隨手拈來：32位處理器致力8位應(yīng)用

　　事實上， 0.18mm和0.18mm以下制造工藝，能使半導(dǎo)體制造商生產(chǎn)出與高端8位處理器成本相當(dāng)?shù)?32 位微控制器。Atmel公司 和 Philips公司 現(xiàn)在供應(yīng)的基于 ARM7 的微控制器，包括專有體系結(jié)構(gòu)擴展與直接滿足高端8位系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)者需求的各種特性在內(nèi)，其售價只有3美元。但這一舉動并不標(biāo)志著 8 位微控制器開始壽終正寢。事實上，幾乎沒有8位和16位應(yīng)用系統(tǒng)將會轉(zhuǎn)移到較大體系結(jié)構(gòu)的。
　　新的8 位微控制器在功能和性能上繼續(xù)在提高——達到 100 MIPS，而32位處理器在性能和成本方面則不斷下降（見附文《壓榨 16 位結(jié)構(gòu)》）。廉價32 位微控制器的可能性不會改變處理器體系結(jié)構(gòu)的評估過程，但確實會增加設(shè)計團隊可用的實現(xiàn)方法的數(shù)量。這些廉價 32 位處理器的可用性可能標(biāo)志著一個新興應(yīng)用領(lǐng)域——灰色領(lǐng)域的開始。在這一灰色領(lǐng)域內(nèi)，選擇較小的還是較大的處理器體系結(jié)構(gòu)不再是事先準(zhǔn)備好的。
　　選擇合適的微控制器是影響設(shè)計項目成功的一個重大決策。目標(biāo)就是所選的微控制器體系結(jié)構(gòu)能最大程度滿足設(shè)計規(guī)范，并使總的系統(tǒng)成本降到最低，其中包括使用該處理器進行現(xiàn)在和未來設(shè)計時的設(shè)計要求和資源需求。雖然價格和性能是主要考慮因素，但其它因素，例如體系結(jié)構(gòu)是否內(nèi)含最適宜的存儲器與外設(shè)組合，是否適用于低功耗應(yīng)用等，也會對設(shè)計團隊造成影響。設(shè)計師還要確定：處理器及其相應(yīng)的開發(fā)工具是否會降低不能按時完成設(shè)計或面市的風(fēng)險；器件系列在價格、功能與性能諸方面能否按比例升降，從而，使設(shè)計團隊更快地對市場變化作出響應(yīng)。

　　為什么要轉(zhuǎn)移？
　　具有8 位內(nèi)核的微控制器能成功地支持各種需要電動機控制功能、簡單傳感器和開關(guān)的應(yīng)用系統(tǒng)。這些微控制器也應(yīng)用于低端消費類產(chǎn)品中，并能替代機械測量儀器。現(xiàn)在仍有20多家 8 位處理器廠商在始終如一地、定期地推出新的器件和系列，而且對大多數(shù)應(yīng)用系統(tǒng)來說，8 位體系結(jié)構(gòu)是綽綽有余的。雖然如此，有幾種推動力仍在驅(qū)使32位體系結(jié)構(gòu)向下打入高端 8 位和 16 位處理器市場。
　　提高計算性能和加大存儲容量是驅(qū)使8 位設(shè)計向更寬體系結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移的主要推動力。人們需要更高效的電動機控制器來滿足能源標(biāo)準(zhǔn)，這一要求正在提升一些電動機控制系統(tǒng)的計算性能要求。加密技術(shù)使用的增長也正在提高計算性能要求。支持上網(wǎng)并需要網(wǎng)絡(luò)棧的智能設(shè)備正在提高內(nèi)存的要求。為保持靈活性，有些應(yīng)用系統(tǒng)正在用 8 位或 16 位處理器來實現(xiàn)各種功能，如音頻解碼、圖像處理以及作為軟件而不是外部硬件的軟調(diào)制解調(diào)器。支持多功能的應(yīng)用系統(tǒng)可能需要采用 RTOS 來管理復(fù)雜的功能，這會提高對系統(tǒng)內(nèi)存的要求。
