8位MCU向32位轉換之策 性能卓越有藍海

　　e絡(luò )盟社區致力于服務(wù)設計工程師已有8年時(shí)間。在這段時(shí)間內，技術(shù)不斷發(fā)展，32位架構上市，使得工程師能夠前所未有地推進(jìn)其設計，我們也得以親眼見(jiàn)證了微控制器市場(chǎng)的發(fā)展變化。

　　在全世界每天使用的數十億件嵌入式設備中，許多仍然采用傳統的8位和16位微控制器。很多嵌入工程師是跟著(zhù)這些較老的架構一起成長(cháng)起來(lái)的，這些架構成本低、功耗低而且十分簡(jiǎn)單，即使32位設備發(fā)展迅猛也沒(méi)有妨礙它們的受歡迎程度。但是，32位設備聲望漸隆，我們有必要對這個(gè)新架構的差異、優(yōu)勢和機遇進(jìn)行詳細說(shuō)明。

　　現在，每個(gè)新項目都需要先回答下列問(wèn)題：繼續采用8位架構會(huì )錯過(guò)什么?32位架構能夠提供什么?32位設備目前占據著(zhù)嵌入式MCU銷(xiāo)售的領(lǐng)先地位，我們是否應該立即采取行動(dòng)以避免落后?

　　幸運的是，我們的行業(yè)創(chuàng )新永無(wú)止境。有了Freescale?(飛思卡爾)、Atmel?、NXP?及其它設備所采用的ARM?Cortex?-M0+等內核，32位處理器就能夠媲美傳統8/16位MCU的實(shí)力，同時(shí)還能夠提供眾多的優(yōu)勢，讓升級變得極具吸引力。Cortex-M0+內核為轉換而生，它的32位功能可將項目提升到一個(gè)全新的高度。

　　為什么要向32位轉換?

　　如果你問(wèn)學(xué)工程的新生為什么要從8位向32位轉換，那么你可能會(huì )得到這么一個(gè)明確的答案：32位是8位的4倍，位越高當然越好!實(shí)際上事情并非那么簡(jiǎn)單，不過(guò)32位MCU十分重要自有其很多令人信服的理由，即使對于“傳統的”8位和16位項目來(lái)說(shuō)也是如此。

　　提高性能：向32位內核轉換之后，相對于目前使用的8位和16位架構來(lái)說(shuō)，每MHz性能可以提高2-40倍。你可以獲得更快的32位數學(xué)運算處理速度，以及單周期32位乘法運算。而且，你還可以獲得單周期IO，用于位拆裂和軟件協(xié)議仿真。

　　所有這些功能開(kāi)啟了全新的可能性，涉及軟件堆棧(USB、藍牙等)、RTOS、高級UI等等，而且還剩余充足的處理能力用于應用軟件的自定義功能。

　　提高能源效率：Cortex-M0+內核效率極高，其Coremark/mA較8位或16位競爭性產(chǎn)品高達2倍。嵌入式系統結合這種強大的Cortex-M0+內核，可以更快地完成任務(wù)并返回睡眠模式，從而節省能源。

　　即使睡眠模式也能夠很好地節省功耗：在飛思卡爾Kinetis?L系列產(chǎn)品上進(jìn)入9種模式中的最深度睡眠模式時(shí)，其功耗低至《1uA。而且，由于Kinetis系列產(chǎn)品上的外圍模塊采用智能設計，因此你可以在不喚醒內核的情況下做更多的事情，從而進(jìn)一步節省功耗。

　　但是……

　　你覺(jué)得這一切聽(tīng)起來(lái)真不錯，但我仍然需要8/16位MCU為我的應用提供較小的尺寸、較低的成本和易于使用的特點(diǎn)。幸運的是，32位MCU也能夠做到這些：

　　尺寸：正如飛思卡爾KinetisKL03系列產(chǎn)品上所見(jiàn)，32位MCU的尺寸小至1.6x2.0毫米，是世界上最小的ARMMCU，所以非常小的尺寸也能夠提供卓越的32位性能。

　　復雜性：令人稱(chēng)奇的是，32位架構在某些方面實(shí)際上更為簡(jiǎn)單。有了32位地址空間，便無(wú)需對內存地址進(jìn)行分頁(yè)，所以可以直接訪(fǎng)問(wèn)。Cortex-M0+內核架構擁有一個(gè)全功能干擾控制器，可簡(jiǎn)化干擾處理。此外，32位架構還附帶一個(gè)追蹤緩存，可以方便調試，并給希望繼續使用裝置的用戶(hù)僅提供56條指令，這樣一來(lái)，向32位“跨躍”的一大步從復雜性的角度來(lái)說(shuō)更像是一小步。

