忘掉MCU吧解析Cortex-M4的時代

ID:105323 · 發表于 2016-2-13 03:00

【這是一篇冠以cortem-M4 CPU一個比較全面介紹的文章，是一個常識性的文章，能夠對目前cortex-M4供應商有一個比較清晰地認識，希望對朋友有幫助，也感謝原創】
這是一場MCU界久違的熱鬧，飛思卡爾、TI、ST、NXP諸多MCU豪門一窩蜂地圍繞著同一顆內核急于秀自己。
　　2010年8月，飛思卡爾說：我是最早的；
　　2010年11月，NXP說：我是雙核的；
　　2011年9月16日，ST說：我是性能最高的；
　　2011年9月20日，TI說：我是性價比最高的；
　　這顆如此有魅力的核就是ARMCortex-M4，不過她能引得英雄競折腰并非僅因為其天生麗質。
　　亂戰M4？
　　鏡頭閃回到2006年，當一家名為Luminary的創業公司大膽地推出基于ARMCortex-M3核的MCU時，大牌公司并不太感冒，應者廖廖無幾，只有ST在2007年推出了STM32系列。但隨后，Cortex-M3產品的發展令人咋舌，ST也因為搭上了這班快車而一鳴驚人。Semicast曾預測，2013年時，基于ARM核的產品將達到10億顆，但事實上，這個目標在2011年8月就已經被輕而易舉地達到了。而Cortex-M3則成為ARM歷史上增長最快的耀眼明星，她的發展令大牌們大跌眼鏡而紛紛跟上，雖然腳步遲緩但總算是能分得一杯羹。
　　2008年，以AVR著稱的Atmel在矛盾中半遮半掩地引入Cortex-M3產品線；
　　2009年，TI宣布收購Luminary，加入混戰；
　　同年，NXP推出了基于Cortex－M0和Cortex－M3的產品；
　　2010年，一向以自有內核著稱的日系廠商富士通也推出產品；
　　不過，由于ST占得先機，令其他進攻者大費周折。據Semicast的數據統計，2007年至2011年第一季度，STM32累積出貨數量占全球市場份額的45%。也許正因為如此，當Cortex-M4出現時，大家蜂擁而上，熱鬧的場面與其前輩當年現身時大相徑庭。道理很簡單，如今的Cortex-M3市場已成為攻堅戰，需要的是時間和耐力，不如開辟一塊新陣地。所以可預見的是，未來的Cortex-M4上，將會形成絞殺之勢。而事實上，即使是在發布這個最平和的環節上，也隱隱透露出了那股殺氣。
　　針鋒相對
　　9月16日，ST在中國正式發布了基于Cortex-M4的MCU；4天之后，TI進行了相同的發布。巧的是，由于國慶節的緣故，兩家在中國的發布時間都早于全球。雙方顯然對這場發布都很重視，ST從法國請來了微控制器全球市場部總監DanielColonna，TI則由Stellaris微控制器業務部總經理JeanAnneBooth親自坐鎮。
　　“全球每交付2個Cortex－M系列微控制器，其中一個就是STM32，”這是DanielColonna的開場，而其隨后的闡述也充滿了志在必得的姿態，“STM32F4系列帶來全球迄今最高性能的Cortex-M微控制器”，支撐他論點的是：高達168MHz的主頻，以及在此主頻工作下的CoreMark基準測試功耗為38.6mA。
　　ST微控制器全球市場部總監DanielColonna
　　DanielColonna毫不掩飾ST的張揚，給記者展示了幾張和對手比較的PPT，抨擊對手們沒有量產、受限于最大主頻、受限于內存速度等等，而STM32F4則是“綜合最佳，加速＋速度”。從“同類產品R”、“同類產品F”、“MCUN”這樣的名稱，你大致能猜到PPT中意指哪些MCU供應商。
　　也許實在是太自信了，當記者們還在提問時，DanielColonna和ST北中國區市場部經理曹錦東就因為要趕飛機而離去，把現場的問題和記者留給了ST大中國暨南亞地區微控制器與微處理器應用部高級經理梁平。
　　相比之下，TIStellaris的最高領導人JeanAnneBooth在發布會現場回答完所有的提問后，還在解答個別記者的疑問。這位Luminary的共同創始人在2010年6月面對中國媒體時，她的職位還只是Stellaris的市場總監，升職應該既是她在TI融入度的一種體現，也是對過去一年中Cortex－M3推廣方面所取得成績的表彰。
　　TIStellaris微控制器業務部總經理JeanAnneBooth
　　JeanAnneBooth顯然很理解記者的心思——既然大家的產品都是基于相同的內核，都具備Cortex-M4核本身帶來的運算功能和更低的功耗，那么TI的獨特之處是什么呢？在她的闡述中，StellarisM4F繼承了其前身StellarisM3的優點：豐富的外設、卓越的模擬性能、易用的StellarisWare軟件庫。
　　她特別強調了如今對于工程師來說，選擇產品的首要因素是軟件。而StellarisWare是TI提供的可供用戶免費下載的軟件，其中包括數以百計的工程示例、應用和外設程序庫以及開源堆棧。TI還將該軟件預裝入ROM以節省閃存空間。此外，具有代碼兼容性使得系統設計人員能夠借助220多款StellarisCortex-M微控制器輕松進行設計調整。
　　JeanAnneBooth拋出的另一個重磅炸彈則是價格——千片價格達到1.5美元，這讓TI給StellarisM4F貼上了“最佳性價比”的標簽。值得注意的是，TI是迄今惟一一家65nm工藝的Cortex-M4的供應商，其他公布的都是90nm。工藝的先進性意味著在未來價格上將會極具主動性。
　　但是相比于STM32F4的168MHz主頻，EEWORLD注意到StellarisM4F只有80MHz。“我們不是要做全球最快的MCU，而是要挑選一款性價比最好的產品來滿足用戶的需求，這就是我們選擇80MHz的原因。如果要做全球最快的MCU，TI當然做得到，這是TI擅長的”。事實上，與很多MCU供應商不同，TI有強大的DSP產品線，現在其MCU產品線中的C2000系列當年即歸屬于DSP，其主頻可以達到300MHz，而DSP系列可以達到1.5GHz。
