当我们谨慎选择外设的时候,会注意选择一个廉价的伴侣芯片(或是小的FPGA,或是结构化ASIC)来满足特定外设的需求,这样一个标准产品微控制器(MCU)就可以转化成一个强大的应用引擎。这样的器件模糊了以往对MCU和专用标准产品(ASSP)之间的一个简单划分,后者一般配备有强大的RISC内核、应用加速器和专用外围电路,全部都按特定的一系列纵向市场的需求来调整。
ASIC开发成本在持续上升,而稍微不同于原芯片设计者构想的用途就会使ASSP难以适应,这些状况促使人们考虑普通的微控制器。通过采用现代的工艺,配置有丰富处理器和相当数量本地RAM的这种器件可在一块裸片上实现,且售价在MCU的价格范围内。
Atmel公司不久前公布了新的基于ARM9的200MIPS MCU产品线SAM9系列,就是这种趋势的一个迹象。该MCU不仅速度符合嵌入式标准,而且相比传统MCU,该产品系列内部架构与专用高端ASSP更加接近。
Atmel基于ARM9的微控制器更像一种ASSP。
同任何MCU一样,该系列的第一款产品AT91SAM9261提供了一个CPU内核、片上存储器、通用控制和通讯外围电路。与其它许多的MCU类似,它具有一种极低功耗的关断模式,并有硬件指配进出该模式。
除了上述相同之处,还有些不同之处。其区别首先来自处理器内核,一个最大工作频率为180MHz的ARM926EJ-S。业界还有其它一些是类MCU的芯片,其上带有更快的ARM9内核,如来自Netsilicon、三星和夏普的产品。但是Atmel公司行销总监Tim Morin争论说,这些芯片针对非常特定的应用,所以应该被看作是ASSP而不是MCU。
为保持快速运行,Atmel的处理器内核配有相当多的基础架构支持。一个非常大的160KB本地SRAM紧密地与该处理器内核衔接,而不是挂在高速缓存总线上,这样就为高速本地存储提供了空间。一个五层的ARM AHB总线为处理器和I/O操作之间处理提供了相当级别的同步性,而且不会发生冲突。此外,一个复杂的DMA单元管理着外设控制器、SRAM和外部DRAM之间的数据传输,极少需要CPU的干预。
如同其它许多SAM系芯片一样,SAM9包括一个存储器管理单元(MMU)。另外,MMU对MCU来说不是一个必要的选项,但对那些用在极为复杂的系统中的MCU来说,它代表了一个日益重要的因素。
“在这些系统中,软件是项目计划和项目成本中一个非常重要的部分,”Morin说,“这些通常是带有实时操作系统(RTOS)的设计,而且有相当数量的应用程序代码。”
非常重要的就是该MCU内核不仅要能支持一个全功能的RTOS,而且由于这些芯片是标准产品,因此要求开发人员能够在围绕该芯片系列进行设计时不损害操作系统或应用程序的兼容性。Atmel产品的这种兼容能力甚至延伸到其基于ARM7的芯片,为几乎相同的目标代码提供了不错的性/价比范围。
在这个层面上,兼容性远不止是一个普通的指令集,Morin强调说。MMU型号、几乎是无限变化的AHB总线的配置、存储器结构和外围电路寄存器位置和功能全都需要在整个芯片系列范围内保持完全一致。
不久,甚至还会更加强化适应不同性/价点的能力。据报道Atmel正在开发一个结构化ASIC系列,其内部架构和SAM9 MCU相同。这将允许客户将一个“接近完成”的标准产品MCU转变为一个成本得到降低的ASIC芯片,而且无须做重大的软件修改,也不会造成将新硬件知识产权引入到该系统的风险。
进一步来说,Atmel与任何其它公司一样,正在寻求把多个CPU内核放在一块裸片上的可能性,MCU领域正进入多核时代。MCU在廉价ASIC的攻击下非但不会消失,反而可以靠自己的力量成长为强大的通用32位平台,有能力真正挑战ASSP和ASIC的地位。
作者: 张国勇
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