　　利用32位開(kāi)展開(kāi)發(fā)工作：

　　使用32位ARM內核的主要優(yōu)勢之一，在于海量的可用軟件和硬件，其中包括大量兼容的編譯器和調試器。當項目在Cortex-M0+和更為強大的Cortex-M4等內核之間進(jìn)行調整時(shí)，我們可以十分簡(jiǎn)便地重復使用各種硬件和軟件。此外，因為飛思卡爾KinetisMCU引腳和模塊具備兼容性，并且該系列的設備數以百計，所以沿著(zhù)性能/閃存曲線(xiàn)上下移動(dòng)非常簡(jiǎn)便。

　　飛思卡爾進(jìn)一步促進(jìn)了32位的開(kāi)發(fā)工作，推出了ProcessorExpert?軟件建模工具和MQX?-Lite實(shí)時(shí)操作系統(RTOS)，有助于迅速啟動(dòng)和推進(jìn)全新的32位項目。ProcessorExpert軟件建模工具是一種GUI補充工具，用于代碼生成，可創(chuàng )建客戶(hù)化的驅動(dòng)程序，從而極大地縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間。

　　MQX-LiteRTOS是MQXRTOS的簡(jiǎn)化版，專(zhuān)門(mén)針對內存低于4KB的微控制器設計。RTOS驅動(dòng)程序來(lái)自于ProcessorExpert軟件建模工具，MQX-LiteRTOS是MQXRTOS的子集，因此未來(lái)可輕松升級至更為強大的設備。它很好地補充了ProcessorExpert軟件建模工具，而且對于帶有USB功能的設備，它還提供一個(gè)USB補充堆棧。

　　下一步

　　現在你想嘗試一下32位架構，但是應該從哪里著(zhù)手呢?

　　幸好，有許多主板提供很好的32位評估平臺，你花不到一個(gè)匹薩的錢(qián)就能夠買(mǎi)到。FRDM-KL05Z非常適合你初涉32位領(lǐng)域，它引腳兼容飛思卡爾的8位S08設備。FRDM-KL26Z增加了USB和更多先進(jìn)的外圍模塊，而FRDM-KL46Z還進(jìn)一步支持USB和segmentLCD?；蛘?，如果5VIO和電氣可靠性對于你的應用至關(guān)重要，那么FRDM-KE02就是你要找的主板。

　　所有這4個(gè)薄荷錫盒大小的主板均為Cortex-M0+內核，并采用了ProcessorExpert軟件建模工具、MQX-LiteRTOS、USB補充堆棧等。此外，這些主板還內置了一個(gè)稱(chēng)為OpenSDA的調試電路，所以一條簡(jiǎn)單的USB電纜便可提供你所需要的全部調試、串行通信和閃存編程功能。

　　而且，這些主板以及整個(gè)飛思卡爾Freedom開(kāi)發(fā)平臺系列均兼容Arduino?擴展板，并可提供數字與模擬IO引腳。MEMS傳感器評估套件很好地說(shuō)明了其中的各種可能性，它將FRDM-KL25Z飛思卡爾Freedom開(kāi)發(fā)平臺和MEMS傳感器評估擴展板相結合，使KinetisLMCU能夠獲得各種先進(jìn)的傳感器，以便探索周?chē)氖澜纭?/p>

　　在整個(gè)學(xué)習過(guò)程中，務(wù)必和其他工程師保持密切聯(lián)系，e絡(luò )盟社區可以提供這方面的支持。通常，你所面臨的問(wèn)題，其他工程師已經(jīng)有了解決方案，從這一點(diǎn)上來(lái)講，網(wǎng)絡(luò )社區是一個(gè)不錯的資源。

　　32位的未來(lái)

　　科技從未停止進(jìn)步，越來(lái)越多的嵌入式應用將采用32位MCU，這種趨勢只會(huì )加速。從開(kāi)發(fā)套件到原型機和制造的每個(gè)設計流程階段，e絡(luò )盟均為工程師提供支持，確保他們在選擇遷移至32位架構時(shí)胸有成竹。較高的性能、卓越的功率效率以及更好的代碼密度，現在就邁開(kāi)腳步，走向更加美好的32位未來(lái)吧。