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单片机技术发展趋势以及人才需求 片机技术发展趋势以及人才需求 术发
张军辉 意法半导体 (STM) 意法半导 片机市场 单片机市场部经理
目录
单片机发展历史 单片机制造工艺水平 单片机的市场状况 未来单片机的发展趋势 企业对单片机的人才需求
2
单片机发展历史 片机发
单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、 MCU、SoC三大阶段
SCM即单片微型计算机（Single Chip Microcomputer） MCU即微控制器（Micro Controller Unit），突显其 对象的智能化控制能力。 Soc单片应用系统
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单片机 = SoC
包含了所有的 芯片技术 模拟电路 不挥发 存储器 需要混合的 生产工艺
静态随机存 数字电路 储器(RAM) 储器
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非常值得关注的一则新闻
https://www.doczj.com/doc/86779133.html,/stonline/press/news/year2009/t2423.htm
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制造工艺 制造工艺的发展
2000
2005
2009
0.35μm Flash MCUs replace OTP and ROM
0.18μm ARM MCU brings 32-bit performance
90nm STM32
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2010年MCU的工艺水平 2010年MCU的工艺水平
成熟的普遍的水准
0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0.09 0.25 0.18 0.13 0.065 0.045 0.032 0.35
先进的水准 逐渐过渡
7
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不同工艺水准的比较
典型的MCU配置： 512KB Flash，64KB RAM，40万门数字电路，100引脚 0.18μm ~ 20 mm2 90nm ~ 10 mm2
面积缩小 了大约2/3 了大约
不挥发 存储器
模 拟 电 路
SRAM
不挥发 存储器 模拟 电路
SRAM
数字电路
数字电路
面积大致相同 I/O端口的面积 端口的面积 基本保持不变
8
8
新的90nm工艺带来的好处 新的90nm工艺带来的好处
更大的代码空间 更大的SRAM 更大的
1MB或更大的 或更大的Flash 或更大的
SRAM
NVM
SRAM
NVM
模拟 电路
128KB或更大的 或更大的RAM 或更大的 CPU速度 > 100MHz 速度 更多外设和硬件加速 更低功耗
数字电路
模拟 电路
数字电路
DIGITAL
更多片内外设和更快的CPU 更多片内外设和更快的
9
9
应用实例：电机控制 应用实例：
2000年 年 2005年 年 2010年 年
0.35μm 8-位 位 标量控制
0.18μm 32-位 位 向量控制
90nm 先进的算法 + 浮点运算
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软件开发
2000年 年 2005年 年 2010年 年
0.35μm 8-位 位 汇编语言
0.18μm 32-位 位 C语言 语言
90nm C++，Java ， 图形编程
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11
90nm MCU的应用 MCU的应用
坏咖啡豆检测 和香味控制 听觉和 视觉 高级控制
交流与互联 分布式的 动
作控制
智能传 感器 精确到0.1℃ 精确到 ℃ 的温度控制
精确到0.1巴的 精确到 巴的 压力控制
12
12
MCU的市场状况 MCU的市场状况
万亿美元 (1000M$)
2008年按应用领域划分的市场规模 年按应用领域划分的市场规模
16 14 12 10 8 6 4 2 0
*不包含智能卡 Source Isupply 2009
工业应用 汽车 消费类
稳定的市场
家电与游戏
无线通信 有线通信 数据处理
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中国单片机市场销量 中国单片机市场销量 场销
China MCU Supplier Ranking by Bill-to Revenue, 2008 vs 2007 2007 2008 2008 Revenue MCU Suppliers Ranking Ranking (M$) 1 1 Renesas Technology 180 2 2 Freescale Semiconductor 150 3 3 Microchip Technology 148 4 4 NEC Electronics 140 10 5 STMicroelectronics 69 5 5 Infineon Technologies 69 6 7 Toshiba 68 7 8 Atmel 68 8 9 Samsung 65 9 10 NXP 52 11 11 Texas Instruments 51 12 12 Fujitsu 40 13 13 Matsushita