8位MCU向32位轉(zhuǎn)換之策 性能卓越有藍(lán)海

　　e絡(luò)盟社區(qū)致力于服務(wù)設(shè)計(jì)工程師已有8年時(shí)間。在這段時(shí)間內(nèi)，技術(shù)不斷發(fā)展，32位架構(gòu)上市，使得工程師能夠前所未有地推進(jìn)其設(shè)計(jì)，我們也得以親眼見證了微控制器市場的發(fā)展變化。

　　在全世界每天使用的數(shù)十億件嵌入式設(shè)備中，許多仍然采用傳統(tǒng)的8位和16位微控制器。很多嵌入工程師是跟著這些較老的架構(gòu)一起成長起來的，這些架構(gòu)成本低、功耗低而且十分簡單，即使32位設(shè)備發(fā)展迅猛也沒有妨礙它們的受歡迎程度。但是，32位設(shè)備聲望漸隆，我們有必要對這個(gè)新架構(gòu)的差異、優(yōu)勢和機(jī)遇進(jìn)行詳細(xì)說明。

　　現(xiàn)在，每個(gè)新項(xiàng)目都需要先回答下列問題：繼續(xù)采用8位架構(gòu)會錯(cuò)過什么?32位架構(gòu)能夠提供什么?32位設(shè)備目前占據(jù)著嵌入式MCU銷售的領(lǐng)先地位，我們是否應(yīng)該立即采取行動以避免落后?

　　幸運(yùn)的是，我們的行業(yè)創(chuàng)新永無止境。有了Freescale?(飛思卡爾)、Atmel?、NXP?及其它設(shè)備所采用的ARM?Cortex?-M0+等內(nèi)核，32位處理器就能夠媲美傳統(tǒng)8/16位MCU的實(shí)力，同時(shí)還能夠提供眾多的優(yōu)勢，讓升級變得極具吸引力。Cortex-M0+內(nèi)核為轉(zhuǎn)換而生，它的32位功能可將項(xiàng)目提升到一個(gè)全新的高度。

　　為什么要向32位轉(zhuǎn)換?

　　如果你問學(xué)工程的新生為什么要從8位向32位轉(zhuǎn)換，那么你可能會得到這么一個(gè)明確的答案：32位是8位的4倍，位越高當(dāng)然越好!實(shí)際上事情并非那么簡單，不過32位MCU十分重要自有其很多令人信服的理由，即使對于“傳統(tǒng)的”8位和16位項(xiàng)目來說也是如此。

　　提高性能：向32位內(nèi)核轉(zhuǎn)換之后，相對于目前使用的8位和16位架構(gòu)來說，每MHz性能可以提高2-40倍。你可以獲得更快的32位數(shù)學(xué)運(yùn)算處理速度，以及單周期32位乘法運(yùn)算。而且，你還可以獲得單周期IO，用于位拆裂和軟件協(xié)議仿真。

　　所有這些功能開啟了全新的可能性，涉及軟件堆棧(USB、藍(lán)牙等)、RTOS、高級UI等等，而且還剩余充足的處理能力用于應(yīng)用軟件的自定義功能。

　　提高能源效率：Cortex-M0+內(nèi)核效率極高，其Coremark/mA較8位或16位競爭性產(chǎn)品高達(dá)2倍。嵌入式系統(tǒng)結(jié)合這種強(qiáng)大的Cortex-M0+內(nèi)核，可以更快地完成任務(wù)并返回睡眠模式，從而節(jié)省能源。

　　即使睡眠模式也能夠很好地節(jié)省功耗：在飛思卡爾Kinetis?L系列產(chǎn)品上進(jìn)入9種模式中的最深度睡眠模式時(shí)，其功耗低至《1uA。而且，由于Kinetis系列產(chǎn)品上的外圍模塊采用智能設(shè)計(jì)，因此你可以在不喚醒內(nèi)核的情況下做更多的事情，從而進(jìn)一步節(jié)省功耗。

　　但是……

　　你覺得這一切聽起來真不錯(cuò)，但我仍然需要8/16位MCU為我的應(yīng)用提供較小的尺寸、較低的成本和易于使用的特點(diǎn)。幸運(yùn)的是，32位MCU也能夠做到這些：

　　尺寸：正如飛思卡爾KinetisKL03系列產(chǎn)品上所見，32位MCU的尺寸小至1.6x2.0毫米，是世界上最小的ARMMCU，所以非常小的尺寸也能夠提供卓越的32位性能。

