32位MCU一度被认为只适于高端、处理器密集型的应用场合,但这种看法正在改变。便携式电子设备对更多、更复杂特性和功能的需求正促使设计师考虑用32位MCU取代8/16位MCU。另外,越来越多的设计师认识到,转用32位架构能提升性能、节约成本并缩短产品上市时间。
随着市场上32位MCU的性价比逐渐适合中低端的嵌入式应用,系统设计师正采用32位架构带来的容量和性能使其产品引人注目并更具竞争力。充分发挥32位器件性能的实际应用包括能接入互联网的手持设备、数码相机和摄像机。
转用32位架构为设计师及其设计产品带来许多优势。尽管这种转变将需要一些投资,并需要重新定义设计流程,但无论从短期还是长远来看,用32位替代8/16位架构的好处都要大于修改软硬件所花的时间。
此外,在考虑转向32位架构的同时,设计师也在评估用32位架构取代专有架构的好处,因为32位架构有明显的市场认同优势以及广泛的用户基础。这种转变允许一个工程师在多个处理器和工具供应商之中进行选择。
冲电气半导体公司将基于ARM的32位MCU定位在满足中、低端产品的需求上。与8/16位器件相比,32位MCU提供的性能要高四倍,而且相同成本下的功耗更低。我们还打算降低系统成本,把更多的功能集成在一个芯片上,如定时器、DMA和存储器控制器、串口、A/D转换通道、PWM和通用I/O。
转用32位控制器的另一个好处是性能空间的大幅提升,这方便随时加入新功能,因为对产品的性能和要求是不断增加的。从性能的角度讲,工程师采用32位MCU是因为它能处理类似多重累加这样更复杂的指令。他们还能利用更复杂CPU架构所带来的优势,如多指令流水线、高速缓存和条件执行指令等。此外,因为32位器件一般采用更细小的硅工艺,即使在功耗降低时它也能整合进更多的晶体管。
蜂窝电话和数码相机及摄像机是需要更强大MCU来完成复杂指令处理的例子。当今的蜂窝电话包括多屏显示、网页浏览、文本信息发送、带查找功能的大容量地址簿和语音拨号等功能。市场上出售的最新数码相机及摄像机也需要复杂的指令来处理静态画面、视频图像以及声音的数字化。这两种应用都超出了8/16位MCU的能力范围。
32位MCU比8/16位MCU具有更高的处理裕度,因而特别适合处理C、C++和Java等高级编程语言编写的指令。与汇编语言相比,这些高级语言更结构化、功能更强大且编程也更快。因此,32位MCU的软件指令能完成更复杂的任务,而且开发的时间更短。
在从8/16位MCU向32位转换时,设计师要考虑的权衡包括所用软件语言的不同。大部分8/16位MCU没有多少性能冗余,软件编写必须完全适合其有限的处理功能。因此软件的大部分用汇编语言实现,而汇编语言是一种很高效的低级语言,但编写起来费时费力。用汇编语言为16位MCU所写的软件不太容易移植到其它架构,这意味着工程师对每一个新设计都必须重新编写软件,而32位架构就不必如此。
32位升级给工程师带来益处的同时也带来挑战。为获得目前32位MCU带来的功能和性能提升,设计师不得不重新对软件和工具进行初始投资。他们还必须确定:原软件多大程度能用于新架构?为了将已有软件移植进32位的新架构必须做多少工作?
那些用事实标准MCU进行设计的工程师将受益于市场上的支持设施,这为他们带来应用软件、工具、实时操作系统以及熟悉该架构的大量技术精英的支持。这些因素将使得向32位架构转变更加容易。
32位MCU的领地正在扩张。为增强产品的竞争力,会有越来越多从事中低端产品设计工作的设计师从8/16位MCU转向32位,他们也越来越倾向依靠可提供广为接受架构的MCU供应商,逐步放弃应用受局限的专有架构厂商。这个转变为设计师提供了可随着产品的性能和需求不断扩张而升级的方案。
作者:Mitchell Le
负责MCU产品的高级产品行销经理
Bahram Raad
逻辑系统IC部的应用工程师
冲电气半导体公司