Flash - микроконтроллеры

Корпорация Atmel уже несколько лет удерживает первое место по производству Flash - микроконтроллеров общего назначения. Приблизительное соотношение в мире между количествами выпускаемых масочных микроконтроллеров и микроконтроллеров с репрограммируемым ПЗУ программ следующее: масочные - 86%, а OTP и Flash - 14%, где Atmel принадлежит более 40% объема продукции. По прогнозам экспертов, объем выпуска контроллеров Atmel в 2000 году должен удвоиться, так как начался массовый переход потребителей именно к репрограммируемым устройствам. Все основные лидеры (Motorola, Hitachi и др.) также переходят на производство микроконтроллеров с памятью программ, выполненной по технологии Flash.

Здесь кризис также повлиял на увеличение цен и сроков поставки, но не в такой степени, как для изделий SE2 и Flash. Сильнее всего пострадали кристаллы, которые раньше других стали переводиться на технологию 0,35 мкм, а также микроконтроллеры с большим объемом памяти программ, поскольку спрос на них в значительно вырос в 2000 году. Но в целом ситуация остается достаточно стабильной.

Все микроконтроллеры Atmel можно разделить на три большие группы (рис. 6), для каждой из которых действуют свои законы развития.

Рис.6. Микроконтроллеры корпорации Atmel

Микроконтроллеры 8х51

Семейство AT89C/S 8-разрядных Flash - микроконтроллеров пользуется заслуженной популярностью у разработчиков и производителей электронной аппаратуры. Спрос на микросхемы этого класса во всем мире остается достаточно стабильным. По итогам 1999 года объем производства Atmel увеличился, причем основной прирост наблюдался для однократно программируемых и QuickFlash кристаллов - 87F5x и 80F5x.

Корпорация Atmel постоянно совершенствует микроконтроллеры семейства 8х51. Так, к выпуску во 2-м квартале 2000 года анонсированы две новых микросхемы - AT89S51 и AT89S52. Эти микроконтроллеры будут полностью совместимы с хорошо известными версиями AT89C51/52 и снабжены функцией программирования в системе (ISP). Микросхемы будут производиться по технологии 0,35 мкм. Одновременно Atmel осуществляет планомерный перевод всех имеющихся микросхем AT89C/S на проектные нормы 0,35 мкм. Первыми будут модифицированы наиболее распространенные кристаллы AT89C55 и AT89С52.

Неприятной новостью является отказ корпорации Atmel от производства микроконтроллеров в автомобильном и военном температурном диапазонах - ни один кристалл семейства AT89C/S не будет выпускаться для работы при температурах ниже -40С и выше +85С.

Arm Thumb микроконтроллеры

Данное направление активно развивается Atmel. По объему выпуска микроконтроллеров с ядром ARM серии AT91 корпорация вплотную приблизилась к признанным лидерам - Motorola и MIPS. Основные достоинства ARM Thumb - высокая производительность при низком энергопотреблении и многофункциональность. Это определяет основную нишу для конечных приложений - интеллектуальная портативная аппаратура. Многие производители сложной электронной техники уже используют ядро ARM Thumb, встраивая его в свои законченные интегральные изделия. Это, например, приемники GPS (фирмы Mitel и SiRF), оборудование для базовых станций GSM (Ericsson), приложения Audio WMA/MP3 (dBTech и Microsoft), модемы (Ericsson), пейджеры (Motorola) и др.

В настоящее время выпущено и анонсировано три семейства микроконтроллеров серии AT91 - M40, M63 и M55. В планы 2000 года входит также выпуск ряда комбинированных кристаллов - AT91+Ethernet/USB, AT91+CAN и AT91+MP3. Тем не менее, доступных версий кристаллов пока немного. Объясняется это тем, что Atmel планирует реализовать AT91 ARM Thumb как стандартное 32-разрядное процессорное ядро для разнообразных массовых применений. Поэтому основные силы корпорации направлены на совершенствование технологического процесса, а в производство для широкой продажи попадают лишь удачные решения, реально претендующие на универсальность.

