超越價格：如何評估8位MCU的實際價值

引言

盡管有Arm Cortex-M處理器等新平臺的競爭和市場份額的增加，但現(xiàn)今的8位MCU仍占據(jù)整個微控制器(MCU)市場的很大一部分。嵌入式市場中8位MCU的持續(xù)優(yōu)勢在于多種因素：低成本、簡單、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。

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

生態(tài)系統(tǒng)

? 工具

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

例如，來自競爭廠商的兩個基于8051的MCU選擇可能具有類似的芯片價格，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并支付許可費用，從而增加了項目的總投資。更加具有成本優(yōu)勢的選擇是使用免費IDE和無限制Keil許可證支持的8位平臺。

? 軟件

一旦理解了編譯器和開發(fā)環(huán)境，下一個隱形的技術(shù)指標是MCU平臺上軟件示例和生態(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外設(shè)，如PWM、UART和ADC，然后將它們組合到一個項目中，就能很快完成設(shè)計。這意味著可更快地進入市場并增加潛在的收入，使得產(chǎn)品擁有更高溢價能力。所以，可提供良好支持的MCU生態(tài)系統(tǒng)具備更高的性價比優(yōu)勢。

技術(shù)指標

? 設(shè)計、特性和測試(GBD、GBC和GBT)保證

在仔細閱讀相對簡單的8位MCU規(guī)格時，可以從數(shù)據(jù)手冊的摘要頁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)格的更多詳細信息。然而，事實上比看起來要更復(fù)雜一點，開發(fā)人員應(yīng)該考慮三個關(guān)鍵方面：1)是否有對設(shè)計來說重要的最小值和最大值;2)這些值的測試條件是否匹配實際使用情況;以及3)這些參數(shù)是否得到設(shè)計、特性或測試保證。

由于溫度、Vdd范圍、工作頻率和其他因素會影響設(shè)計中的真實值，因此需要始終謹慎考慮典型值。如今，業(yè)界常見的情況是：在一個基于另一個參數(shù)的技術(shù)指針下，會發(fā)生功能受限的情況。通常，數(shù)據(jù)手冊首頁上會展現(xiàn)非常有吸引力的技術(shù)指標。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)計的其他方面相沖突。這種錯覺可能導(dǎo)致失望，因為最初的最佳解決方案僅來自首頁，然后在發(fā)現(xiàn)這些規(guī)范的所有注意事項后，設(shè)計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)手冊的首頁。對于廉價的MCU來說，20 MHz技術(shù)參數(shù)是非常好的，然而，詳細數(shù)據(jù)表明這只能在4.5V Vdd以上才能實現(xiàn)，這在真實系統(tǒng)中或許是不可能的，或者會導(dǎo)致以增加成本為代價使用更大的升壓轉(zhuǎn)換器來達到該操作速度。

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。當一個重要的技術(shù)參數(shù)擁有了4 MHz的測試條件，但設(shè)計將在20 MHz下運行時，需要預(yù)先考慮該技術(shù)參數(shù)，它對于某些特定使用場景可能會不準確?？梢约僭O(shè)它可能非常不準確，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，重要的是要研究附注，并了解它是否得到設(shè)計、特性或測試(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)顯示了GBD和GBC的兩個選項。如果應(yīng)用要求嚴格的時序并且需要非常精確的振蕩器，那么GBD規(guī)格有點令人擔憂，因為調(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。在儀表或計量等應(yīng)用中，您需要計算或跟蹤特定時間窗內(nèi)的事件，振蕩器的漂移會影響測量的準確度。

表1 典型8位MCU中HSI振蕩器特性

靈活性和可擴展性

在每個項目中切換不同架構(gòu)和技術(shù)可能會推遲設(shè)計的完成，從而減緩產(chǎn)品上市時間。雖然供應(yīng)商A的器件可能是手頭項目的最佳選擇，但供應(yīng)商B可能有另一款器件對于今年晚些時候的項目更好。這需要為每個項目進行優(yōu)化、權(quán)衡，并在項目之間重用開發(fā)成果。在評估當前設(shè)計的供應(yīng)商選擇時，請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，那么項目最佳選擇的一次性器件可能會延遲下一個項目。始終尋找可擴展的8位平臺，例如圖2中的Silicon Labs的EFM8產(chǎn)品組合，它提供可擴展的內(nèi)存和GPIO選項，并支持免費的IDE和無限期的Keil許可證?？蓴U展的平臺在相似的架構(gòu)中提供了許多GPIO和存儲器大小搭配，允許在項目之間輕松切換器件。

圖2 Silicon Labs EFM8 MCU平臺規(guī)格示例

仔細查看MCU系列中的每個器件型號是值得的，這樣能確保功能一致，并在遷移到更多GPIO數(shù)量的器件時不會犧牲重要的功能，例如恰當數(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。這對開發(fā)人員來說很好，但對于半導(dǎo)體供應(yīng)商而言可能是一個痛點，因為半導(dǎo)體供應(yīng)商已經(jīng)接近盈利最低點，而且一些供應(yīng)商已經(jīng)放棄了對其8位產(chǎn)品的新品開發(fā)。當供應(yīng)商發(fā)布壽命終止(EOL)以及 “不推薦用于新設(shè)計” (NRND)通知時，這種情況可能會變得令人擔憂，這可能會威脅到最終產(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8位市場的承諾，并使人們相信供應(yīng)商不會停產(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期設(shè)計。

MCU產(chǎn)品的使用壽命可能不是快速設(shè)計的關(guān)鍵問題，例如壽命短且快速下降的消費類產(chǎn)品，但對于醫(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)計時間，然后平緩地上升并持續(xù)超過10年。如果由于廉價8位MCU停產(chǎn)而失去重要的、可盈利的終端產(chǎn)品，那么對于企業(yè)將是一個大的損失。

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)手冊參數(shù)和缺乏可擴展性的影響。在為您的下一個設(shè)計評估適合的MCU時，記住所有這些考量因素可以大大提高您現(xiàn)在和長期的市場成功機會。

Mark Beecham

Silicon Labs MCU和傳感器產(chǎn)品經(jīng)理

Mark Beecham是一名產(chǎn)品營銷工程師，負責支持及定義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。