PHILIPS公司32位FLASH MCU的優(yōu)勢

國際半導體貿(mào)易統(tǒng)計顯示，8位芯片仍然占據(jù)著微處理器市場56%的銷量和40%的銷售額。最流行的8位INTEL架構(gòu)的8051芯片平均每年銷售33億片－大約是32位PC微處理器銷量的30倍。甚至最早于1971年面世的低端4位芯片的銷量也只比它們的最高銷量低15%。嵌入式系統(tǒng)開發(fā)者仍然在使用這些芯片，因為它們具有極低的價格、微功耗以及小的體積，可以為幾乎任何應(yīng)用增加智能化。

為了用功能更強大的器件取代8位和16位微控制器，PHILIPS半導體發(fā)布了基于ARM7的32位MCU的新產(chǎn)品線。PHILIPS知道以其自身的條件無法擊敗最小的MCU，但PHILIPS相信這樣一個以較小尺寸制造的、具有額外性能的32位MCU可以使一些開發(fā)者拋棄他們節(jié)儉的習慣。為了使吸引力更強，PHILIPS以特別的0.18微米COMS工藝制造新的MCU，它提供了內(nèi)嵌的FLASH存儲器。

FLASH

PHILIPS新的LPC2100系列所有MCU都使用包含16位Thumb指令、調(diào)試擴展（包含實時監(jiān)視、實時跟蹤和EmbeddedICE）和32位乘法器的ARM7TDMI-S內(nèi)核。ARM7－具有簡單的3級流水線和馮諾依曼結(jié)構(gòu)－是最小的32位RISC內(nèi)核，業(yè)界對其提供了廣泛的支持。雖然具有31000個門的ARM7TDMI-S內(nèi)核在規(guī)模上相當于80C51（具有大約9500個門）的3倍，但在使用0.18微米工藝時，這一差別并不明顯。使用0.18微米工藝可以在1mm²的面積內(nèi)集成10萬個門，而SRAM單元只占用4.65μm²。當處理器核與外圍功能以及片內(nèi)存儲器集成在一起時，這一差別就更小了。在一個要求連接網(wǎng)絡(luò)（一個越來越普遍的功能）的嵌入式系統(tǒng)中，實現(xiàn)以太網(wǎng)媒體訪問控制器需要6萬到9萬個門。同樣，任何有用數(shù)量的片內(nèi)SRAM都有可能使處理器占用的硅片面積減小。

為了降低成本和功耗，PHILIPS使用0.18微米工藝制造LPC2100芯片，它在1.8V操作電壓下可達到60MHz頻率。PHILIPS宣稱它在業(yè)界率先采用了具有嵌入式FLASH存儲器的0.18微米CMOS工藝。零等待狀態(tài)FLASH基于兩晶體管單元，其訪問時間在50ns之內(nèi)。它通過一條非常寬的128位接口與處理器相連。這使處理器可以一次讀取4個字，從而消除了一般FLASH讀取時的等待時間。FLASH控制器還可執(zhí)行智能的預(yù)取指緩沖，這樣當處理器必須處理器中斷服務(wù)程序時，保存在FLASH存儲器中的指令立即可用。PHILIPS提供一個FLASH裝載程序，它可通過一個串口下載用戶程序并在現(xiàn)場升級系統(tǒng)。

供貨

迄今為止，LPC2100系列所有器件都帶有128K嵌入式FLASH，但將來的芯片將會提供小到64K，大到1MB的FLASH存儲器。PHILIPS在今年晚些時候會提供具有256K FLASH的芯片，計劃到2004年以更小的0.13微米工藝生產(chǎn)具有1MB FLASH的芯片。

LPC2100系列成員在SRAM的數(shù)量上有較大差別。LPC2104, LPC2105和LPC2106分別具有16K, 32K和64K SRAM。較大的片內(nèi)存儲器使LPC2105和LPC2106更適合于處理協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。PHILIPS表示將來這一系列的芯片將增加以太網(wǎng)、USB、802.11、CAN以及A/D轉(zhuǎn)換等邏輯。