　　新戰場
　　就在ST和TI兩家為自己的Cortex-M4新品拼命搖旗吶喊的時候，飛思卡爾卻靜悄悄地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ARMCortex－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。KinetisK50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。”這似乎是其對業界某些傳聞“最無聲、但卻最有力”的抗議。而NXP也早在2010年4月即攜產品高調亮相硅谷的嵌入式系統博覽會。
　　如此多地基于Cortex-M4內核的產品，一時間有些亂花漸欲迷人眼。在回答ST的優勢何在時，梁平認為，ST可以提供一個相互兼容的、寬廣的產品線。如果光從M4產品線上看，只是一個孤立的點，對開發者來說，不能支撐所有完整的系列。其實質還是在強調對Cortex-M3的繼承性，對于在Cortex-M3上已經賺得盆滿缽滿的ST而言，這樣的說法是情理之中的，當然也是他們希望看到的方向。
　　Cortex-M4市場會延續之前的格局嗎？最不答應的也許是Freescale，對于一家沒有Cortex-M3產品的公司來說，這種說法的意義不言而喻。而且如果答案是肯定的，其他家又有何參預的必要？可以預見的是，Cortex-M4將會是一場激烈程度遠甚于前的戰爭，會有更多的玩家參與。如果現在就判斷誰輸誰贏，也許為時過早。惟一可以肯定的一個贏家就是——ARM。
　　“對于ARM的Cortex-M系列（包括Cortex-M0、Cortex-M3和Cortex-M4），我們非常自豪。市場已經證實了它的成功。到目前為止，我們一共與合作伙伴簽署了超過100份的關于Cortex-M系列處理器的授權協議，已經有超過700款基于Cortex-M處理器的產品問世，截止到2011年4月，出貨量超過了7.5億。我們相信Cortex-M4將幫助ARM進一步擴大Cortex-M系列產品線，滿足新市場對于單循環MAC和浮點單元等主要功能的需求。”ARM中國嵌入式應用市場經理耿立峰在回答EEWORLD采訪時說。
　　當看到諸多豪門如此用心耕耘Cortex-M4市場時，你會驀然感到，曾幾何時，原來單片機百花齊放的局面在悄悄變化，一支ARM軍團在快速崛起，雖然他們各懷心思。而他們競爭得越激烈，ARM的市場也就擴大得越迅速。
　　“后硬件時代”的選擇
　　不管供應商們是否愿意承認，在ARM時代，當你選擇了相同的內核時，產品的同質化是不可避免的，不同產品間比拼的方式也在變化，最有發言權的設計工程師會如何選擇呢？EEWORLD專門進行了一個小調查，從網友的反饋來看，價格、開發環境都很受關注，一位網友所說的“對于做產品而言，在性能和品質均已滿足的基礎上，重點考量價格、供貨保障和貨期、交付方法等”應該是對供應商的提醒。
　　是什么導致了設計工程師考量方式的變化？中國的單片機之父——何立民教授提出了“后硬件時代”的概念，很多設計工程師都是看著他的書長大的。他告訴EEWORLD，現在很多硬件都由半導體廠商以SOC的方式或產品平臺的方式提供，產品、開發工具、軟件工具、硬件工具這一整套，使得由MCU到最終產品只有一步之遙。開發方式由此發生變化，原本是至下而上，而現在則變成了至上而下。
　　北京航空航天大學教授何立民
　　這意味著，以前設計工程師較關注的是用什么器件這些底層的東西，突出產品的系列種類。而當設計轉到平臺上進行，使用高級開發語言時，整個底層的東西是在逐漸以一種模糊的狀態出現，開發者關心和要求的是對開發平臺本身，而非平臺里是哪種MCU，是16位還是32位，是單核還是雙核。這也是一種根本的進步，最終都將走向圖形界面、按任務設計，給了開發者一個最大的自由度。所以從MCU的變化來看，在“后硬件時代”，硬件不是應用者關心，而是平臺提供者應該考慮的事。
　　JeanAnneBooth的看法則從另一個角度支持了何立民老師，她提及現在的MCU市場正處于一個整合期，而整合的最大驅動力則來自于軟件。這就像曾經的PC市場，從早期各種各樣架構的PC到最后大一統的Wintel，是由于Windows的神奇魔力。這樣的事情也在微控制器市場發生著，曾經的Intel的i860、Sparc、AMD29000等各種各樣的嵌入式處理器，它們中的大部分都消失了，因為開發者需要軟件來幫助他們快速推出市場。ARM能夠如此快速增長，Linux功不可沒。Linux之于ARM，就如同Windows之于Intel。也許就是基于這樣的判斷，TI將很大的精力放在了軟件開發上，而且還將會加大這方面的力度。
　　傳統軟件開發往往需要經歷硬件定義—>芯片開發—>仿真—>第一次投片制造—>軟件開發—>芯片設計完成后的確認，即真正的軟件開發直到第一次投片制造才開始。與此不同的是，Stellaris系列在開發新產品時之初，就已經開始做軟件研發。因而當IC從晶圓廠出來時，已經有很適合的軟件與之搭配。
　　事實上，何立民老師指出，去比較硬件產品本身的意義已經不大。因為任何一個芯片，都會在某一個領域體現出它的優勢。而某些性能，比如低功耗，在微功耗階段，有些節省就沒有意義了。嵌入式系統是一個無限大的領域，應用也是無限廣，用戶的要求也是多元化的，所以沒有一個絕對好的產品，只是適應不同領域的產品。在一個無限大的嵌入式市場中，任何比較都是相對有限的范圍。當原本的硬件巨人IBM在IT界率先走向軟件和服務，并且活得很滋潤時，是不是對我們還抱著硬件指標不放的MCU人士有些啟發呢？