Electric 34 14 14 Sunplus Technology 31 15 15 Holtek Semiconductor 26 16 Nuvoton 21 19 17 Silicon Storage Technology 18 20 18 Sharp Electronics 16 16 19 Sanyo Electric 11 17 20 Sony 11 Top 20 1,268 Others 252 Total 1,520 Revenue YoY (%) (1.1%) (6.3%) (3.3%) 1.4% 43.8% 4.6% 4.8% (10.3%) 21.4% 11.1% (6.1%) (3.7%) (4.5%) (50.0%) (47.6%) (0.3%) 16.1% 2.1% 2008 Market Share(%) 11.8% 9.9% 9.7% 9.2% 4.5% 4.5% 4.5% 4.5% 4.3% 3.4% 3.4% 2.6% 2.2% 2.0% 1.7% 1.4% 1.2% 1.1% 0.7% 0.7% 83.4% 16.6% 100.0%
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目前单片机市场 目前单片机市场格局
各大芯片制造公司都推出了自己的单片机
欧美： ST, Microchip, Freescale, NXP, Atmel 日本： Renesas, NEC, Toshiba, Fujitsu, 韩国： Samsung 台湾: Holtek, Winbond
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位到32位 从8位、16位到 位的发展趋势 位 位到
MCU市场规模 市场规模($M, 2003~2013) 市场规模
4位 位
8位 位
16位 位
32位 位
Source: IC Insights
16
16
ARM处理器 处
ARM公司于1991年成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技 术的授权。目前，基于ARM技术的处理器应用约占据了32 位RISC微处理器75％以上的市场 前市面上常见的ARM处理器架构，可分为
ARM7-->ARM9 ARM11 Cortex系列
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ARM芯片的出货量 芯片的出货 芯片的出
ARM ? data as of 1Q07
4.5bn / year by 2010
Mobile Non-Mobile Embedded/Microcontroller
Mobile
2x
Non-mobile 4x Embedded 10x
600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0
2bn units / year
The ST ARM? Microcontroller Offer Focus
Q101 Q201 Q301 Q401 Q102 Q202 Q302 Q402 Q103 Q203 Q303 Q403 Q104 Q204 Q304 Q404 Q105 Q205 Q305 Q405 Q106 Q206 Q206
2006
2010
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ST的单片机产品 的 片机产
Memory Size July 2007 (Introduced to Market)
High Performance and Ultra Low Power 1MB
NOW : STM32F (2 – 3.6V) NEXT : STM32L Ultra Low Power
June 2008
128KB Standard Volt
age and Ultra Low-power 32-bit ARM CortexM3 Core 16KB
STM8S (3.0V – 5V) STM8L Ultra Low Power
Proprietary ST Core
4KB
Features
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STM32 32位机的快速增长 位机的快速增长
总共75款型号 总共 款型号 ?软件兼容， 软件兼容， 软件兼容 ?引脚兼容 引脚兼容 ?外设兼容 外设兼容
2007
2008
2009 2008年11月 20
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未来单片机的发 未来单片机的发展趋势
低功耗
MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW，而现在的 单片机普遍都在100mW. ST的超低功耗单片机功耗更低
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ST的超低功耗单片机 ST的超低功耗单片机
低功耗的承诺
从STM8L到STM32L完整的低功耗微控制器平台 采用最新、超低漏电流的工艺 极大的改善包括动态和静态的功耗
高效率的承诺
由于采用最新的架构，性能/功耗比达到新高 运行模式功耗低至：150 μA/MHz 在低功耗模式下，仅需 350nA，SRAM和寄存器数据还可以保留
优化的产品分布
采用通用单片机从8位到32位全覆盖的策略 针对特殊的应用，提供片上集成的安全特性 最佳的性价比
22
22
未来单片机的发 未来单片机的发展趋势
单片化
