微控制器發(fā)展、過去和將來

　　對于選擇微控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)師來說，可獲得的大量的不同型號的MCU會讓選型工作變得復(fù)雜。SiliconLabs已經(jīng)發(fā)布了工作電壓低至0.9V的一款8位MCU，德州儀器有許多款針對16位MSP430的低功耗應(yīng)用，英飛凌和飛思卡爾有針對汽車應(yīng)用的多款MCU方案，而Atmel的AVR單片機(jī)和Microchip的PIC系列單片機(jī)一直在推陳出新，新的32位ARM核Cortex-M3處理器已經(jīng)發(fā)布，古老的8位8051核還是在不同微控制器中占領(lǐng)主流地位，而市場老大瑞薩可以針對多種應(yīng)用領(lǐng)域提供方案。

　　要進(jìn)行成功的選型，了解行業(yè)的趨勢是非常重要的。微控制器處于怎樣的變化呢？未來的微控制器會怎么樣呢？也許對于設(shè)計(jì)者來說最重要的趨勢是低功耗和高集成度。     

　　功耗對于目前的MCU供應(yīng)商來說是非常關(guān)注的。目前許多應(yīng)用都要求用電池供電，這樣要求電池電量必須維持設(shè)備的使用時(shí)間或是系統(tǒng)壽命。同樣，因?yàn)槟壳叭蛎媾R高昂的能源價(jià)格和全球變暖等問題，任何應(yīng)用都需要節(jié)能。     

　　目前有兩種方式的電能消耗：動態(tài)和靜態(tài)耗電。動態(tài)，或者說是工作用電，指的是設(shè)備工作過程中消耗電能，這是每一款微控制器都需要應(yīng)對的。靜態(tài)耗電（或者稱為待機(jī)或泄漏）指的是器件在待機(jī)或是其他低功耗模式時(shí)消耗的電量。這在需要電池應(yīng)用的領(lǐng)域是非常重要的，特別是在處理器需要經(jīng)常等待外部指令輸入的時(shí)候。

　　一款微控制器可能針對不同的應(yīng)用有許多低功耗模式，實(shí)現(xiàn)起來也有不同的方法，包括低泄漏晶體管的采用，關(guān)閉MCU閑置部分的電力等。一般來說，器件“睡”的越深，要喚醒它需要的時(shí)間就越長。在決定器件低功耗模式需要多低時(shí)，喚醒時(shí)間是需要考慮的。

　　一些供應(yīng)商選擇降低處理器的核心的供電電壓來降低功耗等式的一個(gè)因子，這個(gè)將幫助動態(tài)耗電性能，但是同樣需要考慮電流的大小。     

　　增加集成度     

　　在更先進(jìn)的工藝技術(shù)和SoC的時(shí)代，在MCU核心周圍實(shí)現(xiàn)外圍的混合信號電路集成是十分方便的。目前還有不少供應(yīng)商集成了大規(guī)模和多種類的存儲器件，和多功能的外圍器件。     

　　讓我們簡單看一看不同時(shí)代的兩款MCU來了解產(chǎn)業(yè)的快速變化。     

　　1980年英特爾公司的8051，具備128B的Ram，4kB的ROM，四個(gè)雙向I/O端口，一個(gè)UART和兩個(gè)16bit的定時(shí)器。而2007年飛思卡爾推出的MC9S12X，具備32kB的RAM，4kB的EEPROM，512kB的閃存，六個(gè)UART，三個(gè)SPI接口，8通道定時(shí)器，8通道10位ADC，8通道PWM模塊，5個(gè)CAN總線，2個(gè)I2C接口，和一個(gè)周期中斷定時(shí)器和一個(gè)X-gate并行處理模塊。

　　有許多應(yīng)用都不需要超過8位的處理能力，但32位微控制器還是成為了越來越廣泛的系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求。

　　隨著縮小的尺寸和額外強(qiáng)調(diào)的低功耗工作和待機(jī)能耗，越來越多的應(yīng)用采用了32位微控制器。

　　多核     

　　另一個(gè)處理器的革命是多核和多線程的采用。多核通常在PC、筆記本和服務(wù)器中應(yīng)用較多，但在微控制器領(lǐng)域也在開始針對一些計(jì)算密集應(yīng)用出現(xiàn)，比如工業(yè)設(shè)備和汽車應(yīng)用。     

　　因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://2s4d.com/news/listbylabel/label/flash">flash技術(shù)的進(jìn)步，芯片的額外flash需求減少了很多。嵌入式flash取代了其他可編程ROM的應(yīng)用，因?yàn)樵诰幊毯筒脸乃俣壬蟜lash有優(yōu)勢。并且更大的存儲空間與微控制器集成在了一起。     

　　數(shù)字信號處理器也被加入了微控制器中，用于控制的處理器內(nèi)核與用于復(fù)雜運(yùn)算的內(nèi)核是不同的，而兩種功能兼?zhèn)涞?a class="contentlabel" href="http://2s4d.com/news/listbylabel/label/SoC">SoC已經(jīng)很常見。     

　　比如說，一些類DSP的算法功能被加入微控制器核心的指令集，并采用硬件架構(gòu)支持，從另一方面來看，一些DSP核心也加入了控制功能的指令。     

　　一些二者選一的方案被用在了控制器或者DSP核心的器件，從而實(shí)現(xiàn)混合。而供應(yīng)商可以決定該器件是帶DSP功能的微控制器還是帶控制功能的DSP。     

　　一些大的微控制器芯片公司目前已經(jīng)宣稱他們的應(yīng)用或系統(tǒng)工程師可以幫助你實(shí)現(xiàn)一切，小的微控制器供應(yīng)商也在做同樣的事情，不過一般是與獨(dú)立設(shè)計(jì)公司合作提供參考設(shè)計(jì)方案。