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微控制器发展,过去和将来

放大字体  缩小字体时间:2021-11-30 19:27

对于选择微控制器进行设计的系统设计师来说,可获得的大量的不同型号的MCU会让选型工作变得复杂。Silicon Labs已经发布了工作电压低至0.9V的一款8位MCU,德州仪器有许多款针对16位MSP430的低功耗应用,英飞凌和飞思卡尔有针对汽车应用的多款MCU方案,而Atmel的AVR单片机和Microchip的PIC系列单片机一直在推陈出新,新的32位ARM核Cortex-M3处理器已经发布,古老的8位8051核还是在不同微控制器中占领主流地位,而市场老大瑞萨可以针对多种应用领域提供方案。

 

要进行成功的选型,了解行业的趋势是非常重要的。微控制器处于怎样的变化呢?未来的微控制器会怎么样呢?也许对于设计者来说zui重要的趋势是低功耗和高集成度。

 

功耗对于目前的MCU供应商来说是非常关注的。目前许多应用都要求用电池供电,这样要求电池电量必须维持设备的使用时间或是系统寿命。同样,因为目前面临高昂的能源价格和变暖等问题,任何应用都需要节能。

 

目前有两种方式的电能消耗:动态和静态耗电。动态,或者说是工作用电,指的是设备工作过程中消耗电能,这是每一款微控制器都需要应对的。静态耗电(或者称为待机或泄漏)指的是器件在待机或是其他低功耗模式时消耗的电量。这在需要电池应用的领域是非常重要的,特别是在处理器需要经常等待外部指令输入的时候。

 

一款微控制器可能针对不同的应用有许多低功耗模式,实现起来也有不同的方法,包括低泄漏晶体管的采用,关闭MCU闲置部分的电力等。一般来说,器件“睡”的越深,要唤醒它需要的时间就越长。在决定器件低功耗模式需要多低时,唤醒时间是需要考虑的。

 

一些供应商选择降低处理器的核心的供电电压来降低功耗等式的一个因子,这个将帮助动态耗电性能,但是同样需要考虑电流的大小。

 

增加集成度

 

在更先进的工艺技术和SoC的时代,在MCU核心周围实现外围的混合信号电路集成是十分方便的。目前还有不少供应商集成了大规模和多种类的存储器件,和多功能的外围器件。

 

让我们简单看一看不同时代的两款MCU来了解产业的快速变化。

 

1980年英特尔公司的8051,具备128B的Ram,4kB的ROM,四个双向I/O端口,一个UART和两个16bit的定时器。而2007年飞思卡尔推出的MC9S12X,具备32kB的RAM,4kB的EEPROM,512kB的闪存,六个UART,三个SPI接口,8通道定时器,8通道10位ADC,8通道PWM模块,5个CAN总线,2个I2C接口,和一个周期中断定时器和一个X-gate并行处理模块。

 

有许多应用都不需要超过8位的处理能力,但32位微控制器还是成为了越来越广泛的系统设计需求。随着缩小的尺寸和额外强调的低功耗工作和待机能耗,越来越多的应用采用了32位微控制器。

 

 


1980年英特尔8051微控制器裸片

 

 


2007年飞思卡尔MC9S12X微控制器裸片

 

多核

 

另一个处理器的革命是多核和多线程的采用。多核通常在PC、笔记本和服务器中应用较多,但在微控制器领域也在开始针对一些计算密集应用出现,比如工业设备和汽车应用。

 

因为flash技术的进步,芯片的额外flash需求减少了很多。嵌入式flash取代了其他可编程ROM的应用,因为在编程和擦除的速度上flash有优势。并且更大的存储空间与微控制器集成在了一起。

 

数字信号处理器也被加入了微控制器中,用于控制的处理器内核与用于复杂运算的内核是不同的,而两种功能兼备的SoC已经很常见。

 

比如说,一些类DSP的算法功能被加入微控制器核心的指令集,并采用硬件架构支持,从另一方面来看,一些DSP核心也加入了控制功能的指令。

 

一些二者选一的方案被用在了控制器或者DSP核心的器件,从而实现混合。而供应商可以决定该器件是带DSP功能的微控制器还是带控制功能的DSP。

 

一些大的微控制器芯片公司目前已经宣称他们的应用或系统工程师可以帮助你实现一切,小的微控制器供应商也在做同样的事情,不过一般是与独立设计公司合作提供参考设计方案。

 
 
 
精彩视窗
 
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