ST的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数 据存储(RAM)、程序存储器、并行和串行通信接口，中断 系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增 强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电 路)、WDT(看门狗)、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路 都集成在单一的芯片上
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STM32F207/217
1.8V-3.6V Supply 120 MHz running CPU Ethernet, 2xUSB OTG (1 FS, 1FS/HS*) Encryption** : 3DES, AES256, SHA1, RNG EMI :NAND Flash, SRAM, NOR Flash Camera interface (CMOS sensor) 64 pins to 176 pins -40/+105°C
ARM ? 32-bit multi-AHB bus matrix 32 Arbiter (max 120MHz)
Flash I/F
CORTEX M3 CPU+ MPU 120 MHz
AHB2
(max 120MHz)
Encryption** Camera Interface USB 2.0 OTG FS
512kB- 1MB Flash Memory
128KB SRAM External Memory Interface USB 2.0 OTG FS/HS Ethernet MAC 10/100, IEEE1588 Bridge APB1
(max 30MHz)
JTAG/SW Debug ETM
Nested vect IT Ctrl
Power Supply
Reg 1.2V
POR/PDR/PVD XTAL oscillators
32KHz + 8~25MHz
1 x Systic Timer DMA
16 Channels
Int. RC oscillators
32KHz + 16MHz
PLL RTC / AWU
Clock Control 51/82/114/140 I/Os 2x6x 16-bit PWM
Synchronized AC Timer
AHB1
(max 120MHz)
5x 16-bit Timer 4KB backup RAM 2x 32-bit Timer 2x Watchdog 2x DAC + 2 Timers 2x CAN 2.0B 2 x SPI / I2S 4x USART/LIN 3x I2C
(independent & window)
Bridge
APB2
3 x 16bit Timer Up to 16 Ext. ITs 1 x SPI 2 x USART/LIN
(max 60MHz)
1x SDIO 3x 12-bit ADC
24 channels / 2Msps
Temp Sensor
* HS requires an external PHY connected to ULPI interf
ace, ** Encryption is only available on STM32F217
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未来单片机的发 未来单片机的发展趋势
微型化
QFN36 (6x6mm) BGA100 (10x10mm) BGA144 (10x10mm)
LQFP48 (7x7mm)
LQFP64 (10x10mm)
LQFP100 (14x14mm)
LQFP144 (20x20mm)
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New BGA64 5x5
5mm 5mm
16 mm
LQFP48 7x7
64 ball BGA in 5mm x 5mm x 1.2mm height Available NOW Part numbers: Performance line, 16KB, 32KB, 64KB and 128KB
For 256KB and above, other solution exist, contact ST Sales
BGA64 5x5
Available Part numbers
STM32F103RBHx STM32F103R8Hx STM32F103R6Hx STM32F103R4Hx
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未来单片机的发 未来单片机的发展趋势
大容量内存
1M Flash 128K RAM
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STM32 F-2 Series portfolio
Flash Size (bytes)
STM32F207VG
128 KB RAM
STM32F207ZG
STM32F207IG
1MB
STM32F205RG
128 KB RAM
E*
128 KB RAM
E*
128 KB RAM
E* STM32F207 Ethernet, 2xUSB OTG, camera IF
STM32F205VG
STM32F205ZG
E*
128 KB RAM
E*
128 KB RAM
E*
STM32F207VF
128 KB RAM
STM32F207ZF
128 KB RAM
