引言

盡管有Arm Cortex-M處理器等新平臺(tái)的競(jìng)爭(zhēng)和市場(chǎng)份額的增加，但現(xiàn)今的8位MCU仍占據(jù)整個(gè)微控制器(MCU)市場(chǎng)的很大一部分。嵌入式市場(chǎng)中8位MCU的持續(xù)優(yōu)勢(shì)在于多種因素：低成本、簡(jiǎn)單、快速掌握用法、成熟的生態(tài)系統(tǒng)以及無處不在的工具庫(kù)。

作為已成熟的8位MCU技術(shù)，價(jià)格已接近其下限，這為開發(fā)人員帶來了選擇難題。在尋找嵌入式設(shè)計(jì)的低成本8位MCU時(shí)，有許多具有相似的價(jià)格及功能集的產(chǎn)品，但哪種選擇最好呢?經(jīng)常被忽視的一個(gè)方面是：來自不同供應(yīng)商的類似的8位MCU硬件的真實(shí)價(jià)格以及使用價(jià)值。以下是一些重要的考慮因素，最終將揭示8位MCU的實(shí)際價(jià)格。

生態(tài)系統(tǒng)

? 工具

當(dāng)成本成為嵌入式設(shè)計(jì)的主要因素時(shí)，避免在編譯器許可證或編碼環(huán)境上花費(fèi)資金是明智的。在選擇MCU之前，請(qǐng)確認(rèn)供應(yīng)商的芯片和他們提供的軟件示例是否能夠在免費(fèi)開發(fā)平臺(tái)上使用。否則，取決于組件數(shù)量的不同，即使一家供應(yīng)商的平均銷售價(jià)格(ASP)等于或高于另一家，最終的實(shí)際花費(fèi)成本也可能是較低的。

例如，來自競(jìng)爭(zhēng)廠商的兩個(gè)基于8051的MCU選擇可能具有類似的芯片價(jià)格，但工具成本不同。如果MCU供應(yīng)商提供的基于8051的芯片缺少免費(fèi)編譯器或集成開發(fā)環(huán)境(IDE)許可證，則開發(fā)人員必須使用Keil或IAR并支付許可費(fèi)用，從而增加了項(xiàng)目的總投資。更加具有成本優(yōu)勢(shì)的選擇是使用免費(fèi)IDE和無限制Keil許可證支持的8位平臺(tái)。

? 軟件

一旦理解了編譯器和開發(fā)環(huán)境，下一個(gè)隱形的技術(shù)指標(biāo)是MCU平臺(tái)上軟件示例和生態(tài)系統(tǒng)的可用性。例如，尋找那些為其外設(shè)提供大量代碼示例的MCU供應(yīng)商。這樣可以輕松把控所需的每個(gè)外設(shè)，如PWM、UART和ADC，然后將它們組合到一個(gè)項(xiàng)目中，就能很快完成設(shè)計(jì)。這意味著可更快地進(jìn)入市場(chǎng)并增加潛在的收入，使得產(chǎn)品擁有更高溢價(jià)能力。所以，可提供良好支持的MCU生態(tài)系統(tǒng)具備更高的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)指標(biāo)

? 設(shè)計(jì)、特性和測(cè)試(GBD、GBC和GBT)保證

在仔細(xì)閱讀相對(duì)簡(jiǎn)單的8位MCU規(guī)格時(shí)，可以從數(shù)據(jù)手冊(cè)的摘要頁(yè)面中輕松了解器件的功能，然后參考電氣規(guī)格表以獲取有關(guān)重要規(guī)格的更多詳細(xì)信息。然而，事實(shí)上比看起來要更復(fù)雜一點(diǎn)，開發(fā)人員應(yīng)該考慮三個(gè)關(guān)鍵方面：1)是否有對(duì)設(shè)計(jì)來說重要的最小值和最大值;2)這些值的測(cè)試條件是否匹配實(shí)際使用情況;以及3)這些參數(shù)是否得到設(shè)計(jì)、特性或測(cè)試保證。