集成FLASH的兩種方法

PHILIPS不是第一家生產(chǎn)基于ARM的MCU的公司，它甚至不是第一家集成FLASH存儲器的公司。Atmel、Hynix和Oki都提供基于ARM7TDMI-S內(nèi)核的帶有FLASH的MCU，而且所有這些廠商的器件都比PHILIPS MCU的FLASH容量更大。最強大的競爭對手是Atmel，它的AT91系列就有4款這樣的芯片－有些具有2MB的FLASH，16倍于現(xiàn)有的PHILIPS LPC2100系列器件。Atmel MCU傾向于具有更多的SRAM，其中兩款的時鐘速度高于PHILIPS的芯片。

但是Atmel、Hynix、Oki和PHILIPS所生產(chǎn)的基于ARM7的MCU具有一個重要的區(qū)別，那就是：只有PHILIPS和Hynix將FLASH存儲器與處理器核集成在同一個管芯當中，Atmel和Oki將一個單獨的FLASH芯片與處理器集成在一個多芯片封裝當中。很自然，這對存儲器性能、封裝大小、功耗以及價格有著很重要的影響。

在Atmel的MCU當中，FLASH 接口的寬度只有32位，而不是PHILIPS的128位寬度。訪問時間大約110ns，只有PHILIPS FLASH存儲器速度的一半。一個后果就是，Atmel的MCU只有在執(zhí)行SRAM，而不是FLASH中的代碼時才能發(fā)揮其完全的性能。而PHILIPS MCU執(zhí)行零等待FLASH存儲器中的程序卻不會有性能上的損失。Oki的MCU速度更慢，因為連接處理器與FLASH存儲器的多芯片接口只有16位寬度。雖然Hynix的FLASH與處理器核嵌入在同一個芯片當中，但它也使用了16位接口。Hynix FLASH存儲器的訪問時間大約為90ns－只有PHILIPS MCU速度的一半。

PHILIPS的0.18微米嵌入式FLASH工藝的另一個優(yōu)點是實現(xiàn)了較小的芯片，這樣不但降低了功耗，減小了封裝尺寸，而且降低了成本。PHILIPS MCU的尺寸只有77 mm，比最接近的對手Atmel的1010mm AT91FR4042和AT91FR40162的尺寸小了一半。Oki的ML67Q400x/500器件的尺寸是同類器件中最大的，它的LQFP封裝尺寸為2020mm，4倍于PHILIPS器件。

雖然Atmel MCU傾向于比PHILIPS MCU具有更多的SRAM，但是要用它來彌補較慢的FLASH存儲器的不足，而SRAM比FLASH更大而且更貴。不幸的是，我們無法獲取所有這些廠商器件的功耗指標、封裝尺寸和批量價格。但是毫無疑問，PHILIPS的0.18微米工藝使LPC2100器件的內(nèi)核電壓和其它參數(shù)在非常小的嵌入式系統(tǒng)中具有優(yōu)勢。

對于32位處理器來說，所有這些基于ARM7的MCU都非常便宜，但是請注意，在相同批量的情況下，8位芯片的平均價格只有1.40美元。幾塊錢看起來差別不大，但對于低端的嵌入式系統(tǒng)來說非常重要。

較小的ARM，較大的Thumb ?

ARM可以通過提供特別為MCU集成而設(shè)計的，帶有擴展Thumb指令的較小內(nèi)核來縮小8位與32位MCU之間的價格差?，F(xiàn)在，由于Thumb不是一個完整的指令集，ARM程序必須在16位和32位模式之間進行來回切換。另外，它不能處理異?；蚰承┫到y(tǒng)控制的功能或者訪問整個寄存器文件。如果Thumb功能更加全面，那么開發(fā)者可以用緊湊的16位代碼編寫整個程序，而仍然保持32位結(jié)構(gòu)的大多數(shù)優(yōu)點。

一個帶有功能全面的Thumb指令的ARM核可能與Hitachi第一代SuperH結(jié)構(gòu)相似，SuperH將16位指令集與32位RISC結(jié)構(gòu)相結(jié)合。去年，ARC使用了一種新的方式實現(xiàn)其ARCompact指令集結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)允許程序員編寫16位或32位代碼，或?qū)煞N類型的指令混合編寫。ARCtangent內(nèi)核的基本配置大約為16000個門，相當于ARM7的一半，這樣32位RISC內(nèi)核就有可能與8位和16位結(jié)構(gòu)競爭。