STM32F207IF
128 KB RAM
STM32F205 1xUSB OTG FS/HS
768 K
STM32F205RF
128 KB RAM
STM32F205VF
128 KB RAM
STM32F205ZF
128 KB RAM
Encryption peripheral on STM32F217 and STM32F115
E*
STM32F207VE
128 KB RAM
STM32F207ZE
STM32F207IE
512 K
STM32F205RE
128 KB RAM
E*
128 KB RAM
E*
128 KB RAM
E*
STM32F205VE
STM32F205ZE
E*
128 KB RAM
E*
128 KB RAM
E*
STM32F207VC
STM32F207ZC
128 KB RAM
STM32F207IC
128 KB RAM
256 K
STM32F205RC
96 KB RAM
128 KB RAM
Cortex-M3 120MHz with MPU and ETM RNG (Random Number Generator) 6xUSART 8x16-bit timer, 2x32bit timer 2x16-bit PWM 3xSPI, 2xI2C, 2xI2S, 2xCAN 3xADC, 2xDAC, SDIO, FSMC (100 ,144, 176 pin)
STM32F205VC
96 KB RAM
STM32F205ZC
96 KB RAM
128 K
STM32F205RB
64 KB RAM
STM32F205VB
64 KB RAM
STM32F205ZB
64 KB RAM
LFQFP 64 pins
LQFP 100 pins
LQFP144 pins
176 pins LQFP/BGA
Pin count
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未来单片机的发 未来单片机的发展趋势
高性能
STM8 : 20 MIPS STM32： 150 MIPS
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STM8 : 改进的架构，保留 改进的架构，保留CISC架构的优点 架构的优点
ST7
改进的8位内核 改进的 位内核
STM8
性能比 ST7 快10倍 & 代码比 ST7 省30% 倍
哈佛架构，3级流水线 16MB线性存储空间，支 持 FAR 指令 峰值性能20 MIPS @Fcpu=24MHz 32位指令总线 2个16位寻址寄存器
16/8 和 16/16 除法 快速的 8*8 乘法, 支持符 号运算 32 个中断向量 可以在RAM中运行程序 96 条指令
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未来单片机的发 未来单片机的发展趋势
低价格
STM32 : $0.85 (resale 10 Ku) for 16
-Kbyte devices in LQFP48 package
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STM32 Value Line
Flash Size (bytes) 512 K
ACCESS LINE 36MHz VALUE LINE 24MHz 48 KB RAM 32 KB RAM 48 KB RAM 32 KB RAM 48 KB RAM 32 KB RAM Common Peripherals 5xUSART 4x16-bit timer 3xSPI, 2xI2C, 1xADC 2xDAC, FSMC (100 and 144 pins) * ETM (only Access) VALUE additional peripherals 7x 16-bit Timer CEC
384 K
48 KB RAM
32 KB RAM
48 KB RAM
32 KB RAM
48 KB RAM
32 KB RAM
256 K
32 KB RAM
24 KB RAM
32 KB RAM
24 KB RAM
32 KB RAM
24 KB RAM
128 K
16 KB RAM
8 KB RAM
16 KB RAM
8 KB RAM
16 KB RAM
8 KB RAM
64 K
10 KB RAM
10 KB RAM
8 KB RAM
10 KB RAM
8 KB RAM
10 KB RAM
8 KB RAM
Common Peripherals 3xUSART 3x16-bit timer 2xSPI, 2xI2C, 1xADC *1xSPI, 1I2C, 2xUSART for QFN36 VALUE additional peripherals 4x additional 16-bit Timer CEC, 2x DAC Common peripherals 2xUSART 2x16-bit timer 1xSPI, 1xI2C, 1xADC VALUE additional peripherals 4x additional 16-bit Timer CEC, 2x DAC
32 K
6 KB RAM
6 KB RAM
4 KB RAM
6 KB RAM
4 KB RAM
16 K
4 KB RAM
4 KB RAM
4 KB RAM
4 KB RAM
4 KB RAM
36 pins QFN
48 pins LQFP
64 pins LQFP
100 pins LQFP
144 pins LQFP
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未来单片机的发 未来单片机的发展趋势
