微控制器發(fā)展、過(guò)去和將來(lái)

　　對于選擇微控制器進(jìn)行設計的系統設計師來(lái)說(shuō)，可獲得的大量的不同型號的MCU會(huì )讓選型工作變得復雜。SiliconLabs已經(jīng)發(fā)布了工作電壓低至0.9V的一款8位MCU，德州儀器有許多款針對16位MSP430的低功耗應用，英飛凌和飛思卡爾有針對汽車(chē)應用的多款MCU方案，而Atmel的AVR單片機和Microchip的PIC系列單片機一直在推陳出新，新的32位ARM核Cortex-M3處理器已經(jīng)發(fā)布，古老的8位8051核還是在不同微控制器中占領(lǐng)主流地位，而市場(chǎng)老大瑞薩可以針對多種應用領(lǐng)域提供方案。

　　要進(jìn)行成功的選型，了解行業(yè)的趨勢是非常重要的。微控制器處于怎樣的變化呢？未來(lái)的微控制器會(huì )怎么樣呢？也許對于設計者來(lái)說(shuō)最重要的趨勢是低功耗和高集成度。     

　　功耗對于目前的MCU供應商來(lái)說(shuō)是非常關(guān)注的。目前許多應用都要求用電池供電，這樣要求電池電量必須維持設備的使用時(shí)間或是系統壽命。同樣，因為目前全球面臨高昂的能源價(jià)格和全球變暖等問(wèn)題，任何應用都需要節能。     

　　目前有兩種方式的電能消耗：動(dòng)態(tài)和靜態(tài)耗電。動(dòng)態(tài)，或者說(shuō)是工作用電，指的是設備工作過(guò)程中消耗電能，這是每一款微控制器都需要應對的。靜態(tài)耗電（或者稱(chēng)為待機或泄漏）指的是器件在待機或是其他低功耗模式時(shí)消耗的電量。這在需要電池應用的領(lǐng)域是非常重要的，特別是在處理器需要經(jīng)常等待外部指令輸入的時(shí)候。

　　一款微控制器可能針對不同的應用有許多低功耗模式，實(shí)現起來(lái)也有不同的方法，包括低泄漏晶體管的采用，關(guān)閉MCU閑置部分的電力等。一般來(lái)說(shuō)，器件“睡”的越深，要喚醒它需要的時(shí)間就越長(cháng)。在決定器件低功耗模式需要多低時(shí)，喚醒時(shí)間是需要考慮的。

　　一些供應商選擇降低處理器的核心的供電電壓來(lái)降低功耗等式的一個(gè)因子，這個(gè)將幫助動(dòng)態(tài)耗電性能，但是同樣需要考慮電流的大小。     

　　增加集成度     

　　在更先進(jìn)的工藝技術(shù)和SoC的時(shí)代，在MCU核心周?chē)鷮?shí)現外圍的混合信號電路集成是十分方便的。目前還有不少供應商集成了大規模和多種類(lèi)的存儲器件，和多功能的外圍器件。     

　　讓我們簡(jiǎn)單看一看不同時(shí)代的兩款MCU來(lái)了解產(chǎn)業(yè)的快速變化。     

　　1980年英特爾公司的8051，具備128B的Ram，4kB的ROM，四個(gè)雙向I/O端口，一個(gè)UART和兩個(gè)16bit的定時(shí)器。而2007年飛思卡爾推出的MC9S12X，具備32kB的RAM，4kB的EEPROM，512kB的閃存，六個(gè)UART，三個(gè)SPI接口，8通道定時(shí)器，8通道10位ADC，8通道PWM模塊，5個(gè)CAN總線(xiàn)，2個(gè)I2C接口，和一個(gè)周期中斷定時(shí)器和一個(gè)X-gate并行處理模塊。

　　有許多應用都不需要超過(guò)8位的處理能力，但32位微控制器還是成為了越來(lái)越廣泛的系統設計需求。

　　隨著(zhù)縮小的尺寸和額外強調的低功耗工作和待機能耗，越來(lái)越多的應用采用了32位微控制器。

　　多核     

　　另一個(gè)處理器的革命是多核和多線(xiàn)程的采用。多核通常在PC、筆記本和服務(wù)器中應用較多，但在微控制器領(lǐng)域也在開(kāi)始針對一些計算密集應用出現，比如工業(yè)設備和汽車(chē)應用。     

　　因為flash技術(shù)的進(jìn)步，芯片的額外flash需求減少了很多。嵌入式flash取代了其他可編程ROM的應用，因為在編程和擦除的速度上flash有優(yōu)勢。并且更大的存儲空間與微控制器集成在了一起。     

　　數字信號處理器也被加入了微控制器中，用于控制的處理器內核與用于復雜運算的內核是不同的，而兩種功能兼備的SoC已經(jīng)很常見(jiàn)。     

　　比如說(shuō)，一些類(lèi)DSP的算法功能被加入微控制器核心的指令集，并采用硬件架構支持，從另一方面來(lái)看，一些DSP核心也加入了控制功能的指令。     

　　一些二者選一的方案被用在了控制器或者DSP核心的器件，從而實(shí)現混合。而供應商可以決定該器件是帶DSP功能的微控制器還是帶控制功能的DSP。     

　　一些大的微控制器芯片公司目前已經(jīng)宣稱(chēng)他們的應用或系統工程師可以幫助你實(shí)現一切，小的微控制器供應商也在做同樣的事情，不過(guò)一般是與獨立設計公司合作提供參考設計方案。