Успех ARM на рынке встраиваемых микроконтроллеров обусловлен и тем, что эти микросхемы изначально задумывались как семейство кристаллов. Будут выпускаться скоростные процессоры M40, кристаллы с мультипроцессорным интерфейсом M63, Flash и SRAM - кристаллы семейств AT91F и AT91R, а также микросхемы сверхнизкого энергопотребления с аналоговыми блоками - M55/42.

Постоянно совершенствуются и средства поддержки разработок для ARM. В 1999 - 2000 годах выпущено два новых типа отладочных плат для ARM Thumb, а также обновлен базовый набор разработчика AT91EB01. Пополняется список сторонних фирм, производящих для ARM программные средства проектирования и отладки, операционные системы, внутрисхемные эмуляторы и отладочные комплексы. Основными среди них считаются Europe Technologies, Allant и GreenHills Software.

AVR 8-bit RISC микроконтроллеры

Это, пожалуй, самое интересное, прогрессивное и развиваемое направление Atmel (см. рис. 7). Объемы продаж AVR в 1999 году выросли на 120% по сравнению с 1998 годом, а в 2000 году планируется вдвое перекрыть и эти показатели. Можно считать, что AVR постепенно становится индустриальным стандартом среди 8-разрядных микроконтроллеров общего назначения. В 1999 - 2000 годах все три семейства AVR пополнились новыми устройствами. Выпущено и реализовано более 12000 наборов разработчика (Starter Kits STK200 и STK300). В начале 2000 года были разработаны три новых внутрисхемных эмулятора реального времени и один новый Starter Kit. В сфере программного обеспечения созданы компиляторы С для tinyAVR и С++ для всех AVR.

Рис.7. Представители семейства AVR-микроконтроллеров

Семейство classicAVR получило два новых кристалла - AT90x2333 и AT90x4434. Но в дальнейшем развитие classicAVR не планируется. Считается, что это семейство функционально сбалансировано и разнообразно представлено.

В семействе tinyAVR появились кристаллы ATtiny12, ATtiny15 и ATtiny28, которые изготавливаются по технологии 0,35 мкм. Все эти микросхемы доступны для заказа, а ожидаемое время выхода из производства - 3-й квартал 2000 года. У tinyAVR также анонсирован очень интересный микроконтроллер - ATtiny26, имеющий в своем составе модуль USI (Universal Serial Interface). Это означает, что один и тот же периферийный узел связи на кристалле может быть программным образом сконфигурирован для работы в качестве SPI, UART или I2C интерфейсов.

Но наиболее интересные решения будут реализованы в семействе megaAVR, где анонсирован целый ряд новых кристаллов (технология 0,35 мкм). Объем памяти программ микроконтроллеров будет варьироваться от 8 кбайт до 32 кбайт, а выпускаться они будут в корпусах DIP, PLCC и TQFP с количеством выводов 32, 40 и 44. Все новые ATmegaXXX будут иметь аппаратный умножитель, схему защиты от сбоев и, за исключением ATmega161, аналого-цифровой преобразователь. Они также будут иметь функцию самопрограммирования в системе, причем свободная память в BOOT-области может быть использована в качестве дополнительного пространства для кода программы. Помимо этого удалось вдвое повысить скорость работы всех периферийных узлов (SPI, PWM, UART), улучшить работу схемы тактирования и упростить доступ к внешней памяти данных.

В середине нынешнего года выйдут микроконтроллеры ATmega163/83; начало производства остальных кристаллов запланировано на третий квартал. Микросхемы ATmega32 и ATmega85 будут дополнительно снабжены JTAG - интерфейсом. Модифицируется и хорошо известный кристалл ATmega103 - на его базе появится ATmega104. Новый микроконтроллер будет иметь все аппаратные новшества семейства ATmega плюс еще один дополнительный последовательный интерфейс UART.

