近年來(lái)，隨著工藝與IP的逐漸成熟，32位的MCU增長(zhǎng)迅速，風(fēng)頭之勁乃至16位的MCU基本上被跳過(guò)了?，F(xiàn)在說(shuō)嵌入式MCU，要么就是8位，要么就是32位，16位的MCU產(chǎn)品型號(hào)屈指可數(shù)。

在半導(dǎo)體領(lǐng)域，微控制器(MCU)是一個(gè)很卷的賽道。為了能夠從眾多競(jìng)爭(zhēng)者中脫穎而出，MCU產(chǎn)品一直在不斷添加新“技能”，以適應(yīng)市場(chǎng)環(huán)境的新要求。因此，時(shí)至今日，如果你“打開(kāi)”一顆MCU，會(huì)發(fā)現(xiàn)其早已不再是一顆傳統(tǒng)意義上簡(jiǎn)單的計(jì)算和控制芯片，而是集成了CPU內(nèi)核以及豐富外設(shè)功能模塊的SoC。

尤其是在CPU內(nèi)核趨向同質(zhì)化的今天，想要在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)差異化，MCU廠商更是要在CPU內(nèi)核之外的外設(shè)功能的集成上大做文章，讓自己的產(chǎn)品具有與眾不同的賣(mài)點(diǎn)。

“可以將哪類(lèi)外設(shè)功能集成到MCU中”，對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，MCU廠商已經(jīng)進(jìn)行了諸多嘗試：存儲(chǔ)器、定時(shí)器、模擬外設(shè)、通信接口，甚至是射頻收發(fā)器……不一而足。今天，Microchip更是腦洞大開(kāi)，給出了一個(gè)新思路——將一個(gè)“微型FPGA”集成到MCU中!

在8位MCU中集成可編程邏輯

電子工程師都知道，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里，MCU和以FPGA為代表的可編程邏輯，是兩個(gè)特性迥異的開(kāi)發(fā)平臺(tái)：前者是在通用CPU架構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過(guò)軟件編程去滿足不同應(yīng)用的設(shè)計(jì)要求，具有較高的靈活性和可擴(kuò)展性，不過(guò)代價(jià)就是在性能和功耗上有所折中;而后者由于具有硬件可編程特性，開(kāi)發(fā)者可以根據(jù)應(yīng)用“定制”所需的硬件電路，在性能和功耗上自然更勝一籌，不過(guò)開(kāi)發(fā)門(mén)檻相對(duì)較高。

之前也有?商將兩者結(jié)合在?起，開(kāi)發(fā)出兼具靈活性和?能效的異構(gòu)平臺(tái)，不過(guò)它們?都定位于中?端的產(chǎn)品。將可編程邏輯與8位MCU整合在?起的嘗試，并不多?。?Microchip正是找到了這個(gè)獨(dú)特的市場(chǎng)切?點(diǎn)，推出了PIC16F13145 系列MCU。

具體來(lái)講，與傳統(tǒng)的8位MCU不同，PIC16F13145系列的外設(shè)中，除了ADC、DAC、?較器和定時(shí)器等這些“常規(guī)”配置，還有?個(gè)特別的可配置邏輯塊(CLB)模塊。

CLB由32個(gè)基本邏輯元件(BLE)陣列(每個(gè)BLE都能夠模擬AND / OR / NAND / NOR?)以及緩沖器/反相緩沖器、D觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、多路復(fù)?器或四輸?LUT構(gòu)成。

這意味著，開(kāi)發(fā)者可以利?CLB直接在MCU內(nèi)創(chuàng)建基于硬件的定制組合邏輯功能，實(shí)現(xiàn)??想要的硬件電路，?不受通?MCU固定硬件架構(gòu)的限制，就好像在MCU中添加了?個(gè)“微型FPGA”。

那么8位的MCU的情形又如何，很多嵌入式工程師都有一些誤解，下面來(lái)簡(jiǎn)單分析下。

01

8位MCU正在被淘汰

這是最常見(jiàn)的誤解，先說(shuō)事實(shí)，根據(jù)最新的Gartner的市場(chǎng)報(bào)告，8位的市場(chǎng)營(yíng)收額和增長(zhǎng)額跟32位的相比都僅僅差幾個(gè)百分點(diǎn)?？紤]到8位的單個(gè)芯片比32位芯片要便宜很多的事實(shí)，8位的出貨量其實(shí)遠(yuǎn)高于32位的。

打個(gè)直觀的比方，現(xiàn)在我們有了高鐵，是不是所有傳統(tǒng)的普快、特快火車(chē)都要立即淘汰呢?顯然事實(shí)并非如此，至于原因就太多了?，F(xiàn)實(shí)情況就是8位 MCU曾經(jīng)的應(yīng)用領(lǐng)域并不能立即用32位的MCU直接替代。

02

8位處理器缺乏創(chuàng)新

不少人會(huì)認(rèn)為既然現(xiàn)在市場(chǎng)的寵兒是32位的MCU，廠商們是不是都沒(méi)有投入研發(fā)資源在8位產(chǎn)品上了。

這么想的人可能一想到8位的MCU，腦海中會(huì)浮現(xiàn)40DIP的“經(jīng)典8051”的形象，事實(shí)上芯片廠商們并沒(méi)有停止創(chuàng)新。

