遷移路徑適用于低成本32位MCU

傳統(tǒng)上，低端8位和16位器件為微控制器市場提供服務(wù)，這是一個功能要求有限且對成本敏感的用戶群。但隨著應(yīng)用需求的發(fā)展和行業(yè)希望將多個MCU整合到單個設(shè)備中，組織正在關(guān)注如何遷移到價格合理的32位平臺。

在許多新技術(shù)出現(xiàn)的幫助下，現(xiàn)在可以肯定的是，32位微控制器將在16位和高端8位MCU傳統(tǒng)成本范圍內(nèi)推出。

豐富的MCU應(yīng)用意味著新的微處理器架構(gòu)內(nèi)核必須是可合成的可用。此外，應(yīng)用程序的數(shù)量要求微處理器架構(gòu)必須是開放的，以使硅供應(yīng)商能夠集成他們需要的外圍設(shè)備而不是微處理器提供商設(shè)置的外圍設(shè)備。

挑戰(zhàn)是啟用32-微處理器核心位于16位市場的成本標準。制造微控制器的成本主要取決于封裝。因此，為了降低生產(chǎn)32位微控制器的成本，業(yè)界應(yīng)該考慮如何使用較舊的，較便宜的制造工藝，如0.35,0.25和0.18微米;如何減小微控制器的尺寸以最小化硅面積;以及它如何消除多余的引腳，特別是對于50引腳以下的封裝。

通常，微控制器的最大標準組件是用于指令存儲的閃存和用于數(shù)據(jù)存儲的SRAM。為了最大限度地減少物理區(qū)域，業(yè)界需要考慮如何促進最終用戶更好地利用這些資源。反過來，這將支持更小的封裝，允許使用更老，更便宜的工藝技術(shù)。

通過使用下一代32位指令集架構(gòu)來實現(xiàn)閃存本身的優(yōu)化是可能的。更高的代碼密度，從而優(yōu)化實現(xiàn)特定任務(wù)所需的閃存量。

優(yōu)化SRAM是微處理器如何命令并將數(shù)據(jù)存儲在內(nèi)存中的問題。技術(shù)包括未對齊數(shù)據(jù)支持，這使得處理器能夠?qū)⒍喾N數(shù)據(jù)類型彼此相鄰地存儲。也可以使用比特帶。這允許程序員在沒有處理開銷的情況下操作單個內(nèi)存位，確保在需要存儲和操作單一數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序中100％的內(nèi)存利用率，例如標志，開關(guān)或LED的狀態(tài)。

通過將新技術(shù)應(yīng)用于主處理器內(nèi)核的實現(xiàn)，還可以降低32位器件的成本。此外，某些封閉系統(tǒng)外設(shè)（例如總線矩陣，中斷控制器和調(diào)試功能）的緊密集成可以減少整個系統(tǒng)門數(shù)，從而減少所需的硅面積。其他更具體的功能可以集成在電路板上，包括硬件劃分和單周期乘法。這兩個特性已經(jīng)被證明可以將門數(shù)減少30％以上。

同樣，非常緊密耦合的中斷控制器的實現(xiàn)減少了通用控制器所需的門數(shù)，并且減少了一半進入中斷所需的周期數(shù)，以及在待處理中斷之間移動的周期數(shù)量減少85％。這在控制領(lǐng)域尤其重要。

外圍設(shè)備可以說是微控制器最重要的組成部分。然而，令人驚訝的是，這些可以為生產(chǎn)低成本32位器件提供最大的物理面積節(jié)省。仔細檢查8位和16位微控制器上提供的許多常見外設(shè)，很明顯許多模塊包含許多額外的電路來彌補微處理器的限制：例如，深FIFO和額外的寄存器組在UART上以及數(shù)模轉(zhuǎn)換器上的附加插值電路。向更高性能的32位控制器的轉(zhuǎn)變消除了對大多數(shù)這種“隱藏”電路的需求，從而實現(xiàn)了更小的外設(shè)。例如，更寬的總線架構(gòu)可以使數(shù)據(jù)更快地移入和移出通信端口，并且核心處理能力的提高消除了對外部插值的需求。

所有32位微控制器都有更好的調(diào)試比傳統(tǒng)的8位和16位微控制器。盡管如此，系統(tǒng)可見性和調(diào)試簡便性方面的巨大進步還是以支持JTAG調(diào)試端口的五針開銷為代價。雖然對于具有更多引腳數(shù)的器件（例如超過50個引腳）而言，開銷不是問題，但它肯定會給市場低端設(shè)備帶來問題，這些設(shè)備可能只有20個引腳或更少。在那里，開銷可能占總引腳的25％，因此封裝成本增加了25％。

為了構(gòu)建成本低于1美元的32位微控制器，處理器設(shè)計人員一直在研究新的方法來開發(fā)片上調(diào)試信息不那么干擾。其中一個例子就是單線調(diào)試端口，它使微控制器設(shè)計人員能夠在一個引腳上提供JTAG的所有功能（除了或替代傳統(tǒng)的JTAG端口）。

Haydn Povey（haydn.povey@arm.com）是ARM（加利福尼亞州桑尼維爾）的MCU產(chǎn)品經(jīng)理。