8位微控制器在SoC的应用
过去15 年来,许多人都曾预测8 位微控制器即将退出舞台,然而这却是电子产业失误最大的预测之一;事实上,虽然16 和32 位产品已极为常见,8 位微控制器的需求仍继续成长,总值约达到今日100 亿美元全球微控制器市场的一半。推动8 位市场快速发展及成长的动力主要来自于8 位产品效能的大幅提升,特别是以8051 系列为基础的产品,其它原因还包括芯片内建功能的加强以及不断缩小的封装体积。今天,这类组件已能提供高达100 MIPS 的产出,这是8 位微控制器在短短几年前还无法想象的事情。然而重要的不仅是原始运算效能,真实世界是个模拟世界,因此系统也需要模拟和混合讯号功能,而且最好内建于芯片中。与外在世界的通讯也是问题,核心处理效能需要与其相称的通讯能力,使它能够很有效的联络系统其它组件,这样才能将强大效能化为实际优点。
8051 如何跟上今日的效能需求
最早的8051 是由英特尔在1980 年推出,它让每一个指令的执行跨越12 个频率周期,使得硬件资源的需求减至最少。10 年后,Dallas Semiconductor (今天的Maxim) 利用新设计来改善这套架构,它移除了冗余的总线动作,让典型指令只需要4 个频率周期;他们还推出可直接取代8051 的兼容微控制器,可将既有系统的效能立刻提高三倍。
Silicon Laboratories 的8 位微控制器系列采用了新的专属设计来实作8051 指令集架构,它能提供最大的指令产出,同时维持完整的目的码 (object code) 兼容能力,以发展出采用「硬件连接」(hard wired) 实作方式的C8051F 中央处理器,而不是原来采用微码(micro-coded) 的设计。新设计会将指令集映像到两级式基本处理管线,以便提高产出,同时维持8 位的程序内存宽度。这种方法带来了一系列新组件,它们能在1 或2 个频率周期内执行绝大多数的指令,效能超过原始8051 设计的20 至25 倍。有了这样的效能,工程师只要利用成本更低的8 位产品,就能支持原本需要较昂贵的16 或32 位微控制器才能执行的应用。
