8位MCU升級至32位MCU的設(shè)計-設(shè)計應用

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一個古老的嵌入式設(shè)計問題，就是在你的新設(shè)計中使用8位還是32位內(nèi)核？如果你問自己的同事，可能會發(fā)現(xiàn)他們的觀點截然不同。無論是否喜歡，32為內(nèi)核存在于今。那么這意味著什么呢？它意味著，在某一天，無論你多么努力嘗試避免，都不得不從你喜愛的8位內(nèi)核轉(zhuǎn)向新的、復雜的32位內(nèi)核。這類移植是痛苦的嗎？使用正確的技巧和方法，情況并非如此。

目前的MCU市場分為三個部分，8位、16位和32位內(nèi)核（4位內(nèi)核MCU現(xiàn)在已相當少用，故在本次比較中將其忽略）。對于這三個部分中的每一個，其規(guī)模大體相同。傳統(tǒng)上8位內(nèi)核占的市場份額。根據(jù)一些分析人士，可能32位內(nèi)核市場占有率已經(jīng)超過了8位內(nèi)核。即使目前尚未超過，時間也不會太長。32位內(nèi)核市場份額是迄今為止增長快的。8位內(nèi)核和16位內(nèi)核仍在增長，但在速度方面遠不如32位內(nèi)核（8位內(nèi)核的增長速度仍快于16位內(nèi)核）

在很長的一段時間內(nèi)，很多人相信16位MCU可能會被8位MCU和32位MCU取代。目前的32位MCU器件采用技術(shù)制造（與8位內(nèi)核和16為內(nèi)核相比）。

MCU制造商能夠使用這些的技術(shù)，使得32位MCU體積變得越來越小，因而變得越來越廉價。由于32位MCU所具有的價格和性能，很多分析人士相信，設(shè)計工程師將跳出16位領(lǐng)域，直接轉(zhuǎn)向具有高性能的產(chǎn)品，保證其設(shè)計的未來。

8位MCU無論是在性能還是存儲處理能力方面均達到了其極限。這也是目前存在16位和32位MCU的原因之所在。隨著行業(yè)按照摩爾法則的軌跡發(fā)展，32位MCU變得越來越小和越來越廉價，以至于在傳統(tǒng)的8位和16位領(lǐng)域方面也具有了競爭力。

與8位和16位MCU相比，這些新的32位MCU具有更高的處理能力。典型的8位MCU的速度在10~30MIPS之間。16位MCU介于20和40MIPS之間。而新的32位MCU通常具有80~100MIPS的處理能力！這是處理能力和速度方面的重大改進。

與8位和16位MCU相比，很多32位MCU具有更小的體積，通常具有更低的功耗。較小的體積通常意味著更好的功耗、更低的電流消耗和更低的有效輸入電壓。一些新產(chǎn)品的休眠電流幾乎無法測量，提供的輸入電壓低至0.5V。這就為32位MCU提供了巨大優(yōu)勢。在當今市場上，功率為王。即使某一應用不是以電池為供電，目前的設(shè)計人仍不得不考慮功耗。對于插入柵板的應用，出于多種原因，仍必須是“綠色”的。某些產(chǎn)品必須針對市場目的，或是因為政府命令和標準。例如，的消費電子器件目前均是兼容能源之星（EnergyStar）的。

如果你目前正在使用8位MCU，你可能會在下一設(shè)計中考慮32位MCU。即使下一代設(shè)計仍繼續(xù)使用8位MCU，目前也有很多步驟方法可幫助你做好終的移植備。今天做一些研究，并進行正確決策，就能為明天的設(shè)計提供保證。

當你開始考慮轉(zhuǎn)移至32位MCU時，或許會認為將遇到一些問題。例如，你認為自己需要學習新的架構(gòu)；你可能需要重寫自己的所有代碼，以便與新的內(nèi)核協(xié)調(diào)工作；或許你感覺32位MCU過于艱難和復雜，它們不是為了便于使用而設(shè)計的，而是為了性能設(shè)計的，這意味著，你將不得不考慮它們所擁有的數(shù)以千計的寄存器；或許你關(guān)心可能將不得不學習一整套新的軟件工具，你將需要熟悉全新的硬件工具；或許你還認為，32位MCU并不針對你的應用，你無法為自己的設(shè)計找出正確的成套外圍器件。你可能會關(guān)心上述一種或多種問題，但它們?nèi)际潜匾目紤]事項嗎？讓我們分別分析它們。

大多數(shù)設(shè)計者認為，當他們從8位MCU轉(zhuǎn)移到32位MCU時，將不得不學習新的體系架構(gòu)。問題是大多數(shù)公司有自己的老式8位MCU產(chǎn)品系列和新的32位MCU產(chǎn)品系列。每年，他們可能仍會為8位產(chǎn)品系列推出少量新的產(chǎn)品，他們希望把握機會，從失誤中學習，并在32位系列中更正錯誤。你或許無法在器件上發(fā)現(xiàn)相同的外圍部件。不同系列的代碼不兼容，或不具有管腳兼容性，因而你將不得不重新完成整個電路板。

