隨著智慧化概念的落實多數(shù)系統(tǒng)對終端設(shè)備的控制運算能力需求快速提升，各MCU大廠也積極布局此一產(chǎn)品線，至于在應(yīng)用端，嵌入式設(shè)備廠商也可透過浮點MCU創(chuàng)造產(chǎn)品差異性，達到市場區(qū)隔效果，進一步擴大企業(yè)競爭力。

過去MCU與DSP在系統(tǒng)設(shè)計上各自扮演不同的角色，視系統(tǒng)設(shè)計需求，兩者可獨立運作，也可互相支援，彼此井水不犯河水，后來MCU出現(xiàn)浮點運算的功能后，MCU與DSP彼此之間就有了糊模的空間，然而，回歸到系統(tǒng)設(shè)計層面，仍端視需求，決定用何種主動元件來進行設(shè)計。

嵌入式系統(tǒng)的涵蓋范圍極廣，是眾所皆知的事，若將消費性電子拉出來加以比較，消費性電子的快速變動、生命周期短、加上價格敏感等產(chǎn)業(yè)特性，嵌入式系統(tǒng)相對變動不易、生命周期較長，在價格方面，由于報價相對較高，半導(dǎo)體業(yè)者也能有較高的獲利，此一產(chǎn)業(yè)特性，與工業(yè)與基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域幾近相同。以臺灣而言，相較于手機、筆電等代工廠大廠，工業(yè)電腦的營業(yè)額雖然相對較低，但毛利率卻凌駕其上。此外其產(chǎn)業(yè)特性也相對封閉，只要能打進供應(yīng)鏈，系統(tǒng)業(yè)者要更動元件供應(yīng)業(yè)者的機會其實并不高。

細看工業(yè)領(lǐng)域，其包涵的應(yīng)用領(lǐng)域也相當多，像是伺服馬達、機器視覺、可程式邏輯控制、工業(yè)自動化與工業(yè)電腦。基礎(chǔ)建設(shè)則有智慧電網(wǎng)、交通運輸、公共安全監(jiān)控與再生能源等類別，就系統(tǒng)設(shè)計的角度而言，MCU、DSP、FPGA與CPU等主動元件，就是相當重要的關(guān)鍵。

圖1 : 馬達控制是MCU的主要應(yīng)用之一，隨著業(yè)者對制程設(shè)備的要求漸趨精準，高階MCU的重要性也越來越高。（source：NXP Semiconductors）

嵌入式主動元件 各有特色

因應(yīng)不同實際環(huán)境而產(chǎn)生的系統(tǒng)設(shè)計需求，撇開FPGA不談，不論是MCU、DSP或是CPU等，其運算核心都會有操作時脈等級上的不同，也都會有其發(fā)揮的空間。若拿DSP與MCU來比較，前者偏重數(shù)位訊號運算，后者則在系統(tǒng)控制領(lǐng)域較為擅長，因此對于架構(gòu)較為龐大的系統(tǒng)，兩者大多會扮演互補的角色，以補足在既有本質(zhì)的差異。

事實上，即便是DSP與MCU，光是在操作時脈上就會出現(xiàn)相同的情形，在不考慮價格的情況下，純粹以系統(tǒng)設(shè)計的角度來思考，MCU畢竟也內(nèi)建了記憶體、ADC與DAC等混合訊號元件，再加上豐富的I/O介面，MCU相對有較高的設(shè)計彈性。但反過來說，DSP相對聚焦在數(shù)位訊號運算，對于諸多演算法的支援也就遠高于MCU。

加入浮點運算 MCU提升嵌入式領(lǐng)域能見度

2012年Arm推出具備浮點運算能力的Cortex-M4控制核心，使得MCU具備了浮點運算功能，使得MCU與DSP之間的分野更加模糊難辨，這也意味著，諸多嵌入式系統(tǒng)對于性能要求的不滿足，已顯而易見。