В области средств поддержки разработок для AVR произошли значительные изменения. Выпущен набор разработчика STK100 для tinyAVR. Усовершенствованы набор разработчика STK200 и кабель для внутрисхемного программирования AVRISP, которые смогут работать как с микросхемами classicAVR, так и с новыми megaAVR. Программное обеспечение также будет обновлено, но рабочие версии выйдут после начала производства серийных кристаллов (середина 2000 года). Выпущено три новых внутрисхемных эмулятора реального времени: ICE10 для tinyAVR, ICE30 для megaAVR и ICE200 для classic- и tinyAVR. Особенно хочется отметить эмулятор ICE200. Для изделий такого класса он является очень дешевым устройством и специально ориентирован именно для массового применения. В дополнение к ICE200 Atmel реализует набор переходников (AVRSMD) для корпусов под поверхностный монтаж. В состав AVRSMD входят панельки для работы с корпусами SOIC8, SOIC20, PLCC44 и TQFP44. Стоимость данного набора, как и эмулятора ICE200, очень низкая. Это лишний раз подчеркивает открытую политику корпорации Atmel в вопросах развития доступных средств поддержки разработок для AVR, которая сохранится и в будущем. Активно идет процесс сотрудничества со сторонними фирмами, выпускающими программные средства проектирования и отладки, операционные системы, разнообразные отладочные комплексы и внутрисхемные эмуляторы для AVR. Заслуживает внимания компания Imagecraft, выпустившая дешевые и доступные С - компиляторы для семейств tinyAVR и classicAVR.

ASIC

ASIC - это заказные / полузаказные СБИС, которые изготавливаются на фабрике по маскам заказчика. В мире интерес к ASIC достаточно большой, год от года он продолжает неуклонно расти (рис. 8). За 1998 год прирост объема производства ASIC составил 42%, а в 1999 - более 50%. Открываются специализированные центры для разработки ASIC, центры обучения и переподготовки инженеров по ASIC, проводятся многочисленные технические семинары. В 1999 году отмечено активное смещение "центра тяжести" ASIC в сторону изделий системного уровня интеграции, когда в кристалл на технологическом уровне интегрируется стандартное фиксированное ядро массового применения (микроконтроллер, драйвер LCD, периферийные контроллеры USB и CAN, массивы памяти и т.д.).

Рис.8. Прогнозируемые объемы производства ASIC

Традиционными рынками потребления ASIC являются США и Европа. Многие фирмы - производители электронной продукции снижают требования к минимальному объему заказа ASIC. Так, если в 1998 году были необходимы начальные инвестиции в проект на ASIC на сумму не менее $100.000, то сейчас многие проекты могут быть реализованы при объеме начальных затрат около $20.000. Например, фирма Orbit Semiconductor готова реализовать проекты на ASIC при сложности кристалла около 2.500 эквивалентных логических вентилей с объемом начальных затрат $20.500, при этом себестоимость конечного изделия при производстве около 5000 изделий в год не будет превышать $2,00.

Основным преимуществом ASIC является низкая стоимость конечного массового продукта. Поэтому с постоянным совершенствованием технологического цикла производства микросхем снижаются и требования к минимальным заказам ASIC. Становится выгодно заказывать "свои" микросхемы даже для средних объемов производства, получая основную прибыль после реализации конечной продукции. При этом заказчик является владельцем как конечного продукта, так и заложенной в него идеи, и, следовательно, несет на себе всю тяжесть и ответственность принятия решения. Именно поэтому высокие требования предъявляются к качеству подготовки инженеров - разработчиков ASIC, которые обязаны проходить переподготовку не менее 2-х раз в год. Фирма - производитель готовых микросхем выступает здесь только как исполнитель идеи и проекта, которую приносит заказчик. С другой стороны, владелец современного технологического производства, как правило, владеет набором готовых фиксированных ядер, которые также могут быть интегрированы в ASIC по договоренности с заказчиком.