由于溫度、Vdd范圍、工作頻率和其他因素會(huì)影響設(shè)計(jì)中的真實(shí)值，因此需要始終謹(jǐn)慎考慮典型值。如今，業(yè)界常見的情況是：在一個(gè)基于另一個(gè)參數(shù)的技術(shù)指針下，會(huì)發(fā)生功能受限的情況。通常，數(shù)據(jù)手冊(cè)首頁(yè)上會(huì)展現(xiàn)非常有吸引力的技術(shù)指標(biāo)。然而，在深入研究電氣技術(shù)規(guī)范表之后，很明顯看似頂尖的技術(shù)參數(shù)僅存在于Vdd、核心頻率、溫度等參數(shù)非常受限的情況下，這可能與設(shè)計(jì)的其他方面相沖突。這種錯(cuò)覺可能導(dǎo)致失望，因?yàn)樽畛醯淖罴呀鉀Q方案僅來自首頁(yè)，然后在發(fā)現(xiàn)這些規(guī)范的所有注意事項(xiàng)后，設(shè)計(jì)決策變得不那么明確了。

例如，圖1中顯示的圖表來自數(shù)據(jù)手冊(cè)的首頁(yè)。對(duì)于廉價(jià)的MCU來說，20 MHz技術(shù)參數(shù)是非常好的，然而，詳細(xì)數(shù)據(jù)表明這只能在4.5V Vdd以上才能實(shí)現(xiàn)，這在真實(shí)系統(tǒng)中或許是不可能的，或者會(huì)導(dǎo)致以增加成本為代價(jià)使用更大的升壓轉(zhuǎn)換器來達(dá)到該操作速度。

圖1 安全操作區(qū)域圖

圖1中的圖表引發(fā)了對(duì)其他規(guī)格的質(zhì)疑，那些規(guī)格在很大程度上依賴于其他因素。當(dāng)一個(gè)重要的技術(shù)參數(shù)擁有了4 MHz的測(cè)試條件，但設(shè)計(jì)將在20 MHz下運(yùn)行時(shí)，需要預(yù)先考慮該技術(shù)參數(shù)，它對(duì)于某些特定使用場(chǎng)景可能會(huì)不準(zhǔn)確?？梢约僭O(shè)它可能非常不準(zhǔn)確，特別是如果它是模擬技術(shù)參數(shù)。

此外，在檢查技術(shù)規(guī)范表時(shí)，重要的是要研究附注，并了解它是否得到設(shè)計(jì)、特性或測(cè)試(亦稱為GBD、GBC和GBT)保證。通常，GBD在規(guī)格中有最低可信度，而GBT在規(guī)格中有最大的信任度，GBC在中間。

表1中的示例(來自典型的MCU產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊(cè))顯示了GBD和GBC的兩個(gè)選項(xiàng)。如果應(yīng)用要求嚴(yán)格的時(shí)序并且需要非常精確的振蕩器，那么GBD規(guī)格有點(diǎn)令人擔(dān)憂，因?yàn)檎{(diào)整后的高速振蕩器的唯一規(guī)格是GBD。如果它靠近未調(diào)整的高速內(nèi)部(HSI)振蕩器規(guī)格的5%的不準(zhǔn)確數(shù)，這可能導(dǎo)致像UART這樣的高速通信接口失敗。在儀表或計(jì)量等應(yīng)用中，您需要計(jì)算或跟蹤特定時(shí)間窗內(nèi)的事件，振蕩器的漂移會(huì)影響測(cè)量的準(zhǔn)確度。

表1 典型8位MCU中HSI振蕩器特性

靈活性和可擴(kuò)展性

在每個(gè)項(xiàng)目中切換不同架構(gòu)和技術(shù)可能會(huì)推遲設(shè)計(jì)的完成，從而減緩產(chǎn)品上市時(shí)間。雖然供應(yīng)商A的器件可能是手頭項(xiàng)目的最佳選擇，但供應(yīng)商B可能有另一款器件對(duì)于今年晚些時(shí)候的項(xiàng)目更好。這需要為每個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化、權(quán)衡，并在項(xiàng)目之間重用開發(fā)成果。在評(píng)估當(dāng)前設(shè)計(jì)的供應(yīng)商選擇時(shí)，請(qǐng)確保他們擁有適合未來產(chǎn)品的解決方案。例如，如果您需要使用其他供應(yīng)商提供的器件，那么項(xiàng)目最佳選擇的一次性器件可能會(huì)延遲下一個(gè)項(xiàng)目。始終尋找可擴(kuò)展的8位平臺(tái)，例如圖2中的Silicon Labs的EFM8產(chǎn)品組合，它提供可擴(kuò)展的內(nèi)存和GPIO選項(xiàng)，并支持免費(fèi)的IDE和無限期的Keil許可證?？蓴U(kuò)展的平臺(tái)在相似的架構(gòu)中提供了許多GPIO和存儲(chǔ)器大小搭配，允許在項(xiàng)目之間輕松切換器件。

