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全球MCU市場出貨量預(yù)估將在2010年超過150億顆，其中，32位元MCU的成長速度，更將是傳統(tǒng)8位元的三倍。許多目前采用8位元MCU的裝置，都將逐漸被32位元MCU所取代。32位元MCU裝置的成長，受到不同市場力量的驅(qū)動，其中包括重復(fù)使用程序碼的需求、應(yīng)用復(fù)雜度的提升、裝置的逐漸匯整，以及系統(tǒng)的連結(jié)。然而，在此同時，廠商仍需考慮成本追加的限制及產(chǎn)品上市時程的控管。
由于8位元MCU移轉(zhuǎn)至32位元牽涉為數(shù)眾多的架構(gòu)平臺與協(xié)力廠商，因此在過去被視為不可能的任務(wù)。但由于現(xiàn)今程序碼密度與長度的演進(jìn)，加上矽元件制程的改良，使架構(gòu)平臺匯整的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，并使32位元裝置的版圖，能首度拓展至過去由8位元與16位元應(yīng)用所主宰的低成本市場。
8位元與32位元MCU市況
32位元MCU跨足8位元與16位元的既有市場，原本就會面臨不少挑戰(zhàn)，再加上可預(yù)見的未來，將出現(xiàn)低于0.5美元的量產(chǎn)產(chǎn)品市場，或其它矽元件廠商無力觸及的超低成本應(yīng)用領(lǐng)域，更讓32位元MCU的普及受到限制。雖然如此，市場上仍有為數(shù)可觀的應(yīng)用，讓32位元MCU裝置有機(jī)可乘，開始挑戰(zhàn)既有的8位元及16位元市場。例如：Luminary Micro推出超過百款從1美元量購價(jià)起跳、搭載ARM? Cortex?-M3處理器技術(shù)的MCU。此外，包括Atmel、ADI、NXP、STMicro與TI等許多廠商，也紛紛推出一系列搭載ARM處理器技術(shù)的裝置。
上述廠商推出的32位元MCU裝置，提供了比其它平臺更高的單位價(jià)格效能，并在數(shù)量上快速超越了傳統(tǒng)的8位元設(shè)計(jì)。這些32位元MCU被廣泛應(yīng)用在無數(shù)的電子裝置中，包括遙控器、待機(jī)模式控制器、警報(bào)系統(tǒng)、電子投票機(jī)、家用電器、廚房用品控制器，以及整合許多8位元系統(tǒng)的汽車與資料登入應(yīng)用。
程序碼長度
部分工程師在決定是否轉(zhuǎn)換至32位元處理器時，最主要擔(dān)憂就是轉(zhuǎn)換會使程序碼長度大幅增加。但是，許多案例顯示轉(zhuǎn)換事實(shí)上簡化并縮短了程序碼。此外，許多8051指令仍需2或3個位元組，而ARM Thumb?-2指令卻更簡短，且能完成更多工作。
ARM Cortex-M3處理器中的Thumb-2技術(shù)等32位元指令集應(yīng)用，能夠提供更精簡的程序碼與更快的效能。舉例來說，經(jīng)由Cortex-M3處理器編譯后，推動堆疊中的3個暫存器，以及將它們?nèi)〕黾爸没氐某绦虼a，總數(shù)僅不到原本的三分之一。
事實(shí)上，在最近幾個采用EEMBC業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)程序碼所進(jìn)行的獨(dú)立標(biāo)竿測試中，證實(shí)了一組先進(jìn)8051裝置的完整程序碼長度，較Cortex-M3處理器程序碼多出3.6倍。同時，Cortex-M3處理器所提供的效能，更高出該8051裝置有十倍之多。
資料格式的一致性，是比較程序碼長度時的另一個重要考量。在16或32位元指令中，一個指令的長度可能是2或4位元組，但ARM的工具會自動執(zhí)行轉(zhuǎn)換，使程序碼長度永遠(yuǎn)以位元組為單位。反之，Mircrochip等其它廠商將程序碼長度標(biāo)示為指令字元，要開發(fā)業(yè)者自行將數(shù)據(jù)乘以指令長度，因而經(jīng)常造成混淆。
