摘要：曾經(jīng)“井水不犯河水”的無(wú)線(xiàn)技術(shù)開(kāi)始萬(wàn)眾一“芯”了。時(shí)至今日，無(wú)線(xiàn)技術(shù)在碎片化的IoT市場(chǎng)中“一家通吃”是不可能完成的任務(wù)，“共存”成為一個(gè)可行的選擇。而這樣的“合作”已見(jiàn)端倪，越來(lái)越多的廠(chǎng)商開(kāi)始推出支持多協(xié)議RF如BLE + IEEE802.15.4的單芯片MCU，這會(huì )是MCU的下一風(fēng)口嗎？
MCU暗存變局
作為通用電子產(chǎn)品的基礎部件和心臟，MCU的重要性不言而喻，市場(chǎng)規模也在持續攀升。據IC Insights研究報告，全球MCU市場(chǎng)將于2020年達到高峰，銷(xiāo)售額達209億美元，出貨267億顆。而占據C位的中國市場(chǎng)自承其重，據IHS研究報告，2018年中國市場(chǎng)將會(huì )達到50億美元，2021年將有64.2億美元。
在市場(chǎng)格局相對穩定的MCU市場(chǎng)中，國外大廠(chǎng)ST、瑞薩、NXP、TI等一直把持頭部位置，國內廠(chǎng)商仍在從低端向中優(yōu)異加快滲透步伐。值得注意的是，MCU在技術(shù)升級的道路上一路向前，但重要的是如何保持一致？
物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)4.0、AI、智能駕駛等新興應用對MCU提出了一些新的要求，包括處理能力提升、數據采集速度與精度、通信協(xié)議接口、可靠性和穩定性等，相應地需要高性能、低功耗、高可靠性、超大容量Flash和RAM，支持多種網(wǎng)絡(luò )接口、無(wú)線(xiàn)技術(shù)和OTA空中升級，達到嚴格的功能**和網(wǎng)絡(luò )**。這些新技術(shù)將**新一代MCU的技術(shù)升級?！?span id="orrskss" class="bjh-strong" style="font-size:18px;font-weight:700;">隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)技術(shù)的成熟，無(wú)線(xiàn)功能作為MCU的標準外設遲早都要到來(lái)。”一直做MCU研究的業(yè)界專(zhuān)家唐曉泉總結說(shuō)。
在這一過(guò)程中，新老勢力的角逐也將逐漸分化。傳統MCU市場(chǎng)的競爭領(lǐng)域主要以硬件為中心，包括功耗、外設、性能、體積和材料成本等等，而未來(lái)可預見(jiàn)更大的系統級差異化，圍繞芯片提供綜合性解決方案或將產(chǎn)生新的變局。
無(wú)線(xiàn)MCU成趨勢
隨著(zhù)越來(lái)越多的設備接入IoT，不只要求更多的無(wú)線(xiàn)連接功能和更高**性，還需要低成本、低功耗等，因而以往MCU+無(wú)線(xiàn)芯片的分立方案出現了“危機”，集成已是心照不宣的選擇。正如市場(chǎng)所見(jiàn)，恩智浦的K32W0x、TI的SimpleLink雙核結構CC2650、ST的STM32WB多協(xié)議芯片、Nordic的nRF52840都已面世，無(wú)線(xiàn)MCU已成蔚然之勢。
誠然，這一集成帶來(lái)了新的挑戰，比如如何配置芯片的硬件資源，支持不同協(xié)議的運行；如何在芯片復雜性增加的前提下，依然保持低功耗的特性；如何提供多協(xié)議應用的可靠、易用的開(kāi)發(fā)工具等。STM32超低功耗和網(wǎng)絡(luò )微控制器市場(chǎng)經(jīng)理Hakim Jaafar就指出，無(wú)線(xiàn)協(xié)議棧的調試、生態(tài)系統搭建及競爭力體現均是挑戰。
但這樣的多協(xié)議、單芯片MCU的優(yōu)勢仍然顯見(jiàn)。Hakim Jaafar分析道，以往解決方案是單核MCU+無(wú)線(xiàn)芯片，不僅成本更高，而且單核既需要跑應用也需要跑無(wú)線(xiàn)協(xié)議，因而需要分時(shí)系統，更加復雜。同時(shí)任務(wù)處理時(shí)間長(cháng)，因而功耗更高。而從集成之后的架構來(lái)看，一般無(wú)線(xiàn)MCU以ARM Cortex-M4和Cortex-M0+來(lái)配置，M0+負責無(wú)線(xiàn)協(xié)議棧以及**密鑰，而應用則在M4上運行，這有助于在實(shí)時(shí)性、**性獲得優(yōu)勢，并在M0+工作時(shí)讓M4休眠等方式實(shí)現功耗優(yōu)化。
同時(shí)，這為開(kāi)發(fā)人帶來(lái)了便利，比如在熱門(mén)的智能門(mén)鎖中使用支持BLE和Thread的雙協(xié)議芯片，既可支持帶有BLE的手機直接開(kāi)鎖，也可作為智能家庭Thread網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)，通過(guò)云端進(jìn)行控制和管理。
