8位微控制器在SoC的應(yīng)用
過去15 年來,許多人都曾預(yù)測(cè)8 位微控制器即將退出舞臺(tái),然而這卻是電子產(chǎn)業(yè)失誤最大的預(yù)測(cè)之一;事實(shí)上,雖然16 和32 位產(chǎn)品已極為常見,8 位微控制器的需求仍繼續(xù)成長(zhǎng),總值約達(dá)到今日100 億美元全球微控制器市場(chǎng)的一半。推動(dòng)8 位市場(chǎng)快速發(fā)展及成長(zhǎng)的動(dòng)力主要來自于8 位產(chǎn)品效能的大幅提升,特別是以8051 系列為基礎(chǔ)的產(chǎn)品,其它原因還包括芯片內(nèi)建功能的加強(qiáng)以及不斷縮小的封裝體積。今天,這類組件已能提供高達(dá)100 MIPS 的產(chǎn)出,這是8 位微控制器在短短幾年前還無法想象的事情。然而重要的不僅是原始運(yùn)算效能,真實(shí)世界是個(gè)模擬世界,因此系統(tǒng)也需要模擬和混合訊號(hào)功能,而且最好內(nèi)建于芯片中。與外在世界的通訊也是問題,核心處理效能需要與其相稱的通訊能力,使它能夠很有效的聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)其它組件,這樣才能將強(qiáng)大效能化為實(shí)際優(yōu)點(diǎn)。
8051 如何跟上今日的效能需求
最早的8051 是由英特爾在1980 年推出,它讓每一個(gè)指令的執(zhí)行跨越12 個(gè)頻率周期,使得硬件資源的需求減至最少。10 年后,Dallas Semiconductor (今天的Maxim) 利用新設(shè)計(jì)來改善這套架構(gòu),它移除了冗余的總線動(dòng)作,讓典型指令只需要4 個(gè)頻率周期;他們還推出可直接取代8051 的兼容微控制器,可將既有系統(tǒng)的效能立刻提高三倍。
Silicon Laboratories 的8 位微控制器系列采用了新的專屬設(shè)計(jì)來實(shí)作8051 指令集架構(gòu),它能提供最大的指令產(chǎn)出,同時(shí)維持完整的目的碼 (object code) 兼容能力,以發(fā)展出采用「硬件連接」(hard wired) 實(shí)作方式的C8051F 中央處理器,而不是原來采用微碼(micro-coded) 的設(shè)計(jì)。新設(shè)計(jì)會(huì)將指令集映像到兩級(jí)式基本處理管線,以便提高產(chǎn)出,同時(shí)維持8 位的程序內(nèi)存寬度。這種方法帶來了一系列新組件,它們能在1 或2 個(gè)頻率周期內(nèi)執(zhí)行絕大多數(shù)的指令,效能超過原始8051 設(shè)計(jì)的20 至25 倍。有了這樣的效能,工程師只要利用成本更低的8 位產(chǎn)品,就能支持原本需要較昂貴的16 或32 位微控制器才能執(zhí)行的應(yīng)用。