　　復(fù)雜性：令人稱奇的是，32位架構(gòu)在某些方面實(shí)際上更為簡單。有了32位地址空間，便無需對內(nèi)存地址進(jìn)行分頁，所以可以直接訪問。Cortex-M0+內(nèi)核架構(gòu)擁有一個(gè)全功能干擾控制器，可簡化干擾處理。此外，32位架構(gòu)還附帶一個(gè)追蹤緩存，可以方便調(diào)試，并給希望繼續(xù)使用裝置的用戶僅提供56條指令，這樣一來，向32位“跨躍”的一大步從復(fù)雜性的角度來說更像是一小步。

　　利用32位開展開發(fā)工作：

　　使用32位ARM內(nèi)核的主要優(yōu)勢之一，在于海量的可用軟件和硬件，其中包括大量兼容的編譯器和調(diào)試器。當(dāng)項(xiàng)目在Cortex-M0+和更為強(qiáng)大的Cortex-M4等內(nèi)核之間進(jìn)行調(diào)整時(shí)，我們可以十分簡便地重復(fù)使用各種硬件和軟件。此外，因?yàn)轱w思卡爾KinetisMCU引腳和模塊具備兼容性，并且該系列的設(shè)備數(shù)以百計(jì)，所以沿著性能/閃存曲線上下移動非常簡便。

　　飛思卡爾進(jìn)一步促進(jìn)了32位的開發(fā)工作，推出了ProcessorExpert?軟件建模工具和MQX?-Lite實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)，有助于迅速啟動和推進(jìn)全新的32位項(xiàng)目。ProcessorExpert軟件建模工具是一種GUI補(bǔ)充工具，用于代碼生成，可創(chuàng)建客戶化的驅(qū)動程序，從而極大地縮短開發(fā)時(shí)間。

　　MQX-LiteRTOS是MQXRTOS的簡化版，專門針對內(nèi)存低于4KB的微控制器設(shè)計(jì)。RTOS驅(qū)動程序來自于ProcessorExpert軟件建模工具，MQX-LiteRTOS是MQXRTOS的子集，因此未來可輕松升級至更為強(qiáng)大的設(shè)備。它很好地補(bǔ)充了ProcessorExpert軟件建模工具，而且對于帶有USB功能的設(shè)備，它還提供一個(gè)USB補(bǔ)充堆棧。

　　下一步

　　現(xiàn)在你想嘗試一下32位架構(gòu)，但是應(yīng)該從哪里著手呢?

　　幸好，有許多主板提供很好的32位評估平臺，你花不到一個(gè)匹薩的錢就能夠買到。FRDM-KL05Z非常適合你初涉32位領(lǐng)域，它引腳兼容飛思卡爾的8位S08設(shè)備。FRDM-KL26Z增加了USB和更多先進(jìn)的外圍模塊，而FRDM-KL46Z還進(jìn)一步支持USB和segmentLCD?；蛘撸绻?VIO和電氣可靠性對于你的應(yīng)用至關(guān)重要，那么FRDM-KE02就是你要找的主板。

　　所有這4個(gè)薄荷錫盒大小的主板均為Cortex-M0+內(nèi)核，并采用了ProcessorExpert軟件建模工具、MQX-LiteRTOS、USB補(bǔ)充堆棧等。此外，這些主板還內(nèi)置了一個(gè)稱為OpenSDA的調(diào)試電路，所以一條簡單的USB電纜便可提供你所需要的全部調(diào)試、串行通信和閃存編程功能。

　　而且，這些主板以及整個(gè)飛思卡爾Freedom開發(fā)平臺系列均兼容Arduino?擴(kuò)展板，并可提供數(shù)字與模擬IO引腳。MEMS傳感器評估套件很好地說明了其中的各種可能性，它將FRDM-KL25Z飛思卡爾Freedom開發(fā)平臺和MEMS傳感器評估擴(kuò)展板相結(jié)合，使KinetisLMCU能夠獲得各種先進(jìn)的傳感器，以便探索周圍的世界。

　　在整個(gè)學(xué)習(xí)過程中，務(wù)必和其他工程師保持密切聯(lián)系，e絡(luò)盟社區(qū)可以提供這方面的支持。通常，你所面臨的問題，其他工程師已經(jīng)有了解決方案，從這一點(diǎn)上來講，網(wǎng)絡(luò)社區(qū)是一個(gè)不錯(cuò)的資源。

　　32位的未來

　　科技從未停止進(jìn)步，越來越多的嵌入式應(yīng)用將采用32位MCU，這種趨勢只會加速。從開發(fā)套件到原型機(jī)和制造的每個(gè)設(shè)計(jì)流程階段，e絡(luò)盟均為工程師提供支持，確保他們在選擇遷移至32位架構(gòu)時(shí)胸有成竹。較高的性能、卓越的功率效率以及更好的代碼密度，現(xiàn)在就邁開腳步，走向更加美好的32位未來吧。