8位元世界中的32位元MCU應用（轉載）

這也算是呼應我之前那篇32 位元MCU 的文章...

這其中應該有許多事值得我們用另類的思維....！...

-------------------------------

http://tech.digitimes.com.tw/ShowNews.aspx?zCatId=111&zNotesDocId=0000102696_1BO7A4N18G52HA7JNWVH1

-----

8位元世界中的32位元MCU應用

(寄信給作者) 2008/08/25

台北訊 全球MCU市場出貨量預估將在2010年超過150億顆，其中，32位元MCU的成長速度，更將是傳統8位元的三倍。許多目前採用8位元MCU的裝置，都將逐漸被32位元MCU所取代。32位元MCU裝置的成長，受到不同市場力量的驅動，其中包括重複使用程式碼的需求、應用複雜度的提升、裝置的逐漸匯整，以及系統的連結。然而，在此同時，廠商仍需考慮成本追加的限制及產品上市時程的控管。 由於8位元MCU移轉至32位元牽涉為數眾多的架構平台與協力廠商，因此在過去被視為不可能的任務。但由於現今程式碼密度與長度的演進，加上矽元件製程的改良，使架構平台匯整的目標得以實現，並使32位元裝置的版圖，能首度拓展至過去由8位元與16位元應用所主宰的低成本市場。 8位元與32位元MCU市況 32位元MCU跨足8位元與16位元的既有市場，原本就會面臨不少挑戰，再加上可預見的未來，將出現低於0.5美元的量產產品市場，或其他矽元件廠商無力觸及的超低成本應用領域，更讓32位元MCU的普及受到限制。雖然如此，市場上仍有為數可觀的應用，讓32位元MCU裝置有機可乘，開始挑戰既有的8位元及16位元市場。例如：Luminary Micro推出超過百款從1美元量購價起跳、搭載ARM® Cortex™-M3處理器技術的MCU。此外，包括Atmel、ADI、NXP、STMicro與TI等許多廠商，也紛紛推出一系列搭載ARM處理器技術的裝置。 上述廠商推出的32位元MCU裝置，提供了比其他平台更高的單位價格效能，並在數量上快速超越了傳統的8位元設計。這些32位元MCU被廣泛應用在無數的電子裝置中，包括遙控器、待機模式控制器、警報系統、電子投票機、家用電器、廚房用品控制器，以及整合許多8位元系統的汽車與資料登入應用。 程式碼長度 部分工程師在決定是否轉換至32位元處理器時，最主要擔憂就是轉換會使程式碼長度大幅增加。但是，許多案例顯示轉換事實上簡化並縮短了程式碼。此外，許多8051指令仍需2或3個位元組，而ARM Thumb®-2指令卻更簡短，且能完成更多工作。 ARM Cortex-M3處理器中的Thumb-2技術等32位元指令集應用，能夠提供更精簡的程式碼與更快的效能。舉例來說，經由Cortex-M3處理器編譯後，推動堆疊中的3個暫存器，以及將它們取出及置回的程式碼，總數僅不到原本的三分之一。 事實上，在最近幾個採用EEMBC業界標準程式碼所進行的獨立標竿測試中，證實了一組先進8051裝置的完整程式碼長度，較Cortex-M3處理器程式碼多出3.6倍。同時，Cortex-M3處理器所提供的效能，更高出該8051裝置有十倍之多。 資料格式的一致性，是比較程式碼長度時的另一個重要考量。在16或32位元指令中，一個指令的長度可能是2或4位元組，但ARM的工具會自動執行轉換，使程式碼長度永遠以位元組為單位。反之，Mircrochip等其他廠商將程式碼長度標示為指令字元，要開發業者自行將數據乘以指令長度，因而經常造成混淆。 MCU中斷處理能力 新一代32位元MCU的中斷能力遠勝於傳統MCU裝置，且提供遠超過傳統8位元裝置的簡易使用度與彈性。新一代的MCU系列，如採用Cortex-M3處理器的Luminary Stellaris與STMicro STM32，都提供超過32個中斷，並支援8或16個優先順序。此外，處理中斷的所有暫存作業都是由硬體自動處理，這不但提供了一個極為簡單、可靠，且可重複的解決方案，也意謂著所有中斷處理裝置都可撰寫成一般的C語言函式，而無須使用組譯程式。將中斷控制器整合至中央核心亦帶來許多其他先進的功能，包括無限制巢套、優先遮罩，與關鍵優先無遮罩中斷。 以Cortex-M3處理器為基礎的32位元MCU，其性能大幅領先8051架構裝置，甚至是效能高於標準8051架構八倍之多的最新一代「加速型」8051架構。雖然許多最新的8051裝置宣稱其中斷延遲僅有5或6個週期，但這並不包括開始處理中斷時所耗費的大量資源。 Cortex-M3處理器的12個週期中斷延遲，包括了將暫存器推入堆疊、取得特殊向量，及擷取ISR指令所耗費的時間。從下表的比較中，我們可看到Cortex-M3處理器的中斷延遲，比加速型8051裝置還要短，而這類加速型裝置的速度已經較標準型8051裝置快上8倍。在許多其他的8051系統中，這些延遲甚至會更長。 位元處理運用的重要性 在32位元與8位元MCU的比較之中，位元處理層面也必須被合理的考量。過去十年，大多數的32位元裝置都著重於資料封包處理，而忽略了真正控制工程所需的個別位元運用。然而，最新一代的32位元裝置已重新開始注重這塊領域，且能夠替個別位元與位元控制提供優異的效能。例如：Cotex-M3處理器定義兩類記憶體，一者是內部SPAM，而另一者為週邊記憶體，能夠提供個別位元達到類似自動化的效能。 此外，在加入支援位元處理作業的一組新指令後，僅須單一指令即可插入、清除或交換一組可編程位元。舉例而言，想要改變資料欄位中的3至5位元，8051架構裝置需要9個位元組與6個時脈週期，但若運用Thumb-2中的位元欄位插入(Bit Field Insert)指令，則僅須4個位元組與1個時脈週期。 工具整合優勢 儘管32位元MCU具備許多優勢，許多開發業者對於嘗試這些新裝置所需的巨額投資，仍存有疑慮。但事實正好相反，許多8位元開發業者所熟悉使用的工具，如：Keil和IAP工具套件，都已支援32位元裝置。（版主註：IAP 應該是誤植了...我想應該是IAR。） 由於整合了使用熟悉的開發環境，因此，改寫大部分的C語言程式碼變得十分簡單，整體開發也更容易。近來，隨著採用Cortex-M3處理器的32位元裝置陸續問市，為這些裝置撰寫程式碼所需的知識門檻也大幅降低。 應用的日趨複雜、裝置匯整，與連結MCU的興起等因素，都持續促使市場邁向效能更高的32位元MCU裝置。最初為了提升程式碼的重複使用性，並降低各部門的成本，而在業界興起平台整合趨勢，卻在最後無心插柳地將這些高效能裝置，帶向始料未及的發展境界，並直接挑戰了傳統的8與16位元裝置市場。(本文由ARM安謀科技股份有限公司資深行銷經理Hayden Povey提供)