雖然以往也有集成相關(guān)無(wú)線(xiàn)RF的MCU，但Hakim Jaafar提及，STM32WB可支持*新的協(xié)議棧為藍牙5.0，具備mesh的功能，而過(guò)去的藍牙IP不支持5.0，有了*新的IP才使其成為可能。
主流的無(wú)線(xiàn)MCU大都集成了開(kāi)放的2.4G射頻多協(xié)議模塊，支持藍牙5.0以及Thread和ZigBee的協(xié)議棧?；蛟S現在的問(wèn)題是，如何在同質(zhì)化的無(wú)線(xiàn)MCU中脫穎而出？
競爭力比拼
“無(wú)線(xiàn)功能將成為MCU的標準外設，此時(shí)MCU的競爭又將回到*原始的狀態(tài)，即性?xún)r(jià)比、服務(wù)支撐特別是軟件的支撐。
而對于STM32WB系列的價(jià)值點(diǎn)，ST中國區微控制器事業(yè)部市場(chǎng)及應用總監曹錦東如數家珍，一是超低功耗，在256K的RAM條件下可達到1.8A，在關(guān)閉模式下則小于50nA；二是超**性，提供諸多的保護與**性能；三是系統成本，STM32WB集成了巴倫等，外部器件*少只需6個(gè)，而且*少可做到兩層板，大幅降低了成本；四是可延續或共用STM32已有的生態(tài)系統，有免費的軟件和IDE集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，可降低開(kāi)發(fā)門(mén)檻，加快開(kāi)發(fā)進(jìn)程；五是ST可提供長(cháng)達10年的供貨保證。
**性對于IoT的重要性不言而喻。曹錦東表示，STM32WB主要通過(guò)雙核保證**，M0+存儲**密鑰，這一區域是M4內核訪(fǎng)問(wèn)不了的，通過(guò)這一機制，當程序通過(guò)OTA升級時(shí)收到代碼后，需M0+確認程序的密碼是否與原始密碼相匹配，如不匹配則停止升級。此外，在IoT保護上，面對非入侵式攻擊以及軟件攻擊，都有一系列的防御措施。
除在MCU的“軟硬指標”比拼之外，還要考量操作系統和云連接的“度”。曹錦東提到，STM32WB支持主流的IoT操作系統如AliOS、RT-Thread和LiteOS等，云廠(chǎng)商合作伙伴則有亞馬遜、微軟、阿里等，同時(shí)也支持一些中小型云廠(chǎng)商。
獨立無(wú)線(xiàn)芯片仍有市場(chǎng)？
很顯然，無(wú)線(xiàn)MCU已成廠(chǎng)商的關(guān)注重點(diǎn)。而且各大廠(chǎng)商開(kāi)發(fā)都基于一個(gè)平臺化的架構，如ST的STM32 、TI的SimpleLink、Nordic的nRF5、NXP的Kinetis W等，以沿襲之前的生態(tài)優(yōu)勢。未來(lái)隨著(zhù)市場(chǎng)的發(fā)展，各大廠(chǎng)商還將不斷推出新功能的無(wú)線(xiàn)MCU，以應對細分市場(chǎng)的需求。
“下一步ST還將推出WL系列，即長(cháng)距離（Long range）無(wú)線(xiàn)，諸如Sub-GHz等，甚至是帶有WiFi的SoC，這些都是ST在未來(lái)的規劃?！?/span>Hakim Jaafar指出。
同時(shí)也要看到，在無(wú)線(xiàn)MCU芯片走向多協(xié)議化的背后，其實(shí)還有一個(gè)更深層次的動(dòng)因，那就是無(wú)線(xiàn)技術(shù)的IP化——WiFi本身具備IP能力，BLE 4.2版本增加了對IP網(wǎng)絡(luò )的支持，而基于802.15.4的Thread也是基于IP的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議——這樣的“共性”將如何推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)互連技術(shù)的走向，值得業(yè)界關(guān)注。
而無(wú)線(xiàn)MCU興起，是否意味著(zhù)以后分立的藍牙或ZigBee市場(chǎng)之消減？Hakim Jaafar的看法是，從技術(shù)上講這兩大技術(shù)需求不一，而客戶(hù)的需**多樣化的，尤其是IoT市場(chǎng)特別碎片化，有的可能需要比較小的資源，只做一些透傳的射頻；有的可能需要強大的資源，外部要接強大的處理器如MCU或MPU?！?span id="rvrkkkz" class="bjh-strong" style="font-size:18px;font-weight:700;">傳統的無(wú)線(xiàn)射頻芯片仍會(huì )存在，而集成化亦是一大趨勢，這兩種架構的芯片彼此互補，關(guān)鍵是看市場(chǎng)需求。