CPU市場鐵律：量變引發質變

之前看了對於ARM及X86之爭的評論。有一句話我非常認同：量變引發質變。
意思是當某種型式CPU在市場上佔有數量優勢時，就會形成絶對性優勢。
這和CPU本身品質無關，只因硬體相容性可以讓軟體好好發展。
而要佔有數量，價格不用說一定要夠低，另一種是開放性，非獨家生產。
PC市場因壟斷較看不出來，但MCU卻是很明顯。
8051是8位元MCU的霸主，因為大家都可以做硬體。
16位元來不及有霸主就直接進入32位元MCU時代。
而32位元MCU的霸主正在形成。
硬體統一完畢，再來會變成軟體開始統一。
結果也會有類似的現象，會有統一的軟體架構出現。
又走"量變引發質變"這條路，軟體架構的品質不是重點，而是使用量。

不管軟硬體，使用者習慣才是主導，而市場往使用者多的方向走。

Cortex M4推展不如預期

雖然各廠商將推展主力移往CM4，但在推展上並不是如此順利。
主因是，要浮點運算做什麼?
往8位元MCU轉來的工程師，對於能在32位元上開發程式已是很開心，要玩的一堆，還沒有意識到浮點運算要如何用，那又何必多花錢。
而從PC轉來的工程師對於CM4的執行效能根本看不上眼，去玩Cortex-A8還比較實在，因為Cortex-A8也不貴。
這樣的局面造成CM4不上不下的樣子。
還有各廠商自行發展的32位元處理器，其實Bee也不太看好。

現在市場已經轉成由軟體來主導，要換MCU談何容易。連軟體工具都要換新，那來那個時間。
至少CM3還可以降為CM0或升級為CM4，光是這樣就可以吃很久，那還有機會看別的MCU。
萬一有什麼大的應用，轉到Cortex-A8也是不差的選擇。

MCU現在只是一個骨架系統，再來需求會轉往拼裝系統的速度。
再來就要看工程師如何快速拼裝系統，拼裝快硬體價格低才是重點。

簡單多工於Cortex-M3上最佳化

原程式：

void main(void)

{

    InitSystem();

    INIT_DEVICE();

    while (1)

    {

        switch (Task_State[FuncID])

        {

        case TASK_RUNNING :

            TaskFunc[FuncID]();

            break;

        case TASK_SKIP :

            if ( Task_Delay_Count[FuncID] )

            {

                Task_Delay_Count[FuncID]--;

                if (! Task_Delay_Count[FuncID]) WakeUp(FuncID);

            }

            break;

        default:

            break;

        }

        if ( ++FuncID >= TASK_NUM ) FuncID = 0;

    }

}

 

新程式：

void main(void)

{

    InitSystem();

    INIT_DEVICE();

    while (1)

    {

        register unsigned int   temp_id;

        register unsigned int   temp_delay;

 

        temp_id = FuncID;

        switch (Task_State[temp_id])

        {

        case TASK_RUNNING :

            TaskFunc[temp_id]();

            break;

        case TASK_SKIP :

            temp_delay = Task_Delay_Count[temp_id];

            if ( temp_delay )

            {

                temp_delay--;

                Task_Delay_Count[temp_id] = temp_delay;

                if (! temp_delay) WakeUp(temp_id);

            }

            break;

        default:

            break;

        }

        if ( ++temp_id >= TASK_NUM ) temp_id = 0;

        FuncID = temp_id;

    }

}

因核心程式執行未檢討有無可以改善空間，因此段程式決定各工作間的掃描率，若是可以改善將增加工作效率。

分析原本的程式，發現有多一些記憶體存取動作。

於是將記憶體動作簡化，中間使用暫存器的方式應可以加速。

先將FuncID這個變數用暫存器變數取出，編出來的程式少了一個指令。

又將Task_Delay_Count[]也用暫存器變數，有少一點組合語言指令。

主要廻圈原需要16個指令，現在只剩下12個指令，少了四個指令。

原16個指令需要23個Clock執行時間，現在12個指令只要19個Clock執行時間。

用示波器實測，Skip 1000次需時5.02ms，原先為6.80ms，確實加速執行時間。

 

不過Cortex M3用暫存器變數直接使用int會比short及char來得有效率。中間會少了正負號擴張指令，所以速度會更快。

 

Cortex-M4開啟新MCU戰場

CM3因為ST已是獨大，所以各廠商就將重心移往CM4。

直到最近TI推展CM4時，才發現價格已經壓到US$3以下。

有浮點運算器的MCU是這樣的價格，等於ADC/DAC不用什麼錢。

其他可以用於浮點運算的應用可以普及。

這樣的轉變，離上次Bee認為32位元MCU變革，只過了剛好一年。

32位元浮點運算，已不是8位元MCU可以做的事。

再下來會大量使用的演算法如：

矩陣運算、傅利葉轉換等等，都會變成非常容易達成。

這樣子MCU程式和PC程式之間差異就更小了。

看來只剩作業系統相容度的問題了。

另一個是使用浮點運算時，可能有效能不足需稍長的時間。

使用作業系統將長時間運算程式做為低優先權的運算，這樣的應用會增多。

RTOS因CM4的出現將會推展的更快。