圖2 Silicon Labs EFM8 MCU平臺(tái)規(guī)格示例

仔細(xì)查看MCU系列中的每個(gè)器件型號(hào)是值得的，這樣能確保功能一致，并在遷移到更多GPIO數(shù)量的器件時(shí)不會(huì)犧牲重要的功能，例如恰當(dāng)數(shù)量的通信端口、DAC或PWM通道。

壽命和供應(yīng)保證

8位市場(chǎng)已經(jīng)非常成熟，8位器件也已經(jīng)存在了幾十年。因此，現(xiàn)今8位器件的ASP非常低。這對(duì)開發(fā)人員來說很好，但對(duì)于半導(dǎo)體供應(yīng)商而言可能是一個(gè)痛點(diǎn)，因?yàn)榘雽?dǎo)體供應(yīng)商已經(jīng)接近盈利最低點(diǎn)，而且一些供應(yīng)商已經(jīng)放棄了對(duì)其8位產(chǎn)品的新品開發(fā)。當(dāng)供應(yīng)商發(fā)布?jí)勖K止(EOL)以及 “不推薦用于新設(shè)計(jì)” (NRND)通知時(shí)，這種情況可能會(huì)變得令人擔(dān)憂，這可能會(huì)威脅到最終產(chǎn)品的使用壽命。Silicon Labs是少數(shù)繼續(xù)開發(fā)8位技術(shù)的MCU供應(yīng)商之一。這表明了對(duì)8位市場(chǎng)的承諾，并使人們相信供應(yīng)商不會(huì)停產(chǎn)其MCU產(chǎn)品。

許多供應(yīng)商都在宣傳保證有關(guān)MCU產(chǎn)品支持供貨的信息，有些甚至提供了最少承諾供貨日期。例如，Silicon Labs為每個(gè)8位系列都列出了最低供貨日期，明確說明哪些可以適用于長(zhǎng)期設(shè)計(jì)。

MCU產(chǎn)品的使用壽命可能不是快速設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題，例如壽命短且快速下降的消費(fèi)類產(chǎn)品，但對(duì)于醫(yī)療、汽車和工業(yè)應(yīng)用來說至關(guān)重要，這些應(yīng)用的終端產(chǎn)品常常需要兩到三年的設(shè)計(jì)時(shí)間，然后平緩地上升并持續(xù)超過10年。如果由于廉價(jià)8位MCU停產(chǎn)而失去重要的、可盈利的終端產(chǎn)品，那么對(duì)于企業(yè)將是一個(gè)大的損失。

結(jié)論

雖然8位MCU已在不斷發(fā)展的MCU領(lǐng)域中占據(jù)一席之地，但嵌入式開發(fā)人員必須納入新的考量因素。使用8位MCU的好處包括相對(duì)較低的成本和易用性，但這可能受到工具隱形成本、支持軟件不足、誤導(dǎo)的數(shù)據(jù)手冊(cè)參數(shù)和缺乏可擴(kuò)展性的影響。在為您的下一個(gè)設(shè)計(jì)評(píng)估適合的MCU時(shí)，記住所有這些考量因素可以大大提高您現(xiàn)在和長(zhǎng)期的市場(chǎng)成功機(jī)會(huì)。

Mark Beecham

Silicon Labs MCU和傳感器產(chǎn)品經(jīng)理

Mark Beecham是一名產(chǎn)品營(yíng)銷工程師，負(fù)責(zé)支持及定義Silicon Labs的8位和32位微控制器和傳感器產(chǎn)品。Mark專注于嵌入式系統(tǒng)和傳感器，于2015年加入Silicon Labs，在此之前曾在IBM和德州儀器公司工作。此外，他擁有德克薩斯A&M大學(xué)的電子工程學(xué)士學(xué)位。