比如CIP-51內(nèi)核因?yàn)椴捎昧艘粋€(gè)時(shí)鐘周期等同于一個(gè)指令周期的設(shè)計(jì)，瞬間將同頻率的8051性能提高了12倍。國(guó)內(nèi)的一些半導(dǎo)體廠商也有基于8051或其他8位內(nèi)核的創(chuàng)新。

03

8位處理器難以使用C/C++語(yǔ)言編程

如果你了解Arduino的設(shè)計(jì)原理，這個(gè)誤解就不攻自破。

當(dāng)然坦白講，8位的MCU使用高級(jí)語(yǔ)言編程確實(shí)比32位的MCU要困難些，主要障礙就是內(nèi)存地址的不統(tǒng)一。

比如8051內(nèi)核的內(nèi)存地址就分為CODE、data、sfr、idata和xdata。如果涉及到banking就更復(fù)雜了，8位的PIC還有硬件Stack這樣更加“非主流”的設(shè)計(jì)，但是這些障礙都可以通過(guò)工具的優(yōu)化來(lái)緩解。

04

8位處理器專(zhuān)為簡(jiǎn)單應(yīng)用而生

這個(gè)觀點(diǎn)倒是有幾分真實(shí)，但是嵌入式應(yīng)用本身就是簡(jiǎn)單應(yīng)用居多。嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的本身特點(diǎn)決定了8位依然有很多用武之地。外設(shè)和編譯器的進(jìn)化將慢慢拓展8位處理器的應(yīng)用范疇。

05

8位處理器不能勝任IoT應(yīng)用需求

IoT應(yīng)用不是一個(gè)單獨(dú)的應(yīng)用，而是一個(gè)復(fù)合應(yīng)用。

智能手表、智能音箱、主控制器、網(wǎng)關(guān)這種當(dāng)然需要復(fù)雜的處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

但是IoT應(yīng)用還包含大量的傳感器節(jié)點(diǎn)、執(zhí)行節(jié)點(diǎn)和轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)。

這種節(jié)點(diǎn)用低功耗的8位處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)更加適合。

06

8位處理器響應(yīng)慢

這個(gè)就是完全的誤解了。典型的嵌入式應(yīng)用中，響應(yīng)速度主要跟中斷響應(yīng)和喚醒延遲相關(guān)。8位處理器有天然的優(yōu)勢(shì)(地址轉(zhuǎn)換工作量小、IP單元實(shí)現(xiàn)門(mén)數(shù)少)，不輸于32位的處理器。

07

8位處理器的能效低于32位處理器

曾經(jīng)看過(guò)ARM公司的權(quán)威工程師寫(xiě)的一本書(shū)，書(shū)中觀點(diǎn)是32位處理器的能效比高于8位的MCU，理由是32位處理器能快速處理完任務(wù)，休眠時(shí)間的比例更大。

但是這個(gè)結(jié)論包含一個(gè)假設(shè)，就是任務(wù)有一定復(fù)雜度。

如果任務(wù)本身非常簡(jiǎn)單，喚醒過(guò)程的功耗也很大，那么這個(gè)假設(shè)不成立。

針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景，不能簡(jiǎn)單說(shuō)8位、32位哪個(gè)能效比更高。至少非常簡(jiǎn)單的應(yīng)用中，8位的能效比要高。如果再加上單獨(dú)響應(yīng)，無(wú)需CPU干預(yù)的一些任務(wù)，8位的能效比甚至能高出很多。

08

相同價(jià)格的32位處理器功能遠(yuǎn)強(qiáng)于8位處理器

這個(gè)也有一定程度的可信度，但是不要忘記有相當(dāng)大的一部分應(yīng)用使用8位的MCU就已足夠在這種情況下，非要購(gòu)買(mǎi)平均價(jià)格高一點(diǎn)的32位 MCU，成本就會(huì)上升。對(duì)于很多基本上標(biāo)準(zhǔn)化了的嵌入式產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，8位MCU還是具有一定的成本優(yōu)勢(shì)的。

09

8位處理器設(shè)計(jì)的應(yīng)用不能適應(yīng)未來(lái)變化

這是個(gè)思維角度問(wèn)題，作為嵌入式程序員，更應(yīng)該考慮當(dāng)前的任務(wù)。不管是什么類(lèi)型的MCU，如果產(chǎn)品形態(tài)變化了或者需求本身變化了，就要重新設(shè)計(jì)。未來(lái)誰(shuí)都看不清，何必考慮那么多沒(méi)有實(shí)際意義的前瞻。

10

8位處理器開(kāi)發(fā)工作更繁重且沒(méi)有升級(jí)路徑

32位處理器的處理更加以軟件為中心，可以做更多的代碼復(fù)用。

而8位處理器更多地利用硬件外設(shè)來(lái)完成任務(wù)。

綜合而言，沒(méi)有絕對(duì)的差別。

只要是嵌入式處理器，升級(jí)路徑都不大明確。

如果你采用既有8位，又有32位的產(chǎn)品的廠家，你會(huì)發(fā)現(xiàn)很多外設(shè)都很相似。

考慮到現(xiàn)在圖形化配置外設(shè)的趨勢(shì)，升級(jí)路徑逐漸變得不那么重要，反正都是圖形化或者腳本化來(lái)生成基礎(chǔ)驅(qū)動(dòng)代碼。