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嵌入式產(chǎn)品的生產(chǎn)商總是期待能使自己的產(chǎn)品成本更低、更快地走向市場的微處理器解決方案。高性價(jià)比、高集成度、高度靈活的微處理器能幫助終端產(chǎn)品在性能、價(jià)格競爭日益激烈的市場環(huán)境中脫穎而出。 更高的集成度 高集成度不僅意味著有更豐富的功能、更小的封裝尺寸，還能有效地降低系統(tǒng)功耗，簡化工程師的設(shè)計(jì)。隨著對集成度更高的要求，微處理器片上不但要集成高性能內(nèi)核、大容量內(nèi)存、大量靈活的I/O和外設(shè)接口，還可能要有加密、定時(shí)和系統(tǒng)保護(hù)等高級功能模塊。例如，看門狗電路能夠讓器件識別跑飛代碼并復(fù)位處理器，從而避免鎖死狀態(tài)；加密碼增速單元（CAU）可支持DES、AES、MD5和SHA-1等加密算法。 以Freescale的ColdFire系列32位微處理器為例，其100%的模塊化架構(gòu)更易于與存儲(chǔ)器、系統(tǒng)模塊和通信外設(shè)相集成，有效提高了芯片的集成度，且更容易適應(yīng)新的加工工藝。如圖1所示，最新推出的基于ColdFire V1內(nèi)核的MCF51JM128除了集成16KB SRAM，還有高達(dá)128KB的片上閃存，使用戶在各種實(shí)際環(huán)境中都可以充分利用在線編程功能。有效地利用片上存儲(chǔ)器能使工程師不需要再用損失性能的代價(jià)，去換取更低的系統(tǒng)成本。 圖1 MCF51JM128頂層方框圖 更豐富的外設(shè) 根據(jù)系統(tǒng)的性能需求，USB、I2C和SPI接口等外設(shè)都已能夠集成于單芯片之上。例如，針對工業(yè)自動(dòng)化和控制應(yīng)用的微處理器需要集成控制器局域網(wǎng)（CAN）模塊，而對于尋求靈活的USB連接的開發(fā)人員，集成的USB控制器大大簡化了設(shè)計(jì)復(fù)雜度。以MCF51JM128為例，它具有一個(gè)集成的USB控制器，支持USB 2.0全速主機(jī)、設(shè)備和On-The-Go（OTG）的配置，可以讓各種應(yīng)用實(shí)現(xiàn)通用的、經(jīng)濟(jì)型即插即用連接。 更低的功耗 對于電池供電的便攜產(chǎn)品，電池使用壽命是設(shè)計(jì)者和用戶共同關(guān)注的指標(biāo)。因此，能在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就對電池使用壽命了如指掌將給工程師帶來極大的便利。Freescale的電池功耗計(jì)算器就提供了這樣的功能。這一工具能夠通過設(shè)置工作環(huán)境、電池型號、運(yùn)行周期和其他相關(guān)參數(shù)，計(jì)算出電池的使用壽命，如圖2所示。 圖2 電池功耗計(jì)算器 包括微處理器在內(nèi)，所有電子元器件都不斷追求進(jìn)一步降低功耗，不僅僅是針對電池壽命要求越來越長的便攜市場，工業(yè)產(chǎn)品和白色家電等應(yīng)用的功耗要求也越來越苛刻。微處理器由于本身耗電，又控制著系統(tǒng)中其他組件的功耗，所以在實(shí)現(xiàn)低功耗設(shè)計(jì)的過程中扮演著重要的角色。 以MCF51JM128為例，它共有四種低功耗模式，能在低功耗的狀態(tài)下繼續(xù)執(zhí)行采樣功能，有助于降低系統(tǒng)總功耗。如表1所示，F(xiàn)lexis系列的首款產(chǎn)品QE128（MC9S08QE128 和MCF51QE128）除了正常工作模式還有以下五種節(jié)能模式。 