　　8 位體系結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)寬度會限制這些器件完成實時計算的數(shù)量。一只 8 位處理器必須以更快的速度運行才能處理各種更寬的數(shù)據(jù)，而 16 位和 32 位處理器采用一種寄存器和總線結(jié)構(gòu)來更自然地處理起這些較寬的數(shù)據(jù)。有些 32 位處理器可以進行 SIMD（單指令多數(shù)據(jù)）算術(shù)運算，可同時處理多個 8 位數(shù)據(jù)。8 位處理器要支持這些應(yīng)用系統(tǒng)不斷加大的計算負(fù)載，外部硬件擴展就必須承擔(dān)更重的工作。
　　地址寄存器的存儲容量會限制8 位或16位體系結(jié)構(gòu)的可尋址存儲空間。當(dāng)對存儲容量的需求超過64k字節(jié)時，使用8位或16位處理器就不太合理了。有些8位體系結(jié)構(gòu)支持64k字節(jié)以上甚至達到1M字節(jié)的可尋址內(nèi)存，但超出64k字節(jié)的地址空間會增加復(fù)雜性，因為它需要處理另外一層指針或?qū)拇嫫鬟M行分頁。 8位處理器的網(wǎng)絡(luò)?？赏ㄟ^特許獲得使用，但必定會失去對某些功能的支持，才能適應(yīng)有限的存儲器安裝空間。有些小尺寸的 RTOS也同樣要在特性與硬件復(fù)雜性之間作出折衷以支持小的存儲器安裝空間。
　　成本不是唯一因素
　　雖然存在著應(yīng)用系統(tǒng)要負(fù)擔(dān)日益增加的計算負(fù)荷和可尋址存儲需求這樣的發(fā)展趨向，但 與廉價的32位處理器相比，8 位處理器仍然具有某些優(yōu)點。8位器件之所以采用包括 0.5mm工藝在內(nèi)的較老式的制造技術(shù)，乃是因為它們能實現(xiàn)較低的價格，而且還因為采用小得多的加工尺寸會帶來不利的影響。一方面，尺寸比較大，漏電流就較小。另一方面，大多數(shù)8位器件包含的模擬外設(shè)也不會因加工尺寸的減小而縮小。
　　德州儀器公司微控制器營銷總監(jiān) Mark Buccini 指出：“用 0.18mm和0.18mm以下制造技術(shù)制造的各種器件，其漏電流會限制它們在低功耗系統(tǒng)中的應(yīng)用?！笔聦嵣?，將 8 位處理器和 32 位處理器等待機狀態(tài)功耗值（已公布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)）作一個對比，就可以看出 8 位處理器要比32位處理器低兩個數(shù)量級。對要求處理器基本上保持待機運行狀態(tài)的系統(tǒng)來說，這一差別是很重要的，而且會隨著 32 位處理器采用更小尺寸的制造工藝而變得更加明顯。
　　8 位體系結(jié)構(gòu)規(guī)定用較少位數(shù)進行運行，所以其代碼密度高于 16 位和 32 位體系結(jié)構(gòu)。為提高代碼密度，有些 32 位體系結(jié)構(gòu)采用 16 位體系結(jié)構(gòu)模式作為折衷方法；這些 16 位指令集只支持最常用的指令。為了使用這些 16 位指令，處理器可能需要一個運行模式切換開關(guān)，這就會增加軟件代碼的復(fù)雜性，并帶來開關(guān)所引起的時間延遲。ARM Thumb2 指令集與原來的 Thumb 指令集相比改進了執(zhí)行性能。對8位和32位兩種處理器上由編譯器產(chǎn)生的代碼的代碼密度進行比較并不是一目了然的，因為代碼密度測量編譯器效率的精度常常要比處理器可用指令集更高。