現今的微控制器(MCU)市場，實際上可分為三大區塊，包括8、16及32位元核心(4位元微控制器市場，由於規模甚小，因此忽略不計)。這三個市場區塊，規模大致相同，以往8位元占市場最大比重，一些分析報告指出，32位元市場的規模已超越8位元，且目前成長速度最快，而8位元與16位元市場仍持續以不同的速度成長，目前8位元市場的成長速度仍高於16位元。
長期而言，許多人相信16位元的市場版圖會被8位元與32位元併吞。相較於8與16位元核心，目前的32位元微控制器元件採用最新技術，而微控制器製造商也有能力運用這些最新技術，讓32位元微控制器持續微型化，因此售價正不斷降低。由於32位元微控制器在價格與效能上的優勢，許多分析師相信研發工程師將跳過16位元，直接轉移至效能更高的產品，讓往後的設計能直接達到高階需求。
8位元微控制器效能已不符需求
8位元微控制器在效能與記憶體定址能力方面，均已達到其極限。因此16位元與32位元微控制器才有發展空間。加上產業依循摩爾定律(Moore’s Law)所預示的軌跡，32位元微控制器會變得越來越小且低廉，其售價已壓低到對傳統8位元與16位元產品造成嚴重威脅。
新型32位元微控制器的處理效能遠勝過8位元與16位元元件，典型的8位元微控制器，運作時脈介於10～30MIPS；16位元微控制器的速度為20～40MIPS；32位元微控制器的速度則達到80～100MIPS，此為處理性能與速度上可觀的進展。
由於許多32位元微控制器採用比8與16位元微控制器更微型化的製程，因此能發揮低功耗優勢。更小的電路尺寸通常代表更理想的電力規格、更低的功耗及有效輸入電壓，甚至有些新產品的休眠電流幾乎量測不到，且輸入電壓一路降到僅0.5伏特，為32位元微控制器極大優勢。在現今市場中，功耗即關鍵，即使產品不是採用電池供電，目前的設計人員仍須擔心耗電問題。基於許多因素，使用市電的產品也須符合節能環保，最重要原因包括行銷，以及須符合政府制定的環保規範與標準。如大多數新上市的電子裝置必須符合能源之星(Energy Star)的節能規範。
目前採用8位元微控制器的廠商，應針對下一個設計案考慮改採32位元微控制器，即使下一代設計將採用8位元微控制器，仍可先行計畫以因應有朝一日勢必要執行的轉移工作，並使設計符合未來需求。
32位元微控制器帶來新的設計挑戰
當工程師著手規畫要從8位元轉移至32位元微控制器時，可能會設想將面臨的幾項問題，如必須學習新的架構，可能須重新撰寫所有程式碼，以便讓程式在新的核心上執行，且工程師會認為32位元微控制器架構太難且太複雜，原因在於，32位元微控制器是針對提高效能設計，而不是以易用性作為主要目標，因此工程師就得為數以千計的暫存器而頭疼。此外，工程師還必須學習一整套新的軟體工具，並得熟悉整套新的硬體工具，又或許工程師可能認為32位元微控制器並非針對應用量身打造，所以無法為自己的設計找到一組適合的周邊元件。上述問題是否真正須要擔憂？以下將逐一加以分析。
32位元微控制器僅須更換核心
大多數設計人員都認為從8位元轉移至32位元微控制器時，必須學習新的架構。問題在於大多數企業都同時擁有自己的舊系列8位元微控制器，以及全新的32位元微控制器系列產品，這些業者可能每年仍會推出幾款8位元系列的產品，但也希望從錯誤中學習，並在32位元系列產品中修正這些錯誤。這些元件中可能不會搭載相同的周邊元件，不同系列的元件不會維持程式碼或接腳相容性，因此須重新設計整個機板。
