布僅僅兩天之后，通過收購Luminary進入Cortext M陣營的TI也推出了自己的新型低功耗、浮點 Stellaris Cortex-M4F微控制器系列。TI Stellaris ARM Cortex-M微控制器平臺業務部總經理Jean Anne Booth對媒體說，新型Stellaris MCU是全球首批采用65nm工藝制造的基于Cortex-M的MCU，為“實現更高的速度、更大的內存甚至更低的功耗鋪平了道路。”
來自TI的消息說，Stellaris配備256KB閃存和32KB SRAM，其ARM Cortex-M4F浮點內核工作頻率最高可達80 MHz，待機電流最低至1.6 μA;兩個高性能12位模數轉換器(ADC)和三個比較器可支持混合信號應用。其中，12位ADC準確度可在1 MSPS全采樣速率下實現，不需要任何的硬件平均，從而免除了所有的性能折衷;連接選項方面，包括USB(主機、設備和On-The-Go)、UART、I2C、SSI/SPI和CAN，用于支持通信;集成型EEPROM則可支持用戶接口或配置參數的耐用型非易失性存儲，以降低系統成本。
同時，為簡化設計加快產品上市進程，TI還將免費的StellarisWare軟件預先裝入ROM以節省閃存空間，用戶也可自行通過TI官網進行下載。Stellaris微控制器套件可由5種常用IDE支持，可在10分鐘或更短時間內跨越式啟動設計。開發人員能夠輕松地調整設計，并在具有代碼兼容性的整個 Stellaris Cortex-M 微控制器平臺上實現代碼復用。
Jean Anne Booth強調說，TI絕非不能設計出全球性能最佳的微處理器產品。但從TI走訪大量客戶獲得的反饋卻顯示，80MHz主頻反而是性價比最好的一個平衡點。她進一步解釋稱，80MHz并帶有帶浮點運算功能，這已經要比現在的M3產品性能高很多;其次，價格是個很重要的問題，客戶不會不考慮;最后，擺在眼前的功耗問題也需要客戶“三思而后行”。因此，綜合以上種種因素，TI最終將著眼點放在80MHz的Cortex-M4F上，認為這將給客戶帶來“性價比最高”的產品。
飛思卡爾：Kinetis K50保證至少15年穩定供應
就在ST和TI兩家為自己的M4新品拼命搖旗吶喊的時候，飛思卡爾卻靜悄悄的在自己的官方微博上貼出了這樣一段話，“飛思卡爾的K50微控制器系列內置ARM Cortex M4內核，為連續監測提供多種連接選項，并為便攜式醫療設備、儀器儀表和工業測試和測量設備等應用領域的可靠模擬信號處理提供集成測量引擎。Kinetis K50系列已納入飛思卡爾產品長期供貨計劃，保證至少15年的穩定供應。”
這似乎是飛思卡爾對業界某些傳聞“最無聲，但卻最有力”的抗議。2010年6月，飛思卡爾正式推出基于ARM Cortex-M4處理器的90nm 32位MCU Kinetis系列，并計劃于2011年全面供貨。該系列采用了飛思卡爾90nm薄膜存儲器(TFS)技術和FlexMemory功能(可配置的電子可擦除、可編程、只讀存儲器EEPROM)。新MCU還使用與ColdFire+MCU相同的軟件支持工具和超低功耗靈活性，使客戶能夠輕松地為其最終應用選擇最佳解決方案。
從M0到M4，隨著半導體廠商紛紛加入ARM陣營，這是否意味著MCU市場的專用架構時代正在過去，一個通用的Cortext M內核的時代已經到來?這又是否符合嵌入式市場的原則?讓我們拭目以待。