开发工具简易化
在线调试
通过USB供电
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从事单片机开发人才的学历 从事单片机开发人才的学历要求 开发人才的学
从业人员至少应具备大专学历 本科以及硕士则是这一领域从业人员的主体。
2%3% 12% 本科 硕士 大专 大专以下 博士
53% 30%
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薪资分布
月薪在“ 3000 - 5000 元” 和 “5000-8000元”的工程师所 占的比例最大。 从业人员薪资待遇相比其他行业高些。 从刚入行到工作一两年左右，薪资就可以达到3000-8000 2%2%1% 4% 元/月之间
6% 3000~5000 5000~8000 11% 40% 8000~12000 12000~15000 1500~3000 <1500 15000~20000 >20000
34%
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所属行业分布情况
应用最多的三大领域是“消费电子、通信设备、工 业控制”。比例之和接近60%
14% 24% 4% 5% 5% 6% 21% 8% 13%
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消费电子 通信设备 工业控制 安防监控 汽车电子 军工电子 信息家电 医疗设备 其他
软硬件人员的安排
62%的企业都是采用软硬件人员分工合作完成产品的开发 企业最需要的还是擅长某一方向的专才 软件开发人才的需求量远远大于硬件开发人才。 同时具备软硬件开发能力的工程师，在求职过程中拥有更 多的选择机会。
27% 23% 人员不分工。要求 人员不分工。 同时具备软硬件能 力 软硬件分开， 软硬件分开 ， 协作
其他
62%
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企业招聘大学毕业生时的考虑
动手能力和实践经验 主流MCU的使用经验
有培养前途
China MCU Supplier Ranking by Bill-to Revenue, 2008 vs 2007 2007 2008 2008 Revenue MCU Suppliers Ranking Ranking (M$) 1 1 Renesas Technology 180 2 2 Freescale Semiconductor 150 3 3 Microchip Technology 148 4 4 NEC Electronics 140 10 5 STMicroelectronics 69 5 5 Infineon Technologies 69 6 7 Toshiba 68 7 8 Atmel 68 8 9 Samsung 65 9 10 NXP 52 11 11 Texas Instruments 51 12 12 Fujitsu 40 13 13 Matsushita Electric 34 14 14 Sunplus Technology 31 15 15 Holtek Semiconductor 26 16 Nuvoton 21 19 17 Silicon Storage Technology 18 20 18 Sharp Electronics 16 16 19 Sanyo Electric 11 17 20 Sony 11 Top 20 1,268 Others 252 Total 1,520 Source: iSuppli China research, Q209 iSuppli China research, Q208 Revenue YoY (%) (1.1%) (6.3%) (3.3%) 1.4% 43.8% 4.6% 4.8% (10.3%) 21.4% 11.1% (6.1%) (3.7%) (4.5%) (50.0%) (47.6%) (0.3%) 16.1% 2.1% 2008 Market Share(%) 11.8% 9.9% 9.7% 9.2% 4.5% 4.5% 4.5% 4.5% 4.3% 3.4% 3.4% 2.6% 2.2% 2.0% 1.7% 1.4% 1.2% 1.1% 0.7% 0.7% 83.4% 16.6% 100.0%
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STMCU 3in1 评估套件 199元 元
STM32F103C8T6 最小系统评 估板 ST-LINK, 通过IAR_EWARM 或 者KEIL_MDK集成环境，调试 STM32; 通过STVD集成环境、 SWIN接口调试STM8 STM8S207SBT6 最小系统评 估板
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ST的大学赞助计划 ST的大学赞助计划
主芯片采用STM32F103VBT6， 主频72Mhz, 90MIPS，128K内部 Flash，20K内部RAM， LQFP100封装。 MIC输入，录音功能 PWM滤波音频输出，接扬声器一个 扩展插座 JTAG调试接口 TFT真彩LCD，游戏杆和按键 三相电机控制接口 三个串口，其中一个红外通信， 一个智能IC卡接口 SD卡接口， 外扩串行FLASH 4个LED 一个模拟输入，一个分压电位器 温度传感器 CAN总线接口 USB接口（USB device ）
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