儘管在進行轉移時，須更換核心，但卻不一定要從頭學習所有技術。有一些廠商已推出新產品，其8位元與32位元版本的元件擁有完全相同的周邊元件，元件中唯一的改變就是核心，其餘部分，包括接腳的配置在內，都完全沒變，因此未來若8位元微控制器轉移至32位元版本時，仍能使用相同的印刷電路板。其中一個例子就是廠商最近發表的PSoC 3與PSoC 5架構，這兩種架構擁有相同的周邊元件、封裝及接腳輸出配置。針對PSoC 3架構的機板設計，採用新的單週期執行模式，經由8051指令運作速度可達67MHz，此設計方案能輕易移植到PSoC 5的環境，而PSoC 5採用一個時脈達80MHz的安謀國際(ARM)Cortex-M3處理器，讓用戶能輕鬆從舊架構轉移至另一種新架構(圖1)。
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| 圖1 只要點一個按鍵，就能從8位元轉換至32位元架構。 |
利用高階語言撰寫程式碼
許多人亦以為須針對新的32位元產品重新撰寫所有的程式碼。但情況並非永遠如此。許多新產品中，其8位元與32位元核心有共通的周邊元件，也採用相容的韌體，這些晶片採用高階語言如C語言，讓工程師撰寫一組程式碼，可選擇與8位元產品維持相容，或選擇僅支援32位元產品，然後再重新編譯。或者也可選擇較複雜的途徑，以高階語言撰寫程式碼，然後呼叫核心專屬的暫存器，但若遵循高階編程語言的精神，轉移作業應可迅速完成。
開發工具須可支援多種架構
轉移至32位元時，工程師可能擔心整合開發環境(IDE)，反而較不會煩惱目前該選擇何種核心。當工程師精通某種元件後，就不會想學習新的元件，若擁有一種IDE能在多種架構上運作，工程師將改變看法。為讓設計能滿足未來需求，其中一種理想作法就是選擇一種適合的IDE產品，讓工程師能使用相同的工具開發8位元與32位元設計，而廠商推出的PSoC Creator軟體能在8位元與32位元元件上運作。
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| 圖2 PSoC Creator軟體內建設計圖擷取功能 |
和軟體工具一樣，許多業者已推出能支援多種平台的方案，如有些廠商開發模組化系統，內含硬體開發套件。這種方案讓工程師能拆下8位元模組，再換上32位元的模組，但機板的其他元件都維持不變，且這些開發模組通常能共用相同的編程與除錯工具，讓工程師只須學習一次技術，之後可重複運用在不同環境。
透過新設計工具簡化研發工作
原本銷售8位元產品的市場，如今要針對這些市場開發32位元產品，廠商面臨一項相當現實的問題，即找不到適合的32位元產品支援自己的設計，不僅須為32位元產品付出更多資源，還須花更多金錢購買外部的獨立元件，若能自己設計晶片，情況將可改觀。包括現場可編程閘陣列(FPGA)或複雜可編程邏輯元件(CPLD)，甚至可利用圖型化操作環境，皆可讓設計工作更簡化，若能利用工具擷取產品的設計圖(圖2)，然後套用到另一個元件，即可針對32位元核心設計周邊元件，確保其能支援設計案的理想核心，而此新型態的工具也可讓工程師依照自己的想法進行設計。
設計彈性/節省成本為重要考量
對於設計人員來說，現今彈性的重要性比過去都要來得高，且市場改變的速度也更勝於以往，加上競爭日益激烈，每家廠商都努力壓低成本。現在選擇適合的8位元系列元件，未來就能節省成本，利用上述的新工具，工程師可立即著手運用8位元微控制器進行設計，這些也許是公司最低階的產品，但之後卻可把完成的設計成果，也就是同一個專案檔，轉移至32位元核心，以藉此擴增更多效能，並成為公司的高階差異化產品。
8位元微控制器的效能終究無法滿足現今市場持續變化的需求，因此32位元微控制器是嵌入式設計的下一波主流。大多數設計人員都害怕跨出這一步，但這並非難事。本文已歸納出目前可採取的行動，讓轉移過程盡可能順暢，若目前仍決定計畫推動8位元的設計，一旦確定廠商的產品支援32位元版本，則包括工具也應有32位元版本。
(本文作者任職於賽普拉斯)