В последнее время набирает силу еще одна интересная тенденция в производстве заказных микросхем - изготовление так называемых "платформ". Как уже говорилось, весь риск при изготовлении ASIC несет заказчик, так как он является разработчиком проекта. Но если несколько заказчиков и производитель договариваются о совместной разработке ряда конечных изделий одного класса и вкладывают каждый со своей стороны идеи, ядра, возможности и инвестиции, то риск становится совместным. В результате такого сотрудничества появляется так называемая универсальная "платформа", которая в дальнейшем используется для изготовления нескольких типов или наборов микросхем, причем для каждого конкретного клиента на базе этого общего решения может быть изготовлено свое изделие. Классическим примером может служить "платформа" для чипсета для устройств записи/хранения данных HDD / DVD.

В 1998 году корпорация Atmel заняла 7-е место в мире по объемам производства ASIC, а по итогам 1999 года вышла на 3-е место. Основное направление развития фирмы - внедрение в ASIC современных технологий производства электронных ячеек памяти Flash и EEPROM. За 1999 год разработаны и выпущены два новых семейства ASIC - FlashASIC и E2ASIC, в которых внедрены ячейки памяти Flash и EEPROM соответственно. Микросхемы изготавливаются по освоенным проектным нормам 0,5 и 0,35 мкм, переход к технологии 0,25 мкм планируется к концу 2000 года. Сочетание быстрого логического массива КМОП структур с массивами памяти, изготовленными по архитектуре стандартной продукции Аtmel, позволяет придавать кристаллам ASIC новые потребительские качества и обеспечивать удобство при проектировании.

Наиболее удачные решения ASIC корпорация Atmel переводит в стандартные, серийные изделия, которые могут существовать самостоятельно наряду с микроконтроллерами, микросхемами памяти и изделиями программируемой логики. Это, например, комбинации ARM Thumb + USB, AVR + CAN и AVR + USB, специализированный универсальный чип для микросотовой телефонии DECT, базовый кристалл для миниатюрных Flash - карт и др.

ASSP

ASSP - это СБИС для специализированных приложений массового применения. Каждая микросхема ASSP обязана своим появлением какой-либо идее, задаче, приложению. Классическим примером здесь могут служить чипсеты для материнских плат компьютеров и видеокарт. Отметим главную особенность ASSP - это стандартные изделия. Будучи один раз разработаны для конкретной цели, они затем производятся массовыми тиражами и могут быть использованы несколькими потребителями в разных конечных устройствах.

Как уже говорилось, в состав ASSP входят энергосчетчики, микросхемы Multimedia, контроллеры USB и Ethernet, чипсеты для устройств хранения данных HDD/DVD, микросхемы для беспроводной связи, универсальные SmartRF приемопередатчики для систем бесконтактного управления, изделия класса Smart Cards и многое другое. Основным преимуществом микросхем ASSP является низкая стоимость серийной продукции. При этом фирма-производитель является одновременно инвестором, генератором идеи, исполнителем и владельцем конечного изделия микроэлектроники, то есть несет полную ответственность за обоснованность данной разработки. Зато созданный серийный продукт, если он грамотно задуман и реализован, может принести гораздо больше прибыли, так как будет востребован производителями разнообразной электронной аппаратуры. Примером может служить, например, специализированный кристалл для цифровых фотоаппаратов. Дизайн и оптика собственно фотокамеры могут быть различными, а электронное ядро - одним и тем же. Другим примерами являются кристалл для систем беспроводной связи Bluetooth и универсальный Dolby Digital аудио - процессор.

Все микроэлектронные изделия ASSP корпорации Atmel можно разделить на группы (рис. 9), каждая из которых разрабатывается в тесном творческом сотрудничестве между Atmel и сторонними фирмами, специализирующимися на создании конечных приложений.

Рис.9. Классификация изделий класса ASSP