與普通運(yùn)行模式相比，低功耗運(yùn)行模式將穩(wěn)壓器設(shè)置為待機(jī)狀態(tài)，從而節(jié)省更多的電能。 在等待模式下，中央處理器（CPU）將關(guān)閉。等待模式根據(jù)總線頻率的不同可以比運(yùn)行模式節(jié)省30％～60％的電流�？偩�頻率越高，電能節(jié)省的幅度就越大。 用戶只能由低功耗運(yùn)行模式進(jìn)入低功耗等待模式，與低功耗運(yùn)行相比，低功耗等待一般可以節(jié)省50％的電流消耗。 停止3模式將系統(tǒng)時(shí)鐘終止，并將穩(wěn)壓器置為等待狀態(tài)。 停止2模式是QE128耗能最低的模式，該模式將中斷系統(tǒng)時(shí)鐘，并使穩(wěn)壓器斷電。 更強(qiáng)大的軟件和開發(fā)工具支持 除了上述幾種需求，強(qiáng)大的軟件和開發(fā)工具支持將帶給工程師極大的自由度和更多樣的手段。充分利用編譯器、匯編器、連接器、調(diào)試器、代碼轉(zhuǎn)換器、仿真器和評估測試工具的支持，不但能有效縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，使其更快速的進(jìn)入市場，還能夠使最終產(chǎn)品更有特色。 Flexis JM系列的兩種評估工具套件可有效簡化設(shè)計(jì)流程。經(jīng)濟(jì)型的DEMOJM演示套件配有8位或32位的Flexis JM子板，使開發(fā)人員體驗(yàn)真正的8位到32位的兼容性。 更高的兼容性 使用相同的外設(shè)和開發(fā)工具能夠?qū)崿F(xiàn)最終的移植靈活性。多種器件之間引腳對引腳的兼容性保證了微處理器之間可以在不需重新設(shè)計(jì)電路板的條件下實(shí)現(xiàn)互換，工程師無須再將寶貴的資源耗費(fèi)在重新設(shè)計(jì)上，外設(shè)的兼容性也使得在產(chǎn)品轉(zhuǎn)移的過程中可以重復(fù)使用軟件。 以Freescale的微處理器為例，從入門級的RS08到最高性能的ColdFire V4，控制器統(tǒng)一結(jié)構(gòu)系列為上下兼容移植提供了簡單的路徑。Flexis系列的推出更是實(shí)現(xiàn)了8位和32位微處理器間簡單方便的移植，單一開發(fā)工具和相同的外設(shè)也節(jié)省了8位和32位之間的軟件投資，并且引腳兼容使得在8位和32位之間互換時(shí)，最大可能地實(shí)現(xiàn)了硬件的重復(fù)使用，如圖3所示。 以新推出的Flexis J M系列為例，它包括32位的MCF51JM128（ColdFire V1內(nèi)核）和8位的MC9S08JM60（S08內(nèi)核），它們的軟件和引腳都是兼容的，設(shè)計(jì)人員能夠快速輕松地從簡單的8位設(shè)計(jì)移植到需要32位性能的更復(fù)雜的應(yīng)用設(shè)計(jì)上去。此外，由于V1內(nèi)核是V2 內(nèi)核的簡化版本，保留了ColdFire內(nèi)核微架構(gòu)所共用的尋址模式和指令定義，一旦從 S08架構(gòu)轉(zhuǎn)換到V1內(nèi)核，就有機(jī)會(huì)進(jìn)一步沿性能路線圖向上移植到其他所有的ColdFire內(nèi)核（V2～V4）。 除了對集成度、外設(shè)、功耗、軟件和開發(fā)工具以及兼容性的需求，對于成本敏感的應(yīng)用，價(jià)格也是最關(guān)鍵的因素之一，滿足上述需求的微處理器由于能夠?yàn)楫a(chǎn)品帶來競爭優(yōu)勢而將成為工程師的首選。 |