在過去，即便是32位元的MCU，若面臨較為復(fù)雜龐大的系統(tǒng)架構(gòu)或需要進行資料龐大的運算工作，MCU便無法以一己之力，擔綱重責大任，DSP或是FPGA就必須扮演協(xié)同處理的角色，來滿足設(shè)計需求。 MCU加入浮點運算功能，某種程度上，多少減輕了DSP與FPGA在系統(tǒng)設(shè)計上的比重，直接大幅提升了自身在嵌入式領(lǐng)域的能見度。換言之，MCU能夠主導(dǎo)的應(yīng)用范圍會有相當程度的提升。

圖2 : 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)多應(yīng)用於垂直領(lǐng)域，其多元需求也帶動了MCU市場的另一波成長。（source：CIO East Africa）

不過，就算是工業(yè)或基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域，其產(chǎn)業(yè)特性與消費性電子有相當大的不同，但事實上，工業(yè)或是基礎(chǔ)建設(shè)等領(lǐng)域，仍然會有成本控制、上市時程、系統(tǒng)面積與效能提升等諸多考量，以近年所興起的太陽能逆變器為例，中央型逆變器要同時取得市電的電力相位的狀況與太陽能發(fā)電模組的供電情形，如此才有可能達到輸配電的最佳化，避免無謂的電力損耗。

同樣的情況，若不搭載中央型逆變器，改采微逆變器架構(gòu)，其系統(tǒng)本身也是有極大的可能進行雙邊電力相位的偵測工作，除了要同時偵測，也必須達到「即時性」，因此浮點運算便可在此時發(fā)揮極大的效果，再利用周邊豐富的I/O介面以控制整體系統(tǒng)運作，盡可能將系統(tǒng)功耗的損失壓至最低。而在成本上，由于MCU導(dǎo)入浮點運算功能，DSP的存在便顯得沒有意義，就元件采購成本與系統(tǒng)面積的降低等面向，都會有一定程度的幫助。

不同操作時脈 滿足多元應(yīng)用需求

Arm的Cortex-M4核心，使得一線MCU業(yè)者開始往高階應(yīng)用移動，當然，隨著制程的不斷演進，加上操作時脈的范圍不斷擴大，當時脈來到了180MHz甚至是200MHz以上時，相關(guān)的周邊介面與混合訊號元件的性能勢必也會水漲船高。

但整體說來，若以Arm陣營所采用的Cortex-M4，即便是相同的控制核心，MCU業(yè)者也會就自家所長，開發(fā)出與其他競爭對手有所差異的產(chǎn)品。能夠形成差異的地方，不外乎上述所提到的操作時脈的不同、記憶體容量、ADC與DAC的數(shù)量、成本、大小與I/O介面的搭載等各方面進行調(diào)整，使其最佳化。此外，再加上開發(fā)工具與函式庫的支援程度的不同，自然就會形成MCU之間的差異。

操作時脈的不同也會形成不同的系統(tǒng)應(yīng)用，時脈較高者，就可應(yīng)用在多點觸控、工業(yè)自動化與高階馬達控制等應(yīng)用領(lǐng)域，時脈偏低的MCU，則是偏重于動作感測或無線感測等應(yīng)用領(lǐng)域，因此，不同的操作時脈所對應(yīng)的，就是不同的應(yīng)用情境。更進一步的說，只要是需要相對即時性的資料處理，浮點運算就有發(fā)揮的空間。

隨著智慧化概念落實在各垂直領(lǐng)域，多數(shù)系統(tǒng)對終端設(shè)備的控制運算能力需求快速提升，各MCU大廠也積極布局此一產(chǎn)品線，至于在應(yīng)用端，嵌入式設(shè)備廠商也可透過浮點MCU創(chuàng)造產(chǎn)品差異性，達到市場區(qū)隔效果，進一步擴大企業(yè)競爭力。

**刊頭圖（source：ARM Community）