MCU中斷處理能力
新一代32位元MCU的中斷能力遠(yuǎn)勝于傳統(tǒng)MCU裝置，且提供遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)8位元裝置的簡易使用度與彈性。新一代的MCU系列，如采用Cortex-M3處理器的Luminary Stellaris與STMicro STM32，都提供超過32個中斷，并支持8或16個優(yōu)先順序。此外，處理中斷的所有暫存作業(yè)都是由硬件自動處理，這不但提供了一個極為簡單、可靠，且可重復(fù)的解決方案，也意謂著所有中斷處理裝置都可撰寫成一般的C語言函式，而無須使用組譯程序。將中斷控制器整合至中央核心亦帶來許多其它先進(jìn)的功能，包括無限制巢套、優(yōu)先屏蔽，與關(guān)鍵優(yōu)先無屏蔽中斷。
以Cortex-M3處理器為基礎(chǔ)的32位元MCU，其性能大幅領(lǐng)先8051架構(gòu)裝置，甚至是效能高于標(biāo)準(zhǔn)8051架構(gòu)八倍之多的最新一代「加速型」8051架構(gòu)。雖然許多最新的8051裝置宣稱其中斷延遲僅有5或6個周期，但這并不包括開始處理中斷時所耗費(fèi)的大量資源。
Cortex-M3處理器的12個周期中斷延遲，包括了將暫存器推入堆疊、取得特殊矢量，及擷取ISR指令所耗費(fèi)的時間。從下表的比較中，我們可看到Cortex-M3處理器的中斷延遲，比加速型8051裝置還要短，而這類加速型裝置的速度已經(jīng)較標(biāo)準(zhǔn)型8051裝置快上8倍。在許多其它的8051系統(tǒng)中，這些延遲甚至?xí)L。
位元處理運(yùn)用的重要性
在32位元與8位元MCU的比較之中，位元處理層面也必須被合理的考量。過去十年，大多數(shù)的32位元裝置都著重于資料封包處理，而忽略了真正控制工程所需的個別位元運(yùn)用。然而，最新一代的32位元裝置已重新開始注重這塊領(lǐng)域，且能夠替?zhèn)�別位元與位元控制提供優(yōu)異的效能。例如：Cotex-M3處理器定義兩類存儲器，一者是內(nèi)部SPAM，而另一者為外圍存儲器，能夠提供個別位元達(dá)到類似自動化的效能。
此外，在加入支持位元處理作業(yè)的一組新指令后，僅須單一指令即可插入、清除或交換一組可編程位元。舉例而言，想要改變資料欄位中的3至5位元，8051架構(gòu)裝置需要9個位元組與6個時脈周期，但若運(yùn)用Thumb-2中的位元欄位插入(Bit Field Insert)指令，則僅須4個位元組與1個時脈周期。
工具整合優(yōu)勢
盡管32位元MCU具備許多優(yōu)勢，許多開發(fā)業(yè)者對于嘗試這些新裝置所需的巨額投資，仍存有疑慮。但事實(shí)正好相反，許多8位元開發(fā)業(yè)者所熟悉使用的工具，如：Keil和IAP工具套件，都已支持32位元裝置。
由于整合了使用熟悉的開發(fā)環(huán)境，因此，改寫大部分的C語言程序碼變得十分簡單，整體開發(fā)也更容易。近來，隨著采用Cortex-M3處理器的32位元裝置陸續(xù)問市，為這些裝置撰寫程序碼所需的知識門檻也大幅降低。
應(yīng)用的日趨復(fù)雜、裝置匯整，與連結(jié)MCU的興起等因素，都持續(xù)促使市場邁向效能更高的32位元MCU裝置。最初為了提升程序碼的重復(fù)使用性，并降低各部門的成本，而在業(yè)界興起平臺整合趨勢，卻在最后無心插柳地將這些高效能裝置，帶向始料未及的發(fā)展境界，并直接挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的8與16位元裝置市場。 本文來源：digitimes 作者：ARM安謀科技股份有限公司資深營銷經(jīng)理Hayden Povey |
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