開(kāi)發(fā)工程師的創(chuàng )意變戲法：8位MCU變身32位MCU？！

目前的MCU市場(chǎng)分為三個(gè)部分， 8位、16位和32位內核(4位內核MCU現在已相當少用，故在本次比較中將其忽略)。對于這三個(gè)部分中的每一個(gè)，其規模大體相同。傳統上8位內核占最大的市場(chǎng)份額。根據一些分析人士報告，可能32位內核市場(chǎng)占有率已經(jīng)超過(guò)了8位內核。即使目前尚未超過(guò)，時(shí)間也不會(huì )太長(cháng)。32位內核市場(chǎng)份額是迄今為止增長(cháng)最快的。8位內核和16位內核仍在增長(cháng)，但在速度方面遠不如32位內核(8位內核的增長(cháng)速度仍快于16位內核)

在很長(cháng)的一段時(shí)間內， 很多人相信16位MCU可能會(huì )被8位MCU和32位MCU取代。目前的32位MCU器件采用最新技術(shù)制造(與8位內核和16為內核相比)。

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

8位MCU無(wú)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(zhù)行業(yè)按照摩爾法則的軌跡發(fā)展， 32位MCU變得越來(lái)越小和越來(lái)越廉價(jià)，以至于在傳統的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40 MIPS之間。而新的32位MCU通常具有80~ 100 MIPS的處理能力!這是處理能力和速度方面的重大改進(jìn)。

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(zhù)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(wú)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(chǎng)上，功率為王。即使某一應用不是以電池為供電， 目前的設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。某些頂級產(chǎn)品必須針對市場(chǎng)目的，或是因為政府命令和標準。例如，最新的消費電子器件目前均是兼容能源之星(Energy Star)的。

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

當你開(kāi)始考慮轉移至32位MCU時(shí)，或許會(huì )認為將遇到一些問(wèn)題。例如，你認為自己需要學(xué)習新的架構;你可能需要重寫(xiě)自己的所有代碼，以便與新的內核協(xié)調工作;或許你感覺(jué)32位MCU過(guò)于艱難和復雜，它們不是為了便于使用而設計的，而是為了性能設計的，這意味著(zhù)，你將不得不考慮它們所擁有的數以千計的寄存器;或許你關(guān)心可能將不得不學(xué)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(wú)法為自己的設計找出正確的成套外圍器件。你可能會(huì )關(guān)心上述一種或多種問(wèn)題， 但它們全都是必要的考慮事項嗎?讓我們分別分析它們。

大多數設計者認為，當他們從8位MCU轉移到32位MCU時(shí)，將不得不學(xué)習新的體系架構。問(wèn)題是大多數公司有自己的老式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(huì )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(huì )，從失誤中學(xué)習，并在32位系列中更正錯誤。你或許無(wú)法在器件上發(fā)現相同的外圍部件。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(gè)電路板。

盡管真實(shí)的情形是這樣的，你無(wú)法在不改變設計核心的情況下實(shí)現移植，但你也希望無(wú)需再次學(xué)習所有的內容。一些公司開(kāi)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。組件中唯一改變的是其內核。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(shí)仍能使用相同的印刷電路板。這方面的一個(gè)例子是Cypress半導體公司最近發(fā)布的PSoC? 3和PSoC 5架構。這兩種架構具有相同的外圍組件、封裝和管腳。PSoC 3架構，采用了新的單周期/指令 8051，運行頻率高達67 MHz，能夠方便地與PSoC 5版本兼容。PSoC 5版本采用了ARM? Cortex?-M3處理器，運行頻率高達80 MHz。這類(lèi)產(chǎn)品使得從一種架構到另一架構的移植變得簡(jiǎn)單易行。

圖1：點(diǎn)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(xiě)所有的代碼。情形并非總是如此。對于在8位和32位內核之間具有匹配外圍組件的很多這類(lèi)新產(chǎn)品，它們的固件也是兼容的。這些芯片采用高級語(yǔ)言(如C語(yǔ)言)，能夠編寫(xiě)一套代碼，可以選擇針對8位產(chǎn)品進(jìn)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，使用高級語(yǔ)言編寫(xiě)代碼，仍調用針對特定內核的寄存器，如果你遵守高級編程的精神，移植仍相當容易。

你可能考慮工具會(huì )怎樣呢?與你正在使用的特定內核相比，你可能更關(guān)注集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)。一旦你掌握了它，你不會(huì )愿意學(xué)習新的。但是，如果你擁有一種可在兩種架構上工作的IDE，情況會(huì )怎樣呢?Cypress公司新的PSoC Creator?軟件就是這方面的一個(gè)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(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)。保證設計未來(lái)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位內核打交道)，通過(guò)該產(chǎn)品，能夠為8位設計和32位設計使用相同的工具。

與軟件工具類(lèi)似，硬件工具也出現在跨平臺應用方面。一些公司已開(kāi)發(fā)出了帶有硬件開(kāi)發(fā)工具箱的模塊系統。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試工具。你真正能夠做到，學(xué)習一次，普遍適用。

真正應考慮的是，很多公司為銷(xiāo)售8位產(chǎn)品的不同市場(chǎng)開(kāi)發(fā)了32位產(chǎn)品。這意味著(zhù)你無(wú)法找到支持設計的正確的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(mǎi)外部分離器件。但是，如果你能設計自己的芯片會(huì )怎樣呢?類(lèi)似于 FPGA或CPLD，但以更簡(jiǎn)單的方式使用圖形環(huán)境會(huì )怎樣呢?如果你能在工具中實(shí)現自己的設計方案，創(chuàng )建它并將程序納入器件中，是否會(huì )很好呢?太好以至于似乎不真實(shí)，是嗎?當然不。使用PSoC 3和PSoC 5，這是可能的。你現在可以圍繞32為內核設計外圍器件，確保它們是適合于設計的正確器件。使用這些新工具，能夠按照你所希望的方式進(jìn)行設計。

圖2： PSoC Creator軟件內的設計示意

與以往相比，對于設計人員來(lái)說(shuō)目前更重要的是靈活性。市場(chǎng)比以前變化得更快，競爭每天都在加劇，每個(gè)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，能夠對8位MCU進(jìn)行設計，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(wù)，使用相同的項目文件，并將其移植到32位內核上?，F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是嵌入式設計的下一代方向。何時(shí)采取行動(dòng)取決于你?；蛟S是現在，或許是數年內，但在某一點(diǎn)上，你的8位MCU將耗盡其能力，無(wú)法滿(mǎn)足當前市場(chǎng)始終變化的需求。大多數設計人員對該步驟感到恐懼。但它并不一定是痛苦的。我們考察了一些目前可以采取、使該轉變盡可能平穩的行動(dòng)。如果你目前仍在進(jìn)行8位內核設計，請確保你所使用的產(chǎn)品系列具有32位的對應產(chǎn)品。對于工具來(lái)說(shuō)情況同樣。目前很多公司均提供能在不同架構上使用的相同軟件和硬件工具。今天選擇正確的器件(8位或32位)將能夠幫助你以及你的設計在明天獲得更大的成功。