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，但現今的8位MCU仍占據整個微控制器(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)系統以及無處不在的工具庫。

作為已成熟的8位MCU技術，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品，但哪種選擇最好呢?經常被忽視的一個方面是：來自不同供應商的類似的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

? 工具

當成本成為嵌入式設計的主要因素時，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，取決于組件數量的不同，即使一家供應商的平均銷售價格(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，下一個隱形的技術指標是MCU平臺上軟件示例和生態(tài)系統的可用性。例如，尋找那些為其外設提供大量代碼示例的MCU供應商。這樣可以輕松把控所需的每個外設，如PWM、UART和ADC，然后將它們組合到一個項目中，就能很快完成設計。這意味著可更快地進入市場并增加潛在的收入，使得產品擁有更高溢價能力。所以，可提供良好支持的MCU生態(tài)系統具備更高的性價比優(yōu)勢。

技術指標

? 設計、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，可以從數據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)格表以獲取有關重要規(guī)格的更多詳細信息。然而，事實上比看起來要更復雜一點，開發(fā)人員應該考慮三個關鍵方面：1)是否有對設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)這些參數是否得到設計、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的技術指針下，會發(fā)生功能受限的情況。通常，數據手冊首頁上會展現非常有吸引力的技術指標。然而，在深入研究電氣技術規(guī)范表之后，很明顯看似頂尖的技術參數僅存在于Vdd、核心頻率、溫度等參數非常受限的情況下，這可能與設計的其他方面相沖突。這種錯覺可能導致失望，因為最初的最佳解決方案僅來自首頁，然后在發(fā)現這些規(guī)范的所有注意事項后，設計決策變得不那么明確了。

例如，圖1中顯示的圖表來自數據手冊的首頁。對于廉價的MCU來說，20 MHz技術參數是非常好的，然而，詳細數據表明這只能在4.5V Vdd以上才能實現，這在真實系統中或許是不可能的，或者會導致以增加成本為代價使用更大的升壓轉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。當一個重要的技術參數擁有了4 MHz的測試條件，但設計將在20 MHz下運行時，需要預先考慮該技術參數，它對于某些特定使用場景可能會不準確。可以假設它可能非常不準確，特別是如果它是模擬技術參數。

此外，在檢查技術規(guī)范表時，重要的是要研究附注，并了解它是否得到設計、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產品數據手冊)顯示了GBD和GBC的兩個選項。如果應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，因為調整后的高速振蕩器的唯一規(guī)格是GBD。如果它靠近未調整的高速內部(HSI)振蕩器規(guī)格的5%的不準確數，這可能導致像UART這樣的高速通信接口失敗。在儀表或計量等應用中，您需要計算或跟蹤特定時間窗內的事件，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和技術可能會推遲設計的完成，從而減緩產品上市時間。雖然供應商A的器件可能是手頭項目的最佳選擇，但供應商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、權衡，并在項目之間重用開發(fā)成果。在評估當前設計的供應商選擇時，請確保他們擁有適合未來產品的解決方案。例如，如果您需要使用其他供應商提供的器件，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產品組合，它提供可擴展的內存和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數量的器件時不會犧牲重要的功能，例如恰當數量的通信端口、DAC或PWM通道。

壽命和供應保證

8位市場已經非常成熟，8位器件也已經存在了幾十年。因此，現今8位器件的ASP非常低。這對開發(fā)人員來說很好，但對于半導體供應商而言可能是一個痛點，因為半導體供應商已經接近盈利最低點，而且一些供應商已經放棄了對其8位產品的新品開發(fā)。當供應商發(fā)布壽命終止(EOL)以及 “不推薦用于新設計” (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品的使用壽命。Silicon Labs是少數繼續(xù)開發(fā)8位技術的MCU供應商之一。這表明了對8位市場的承諾，并使人們相信供應商不會停產其MCU產品。

許多供應商都在宣傳保證有關MCU產品支持供貨的信息，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計。

MCU產品的使用壽命可能不是快速設計的關鍵問題，例如壽命短且快速下降的消費類產品，但對于醫(yī)療、汽車和工業(yè)應用來說至關重要，這些應用的終端產品常常需要兩到三年的設計時間，然后平緩地上升并持續(xù)超過10年。如果由于廉價8位MCU停產而失去重要的、可盈利的終端產品，那么對于企業(yè)將是一個大的損失。

結論

雖然8位MCU已在不斷發(fā)展的MCU領域中占據一席之地，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、誤導的數據手冊參數和缺乏可擴展性的影響。在為您的下一個設計評估適合的MCU時，記住所有這些考量因素可以大大提高您現在和長期的市場成功機會。

Mark Beecham

Silicon Labs MCU和傳感器產品經理

Mark Beecham是一名產品營銷工程師，負責支持及定義Silicon Labs的8位和32位微控制器和傳感器產品。Mark專注于嵌入式系統和傳感器，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大學的電子工程學士學位。