盡管真實的情形是這樣的，你無法在不改變設(shè)計的情況下實現(xiàn)移植，但你也希望無需再次學習所有的內(nèi)容。一些公司開始發(fā)布新的產(chǎn)品，在8位版本和32位版本之間具有完全相同的成套外圍組件。組件中改變的是其內(nèi)核。其他部分，包括管腳布局位置，均保持不變。如果你目前使用的是8位MCU，明天就能移植到該公司的32位MCU上，同時仍能使用相同的印刷電路板。這方面的一個例子是Cypress半導體公司近發(fā)布的PSoC?3和PSoC5架構(gòu)。這兩種架構(gòu)具有相同的外圍組件、封裝和管腳。PSoC3架構(gòu)，采用了新的單周期/指令8051，運行頻率高達67MHz，能夠方便地與PSoC5版本兼容。PSoC5版本采用了ARM?Cortex?-M3處理器，運行頻率高達80MHz。這類產(chǎn)品使得從一種架構(gòu)到另一架構(gòu)的移植變得簡單易行。

圖1：點擊按鈕，就能從8位變?yōu)?2位

人們還認為，你將不得不為新的32位產(chǎn)品重寫所有的代碼。情形并非總是如此。對于在8位和32位內(nèi)核之間具有匹配外圍組件的很多這類新產(chǎn)品，它們的固件也是兼容的。這些芯片采用語言（如C語言），能夠編寫一套代碼，可以選擇針對8位產(chǎn)品進行編譯，或選擇32位產(chǎn)品并重新編譯。你可以采取略微復雜的方法，使用語言編寫代碼，仍調(diào)用針對特定內(nèi)核的寄存器，如果你遵守編程的精神，移植仍相當容易。

你可能考慮工具會怎樣呢？與你正在使用的特定內(nèi)核相比，你可能更關(guān)注集成開發(fā)環(huán)境（IDE）。一旦你掌握了它，你不會愿意學習新的。但是，如果你擁有一種可在兩種架構(gòu)上工作的IDE，情況會怎樣呢？Cypress公司新的PSoCCreator?軟件就是這方面的一個例子。它是一種能與8位器件和32位器件一起工作的集成開發(fā)環(huán)境（IDE）。保證設(shè)計未來前景的一種良好方式是，在今天就選擇相應的產(chǎn)品（即使你仍與8位內(nèi)核打交道），通過該產(chǎn)品，能夠為8位設(shè)計和32位設(shè)計使用相同的工具。

與軟件工具類似，硬件工具也出現(xiàn)在跨平臺應用方面。一些公司已開發(fā)出了帶有硬件開發(fā)工具箱的模塊系統(tǒng)。這樣，你就能夠拔出8位模塊，并用32位模塊取而代之。板上的所有其他部分保持不變。它們通常采用相同的編程和調(diào)試工具。你真正能夠做到，學習，普遍適用。

真正應考慮的是，很多公司為銷售8位產(chǎn)品的不同市場開發(fā)了32位產(chǎn)品。這意味著你無法找到支持設(shè)計的正確的32位產(chǎn)品。因而，你不僅要為32位產(chǎn)品支付更多的成本，還需花費更多的成本購買外部分離器件。但是，如果你能設(shè)計自己的芯片會怎樣呢？類似于FPGA或CPLD，但以更簡單的方式使用圖形環(huán)境會怎樣呢？如果你能在工具中實現(xiàn)自己的設(shè)計方案，創(chuàng)建它并將程序納入器件中，是否會很好呢？太好以至于似乎不真實，是嗎？當然不。使用PSoC3和PSoC5，這是可能的。你現(xiàn)在可以圍繞32為內(nèi)核設(shè)計外圍器件，確保它們是適合于設(shè)計的正確器件。使用這些新工具，能夠按照你所希望的方式進行設(shè)計。

圖2：PSoCCreator軟件內(nèi)的設(shè)計示意

與以往相比，對于設(shè)計人員來說目前更重要的是靈活性。市場比以前變化得更快，競爭每天都在加劇，每個人都致力于更低的成本。今天選擇正確的8位器件系列能夠保障你的明天。使用這些新的工具，能夠?qū)?位MCU進行設(shè)計，或許它是貴公司產(chǎn)品組合的基本版本，隨后，你可以承擔你的任務，使用相同的項目文件，并將其移植到32位內(nèi)核上。現(xiàn)在你能夠增加更多性能。很快，它將成為貴公司的高端特色產(chǎn)品，從而獲得更高的利潤。

32位MCU是嵌入式設(shè)計的下一代方向。何時采取行動取決于你?；蛟S是現(xiàn)在，或許是數(shù)年內(nèi)，但在某一點上，你的8位MCU將耗盡其能力，無法滿足當前市場始終變化的需求。大多數(shù)設(shè)計人員對該步驟感