靈活的MCU架構實現(xiàn)產品的輕松升級

　　隨著市場競爭的日益激烈，如何使新產品更快投入市場，成為工程設計人員越來越關注的問題。在推出滿足更高性能需求的升級產品時，原有設計的靈活性成為了關鍵。高度靈活的設計可以有效縮短設計周期，使新產品快速進入市場，還可以實現(xiàn)投入最小化，從而獲得更高的利潤。

　　兼容性降低升級投入

　　升級產品往往應具有更高的性能、集成度、更低的功耗和更豐富的外設。如何以最少的投入滿足這些新的需求呢？如果新產品的設計可以充分利用現(xiàn)有外圍設備的知識產權（IP），那么在現(xiàn)有產品上的投資在移植時就會得到保持，外圍設備驅動軟件仍可以繼續(xù)發(fā)揮作用。

　　以設計的核心器件MCU為例，基于8位MCU的低端產品若能和升級后、基于16位或32位器件的新產品采用相同的開發(fā)環(huán)境，將大大降低投入并顯著縮短開發(fā)時間。

　　Freescale 的“控制器聯(lián)合體（Controller Continuum）”就是一個兼容8位和32位架構的MCU產品路線圖。Controller Continuum通過采用通用的外圍設備、工具和軟件，為各種消費和工業(yè)MCU系列產品提供了環(huán)環(huán)相扣的兼容性。

　　靈活的MCU架構

　　MCU全面的兼容性體現(xiàn)在芯片引腳、外設接口和開發(fā)工具等方方面面。如果能消除比特位界限，就可使8位MCU輕松地與更高性能的32位MCU進行相互移植。設計人員可以利用8位和32位器件共用的軟件和硬件開發(fā)工具開發(fā)新的應用，并且隨著產品的成熟，更加輕松地升級為下一代產品。

圖1 Controller Continuum產品線路圖

　　以Controller Continuum為例，它共包含8位的RS08、S08和32位的ColdFire V1～V4六款內核。如圖1所示，基于S08和ColdFire V1內核的Flexis系列是Controller Continuum的連接點。

　　S08是適合電池供電設備的高速低功耗內核，RS08是S08內核的精簡版，為閃存16Kb以下和引腳較少的設備而設計。ColdFire V1利用了V2架構所具有的雙級取指令管線和雙級操作數(shù)執(zhí)行管線。同時，V1內核采用S08總線結構，為實現(xiàn)32位性能提供了理想的切入點。向上兼容其他所有ColdFire內核的能力保證設計可以升級到更高的性能。

　　全面的兼容性

　　基于ColdFire V1內核的MCU采用與基于S08架構的產品相同的外圍模塊和開發(fā)工具，同時也提供向上兼容性，有效簡化應用設計。表1對基于S08和ColdFire V1的Flexis系列CPU操作模式的主要特性進行了比較。下面將以該系列為例介紹Controller Continuum所提供的全面的兼容性。

　　1 芯片引腳

　　ColdFire V1內核采用S08單引腳后臺調試模塊（BDM）來實現(xiàn)封裝引腳兼容性。新版本的調試接口實現(xiàn)了用于實現(xiàn)BDM可讀跡線功能的緩沖器，同時保持了最小的處理器開銷。

　　后臺調試模式（BDM）曾是保持相同引腳數(shù)的困難之一。傳統(tǒng)ColdFire中的BDM是采用三針串行接口（時鐘、數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)輸出）實現(xiàn)的，還用第四根針來提供斷點功能。這種BDM支持連續(xù)插入讀/寫寄存器和讀/寫內存命令的功能，還可以運行和停止處理器等。由于S08用于更低端應用中，引腳數(shù)也非常有限，所以傳統(tǒng)ColdFire內核的調試功能被重新映像到針對V1的單引腳接口上，與S08完全一致。

表1 S08和ColdFire V1內核CPU模式對比

　　2 開發(fā)工具

　　8位到32位過渡的最大挑戰(zhàn)是開發(fā)工具。主要的開發(fā)工具必須是可互換的，并且在移植到32位時，要給8位用戶提供同樣簡潔的外觀和感覺。CodeWarrior集成開發(fā)環(huán)境能支持Freescale 8位和32位微控制器的軟件開發(fā)。采用最新版本的CodeWarrior，用戶可以用完全相同的工具、連接線和CodeWarrior工具，直接將S08拿掉并用ColdFire V1內核替換。用戶只需輕點幾下鼠標，簡單地重新編譯一下用C語言開發(fā)的代碼即可。

　　如果利用集成到CodeWarrior工具套件內的快速應用開發(fā)工具Processor Expert的幫助，設計者還能進一步加快應用的開發(fā)。Processor Expert的核心是它的專家知識庫，它可以讓圖形界面只提供有效的選擇，并且能夠迅速指明潛在的資源沖突，使開發(fā)人員在初始設計階段就能解決此類問題。

　　3 外圍設備

　　V1內核具有到S08外設和緊耦合32位本地存儲器（閃存和SRAM）的標準化8位總線，從而能夠使用類似的外圍與存儲模塊。

　　4 同時滿足低功耗需求

　　以Flexis系列為例，采用它們進行設計可以實現(xiàn)整個最終產品系列功耗的最小化，也無須為更高性能和更豐富的外設重新設計，特別適合成本敏感的應用。V1內核采用了先進的低電壓、低功率流程，不管是在待機還是運行模式下都能提供一個功耗極低的32位MCU.此外，憑借其高功率密度可創(chuàng)建很多新的應用。

　　由于ColdFire V1 MCU具有高達S08器件10倍的性能，因此有可能在某個應用中大幅提高產品的性能而不必提高頻率。對于那些對EMC敏感的應用，如家電電器，這將是一個重要的優(yōu)勢。

　　如Freescale Controller Continuum的高度靈活的升級路線使得消費和工業(yè)產品拓展到新的市場不再需要大量的重復投入和開發(fā)資源。如果最新進入市場的是基于8位MCU的低端產品，則可利用Controller Continuum的無縫兼容性使用同一開發(fā)工具設計面向該市場的高性能升級產品。例如，從家庭用腕式血壓表升級到醫(yī)用血壓表，從網絡攝像頭升級到安全監(jiān)控攝像頭。得益于其全面的兼容性，Controller Continuum將使工程設計人員在進行醫(yī)療設備和監(jiān)控、PoS、計量和消費電子等應用的升級時更加輕松，同時節(jié)省設計時間和成本，使得新產品更快進入市場，更具競爭優(yōu)勢。