ID:98591 · 發表于 2017-8-21 11:34

有便宜的m4嗎？我看stm32f4甚至都幾十塊

ID:305898 · 發表于 2018-4-11 15:32

小蜜蜂o 發表于 2017-8-21 11:34
有便宜的m4嗎？我看stm32f4甚至都幾十塊

我現代理國產M4 MCU，技術成熟，品質穩定，具體很高的性價比優勢！詳情請私信我

ID:318104 · 發表于 2018-4-27 21:34

分享給你一本書

ID:332023 · 發表于 2018-5-21 08:59

何老的總結很有啟發性

ID:339678 · 發表于 2018-6-7 22:07

臺系應該也還有生存空間，不復雜的項目不會用很貴的芯片。

ID:347571 · 發表于 2018-6-8 15:20

SchDoc

ID:24259 · 發表于 2018-12-29 13:10

lovelyguy 發表于 2018-4-11 15:32
我現代理國產M4 MCU，技術成熟，品質穩定，具體很高的性價比優勢！詳情請私信我

請問貴司的品牌是什么？我現在在找M4內核的國產單片機。

ID:24259 · 發表于 2018-12-29 13:11

2770494629 發表于 2018-7-9 10:49
目前國產的M4已經有了啊，性價比高，國產的才是綜合最佳。有需要的，私聊

我有需求，能給我資料么？

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