8位微控制器在SoC中的應用
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8051如何跟上今日的效能需求
最早的8051是由英特爾在1980年推出，它讓每一個指令的執(zhí)行跨越12個頻率周期，使得硬件資源的需求減至最少。10年后，DallasSemiconductor(今天的Maxim)利用新設計來改善這套架構，它移除了冗余的總線動作，讓典型指令只需要4個頻率周期；他們還推出可直接取代8051的兼容微控制器，可將既有系統(tǒng)的效能立刻提高三倍。
SiliconLaboratories的8位微控制器系列采用了新的專屬設計來實作8051指令集架構，它能提供最大的指令產出，同時維持完整的目的碼(objectcode)兼容能力，以發(fā)展出采用「硬件連接」(hardwired)實作方式的C8051F中央處理器，而不是原來采用微碼(micro-coded)的設計。新設計會將指令集映像到兩級式基本處理管線，以便提高產出，同時維持8位的程序內存寬度。這種方法帶來了一系列新組件，它們能在1或2個頻率周期內執(zhí)行絕大多數的指令，效能超過原始8051設計的20至25倍。有了這樣的效能，工程師只要利用成本更低的8位產品，就能支持原本需要較昂貴的16或32位微控制器才能執(zhí)行的應用。
微控制器現能整合那些功能而不會犧牲其效能？
在幾乎所有的電子系統(tǒng)中，工程師都想將最多功能整合至最小空間，這種做法有許多廣為人知的優(yōu)點，包括零件數目降低、庫存組件減少、制造成本下降、以及可能帶來的更高效能與可靠性。因此，針對特定應用評估所選擇的微控制器時，重要的是從解決方案總成本的角度來考慮這些優(yōu)點，而不僅是單顆零件的價格。近幾年來，隨著價格不斷下滑，芯片內建閃存已變得日益流行；除了對于價格最敏感的高產量型應用之外，其它應用現都認為值得付出少許的代價，來換取超越「可程序一次」(one-time-programmable)組件的更大彈性。
在線除錯(In-systemdebug)也是所想要的功能，由于它們能免除原先所需的昂貴仿真器，新組件的應用成本將會下降，設計人員也能更自由的為特定應用選擇最合適的組件。雖然32位的微控制器和數字訊號處理器已廣泛提供在線除錯功能，但是在SiliconLaboratories推出C8051F組件系列之前，8位產品卻極少提供在線除錯功能。精準振蕩器、模擬數字轉換器和數字模擬轉換器是系統(tǒng)最常需要的模擬零件，溫度量測功能、電壓參考和比較器也很常用；在數字外圍方面，外部通訊最常使用的標準包括UART以及SPI、I2C、USB和CAN界面，另外還會加入功能包括定時器和可程序計數器數組。 相較于采用離散零件的解決方案，把模擬數字轉換器和數字模擬轉換器整合至微控制器常會導致效能下降，特別是模擬功能的線性特性和訊號雜波比；即便如此，仍有些新組件的效能已不輸給使用最佳零件的解決方案或內建16位、1MSPS模擬數字轉換器的其它產品。
如前所述，8位微控制器現已能提供高達100MIPS的峰值產出，圖1就是這類組件的功能線路圖，它是由SiliconLaboratories所提供的C8051F120，內建128kbytes閃存、 8.25kbytesRAM、12位模擬數字轉換器、12位數字模擬轉換器以及各種數字外圍，包括UART、SPI總線、I2C總線、定時器模塊和外部內存界面。這顆組件專門支持運算量龐大、又需要高效能模擬數字轉換器及數字模擬轉換器的混合訊號嵌入式應用，它還提供在線除錯功能。
圖1：模擬及數字功能的整合讓8位微控制器得以提供接近系統(tǒng)單芯片的功能
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