實(shí)現(xiàn)8位微控制器升級(jí)至32位的關(guān)鍵

　　ARM 架構(gòu)的另一缺陷是不能利用單個(gè) ARM 指令進(jìn)行單獨(dú)的位設(shè)置和重設(shè)操作。對(duì)實(shí)時(shí)控制應(yīng)用而言，這些操作必須執(zhí)行一個(gè)讀/改/寫(xiě) (read-modify-write) 序列。在多個(gè)任務(wù)共享同一外圍設(shè)備的情況下，位操作 (bit manipulation) 必須是獨(dú)立的 (atomic) (不易中斷)，這就要求在讀/改/寫(xiě)序列期間屏蔽中斷。

　　這種解決方案是通過(guò)兩個(gè)虛擬寄存器 (virtual register)，一個(gè)用于位設(shè)置 (使啟動(dòng))，另一個(gè)用于位重設(shè) (使失效)，這能透過(guò)單條儲(chǔ)存指令來(lái)啟動(dòng)位或使之失效 (圖3)。由于這種指令對(duì) ARM 處理器的影響是單獨(dú)的，故不必屏蔽中斷。

　　外圍 DMA 控制器

　　在外圍設(shè)備上要保持恒定的數(shù)據(jù)傳輸率，需要處理器的及時(shí)響應(yīng)。采用一個(gè)外圍直接內(nèi)存訪問(wèn) (DMA) 控制器就可消除這種約束。不同于CPU逐個(gè)字節(jié)地傳輸數(shù)據(jù)，這種DMA無(wú)需CPU干涉，便可直接把數(shù)據(jù)按模塊進(jìn)行傳輸。在每個(gè)模塊傳輸結(jié)束時(shí)產(chǎn)生一個(gè)單獨(dú)的中斷，不再需要對(duì)外圍設(shè)備輪詢 (polling)。采用雙指針機(jī)制 (dual pointer mechanism) 就可以自動(dòng)管理模塊數(shù)據(jù)傳輸，避免了對(duì)時(shí)間要求嚴(yán)格的指針重配置。

　　單電源

　　先進(jìn)的CMOS技術(shù)使微控制器中的內(nèi)核電源電壓逐漸降低。采用0.18μm工藝時(shí)，其典型值是1.8V。不過(guò)，如果要保留與原有8位系統(tǒng)的兼容性，32位MCU必須采用電壓范圍在3.0V～3.6V之間的單電源。在這種情況下，可以利用一個(gè)內(nèi)置電壓調(diào)節(jié)器 (圖4) 來(lái)產(chǎn)生內(nèi)核及其它片上子系統(tǒng)所需的1.8V電壓。該調(diào)節(jié)器的輸出電壓在生產(chǎn)階段時(shí)校準(zhǔn)。

　　以外部連接方式來(lái)提供1.8V電壓環(huán)，能根據(jù)主板能力對(duì)功率源進(jìn)行更好的控制。對(duì)于采用片上電壓調(diào)節(jié)器、還是效率更高或待機(jī)耗電更低的外部電壓調(diào)節(jié)器，最終用戶擁有絕對(duì)的控制權(quán)。

　　使用外部連接方案的另一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，是可能使板上的其它IC也由內(nèi)部產(chǎn)生的1.8V供電。

　　當(dāng) CPU 以較低的速度 (500Hz ～1.5MHz) 運(yùn)行時(shí)，電壓調(diào)節(jié)器會(huì)處于閑置 (idle) 模式，此時(shí)電壓調(diào)節(jié)器的功耗降到2μA。這種情況下，最大輸出電流為1mA，便足以維持CPU和大多數(shù)外圍設(shè)備的活動(dòng)。這有助于彌補(bǔ)32位MCU待機(jī)電流稍高的不足。

　　減低8位升級(jí)至32位過(guò)程的復(fù)雜性

　　要增加低成本32位ARM微控制器的市場(chǎng)接受程度，必須使用現(xiàn)有固件，以便于移植。簡(jiǎn)化專為C語(yǔ)言而最佳化的器件編程模型 (device programming model)、提供強(qiáng)有力的調(diào)試功能，以及使已建立的8位開(kāi)發(fā)工具支持32位微控制器等，都是加快用戶學(xué)習(xí)速度的關(guān)鍵。

　　一個(gè)適用于整個(gè)微控制器系列集成式外圍設(shè)備、而且全面和一致的編程模型，正是簡(jiǎn)化升級(jí)復(fù)雜性的基礎(chǔ)。要做到這種模型，最好的方法是通過(guò)一種均勻寄存器結(jié)構(gòu) (homogeneous register structure) 為所有外圍設(shè)備指定系統(tǒng)和中斷結(jié)構(gòu)地址。只需一個(gè)緊密地集成在外圍地址空間的外圍DMA控制器，就可以顯著減低對(duì)軟件的要求。

　　為用戶提供外圍設(shè)備驅(qū)動(dòng)器和完整的項(xiàng)目實(shí)例　(如可重用的源代碼)，可加快他們的學(xué)習(xí)進(jìn)程，并盡快開(kāi)始工作。當(dāng)代碼能夠迅速被更新，而一旦被加載后器件就能完全自主時(shí)，片上閃存的優(yōu)點(diǎn)就變得顯而易見(jiàn)。ARM7 處理器適合于多種操作系統(tǒng)和軟件模塊如協(xié)議堆棧。此外，ARM 微控制器的顧問(wèn)人數(shù)正日益增加，能有效幫助升級(jí)中的客戶處理移植過(guò)程上遇到的各種問(wèn)題。

　　對(duì)軟件開(kāi)發(fā)商而言，要加快移植過(guò)程并使固件有效，調(diào)試工具的質(zhì)量至關(guān)重要。支持硬件斷點(diǎn) (hardware breakpoints) 的在線仿真 (In-Circuit-Emulation) 接口，提供對(duì)處理器的寄存器和內(nèi)部存儲(chǔ)空間的全面訪問(wèn)能力，此外也是連接軟件可控追蹤 (software-controlled trace) 調(diào)試器的界面。目前它們是具有最佳性價(jià)比的調(diào)試解決方案 (見(jiàn)圖5)。編程人員使用指令集仿真器 (Instruction Set Simulator)，可以在硬件調(diào)試之前提高固件的質(zhì)量水平，從而縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間。

　　除了微控制器調(diào)試埠之外，使用片上硬件 (on-chip hardware) 也可以加快開(kāi)發(fā)速度。一般而言，錯(cuò)位 (mis-aligned) 的數(shù)據(jù)存取極難處理，除非片上監(jiān)控器能夠予以識(shí)別，并向處理器發(fā)出一個(gè)異常中斷請(qǐng)求。這正是ARM架構(gòu)的功能之一。當(dāng)處理器在調(diào)試模式下被中止時(shí)，有可能會(huì)發(fā)生監(jiān)視器溢出 (overflow) 事故。但若在調(diào)試時(shí)自動(dòng)把監(jiān)視器中止，就可以預(yù)防這種情況的發(fā)生。此外，外圍設(shè)備還可能在調(diào)試期間產(chǎn)生無(wú)效的中斷請(qǐng)求，這些請(qǐng)求應(yīng)該被過(guò)濾。

　　要避免在升級(jí)過(guò)程差不多完成時(shí)才出現(xiàn)最后錯(cuò)誤，最好的方法是用閃存來(lái)存儲(chǔ)程序。這樣，在開(kāi)發(fā)的最終階段也可以對(duì)軟件進(jìn)行修改，不會(huì)影響生產(chǎn)周期，靈活性極佳。