微控制器發(fā)展、過去和將來

　　對于選擇微控制器進行設計的系統設計師來說，可獲得的大量的不同型號的MCU會讓選型工作變得復雜。SiliconLabs已經發(fā)布了工作電壓低至0.9V的一款8位MCU，德州儀器有許多款針對16位MSP430的低功耗應用，英飛凌和飛思卡爾有針對汽車應用的多款MCU方案，而Atmel的AVR單片機和Microchip的PIC系列單片機一直在推陳出新，新的32位ARM核Cortex-M3處理器已經發(fā)布，古老的8位8051核還是在不同微控制器中占領主流地位，而市場老大瑞薩可以針對多種應用領域提供方案。

　　要進行成功的選型，了解行業(yè)的趨勢是非常重要的。微控制器處于怎樣的變化呢？未來的微控制器會怎么樣呢？也許對于設計者來說最重要的趨勢是低功耗和高集成度。     

　　功耗對于目前的MCU供應商來說是非常關注的。目前許多應用都要求用電池供電，這樣要求電池電量必須維持設備的使用時間或是系統壽命。同樣，因為目前全球面臨高昂的能源價格和全球變暖等問題，任何應用都需要節(jié)能。     

　　目前有兩種方式的電能消耗：動態(tài)和靜態(tài)耗電。動態(tài)，或者說是工作用電，指的是設備工作過程中消耗電能，這是每一款微控制器都需要應對的。靜態(tài)耗電（或者稱為待機或泄漏）指的是器件在待機或是其他低功耗模式時消耗的電量。這在需要電池應用的領域是非常重要的，特別是在處理器需要經常等待外部指令輸入的時候。

　　一款微控制器可能針對不同的應用有許多低功耗模式，實現起來也有不同的方法，包括低泄漏晶體管的采用，關閉MCU閑置部分的電力等。一般來說，器件“睡”的越深，要喚醒它需要的時間就越長。在決定器件低功耗模式需要多低時，喚醒時間是需要考慮的。

　　一些供應商選擇降低處理器的核心的供電電壓來降低功耗等式的一個因子，這個將幫助動態(tài)耗電性能，但是同樣需要考慮電流的大小。     

　　增加集成度     

　　在更先進的工藝技術和SoC的時代，在MCU核心周圍實現外圍的混合信號電路集成是十分方便的。目前還有不少供應商集成了大規(guī)模和多種類的存儲器件，和多功能的外圍器件。     

　　讓我們簡單看一看不同時代的兩款MCU來了解產業(yè)的快速變化。     

　　1980年英特爾公司的8051，具備128B的Ram，4kB的ROM，四個雙向I/O端口，一個UART和兩個16bit的定時器。而2007年飛思卡爾推出的MC9S12X，具備32kB的RAM，4kB的EEPROM，512kB的閃存，六個UART，三個SPI接口，8通道定時器，8通道10位ADC，8通道PWM模塊，5個CAN總線，2個I2C接口，和一個周期中斷定時器和一個X-gate并行處理模塊。

　　有許多應用都不需要超過8位的處理能力，但32位微控制器還是成為了越來越廣泛的系統設計需求。

　　隨著縮小的尺寸和額外強調的低功耗工作和待機能耗，越來越多的應用采用了32位微控制器。

　　多核     

　　另一個處理器的革命是多核和多線程的采用。多核通常在PC、筆記本和服務器中應用較多，但在微控制器領域也在開始針對一些計算密集應用出現，比如工業(yè)設備和汽車應用。     

　　因為flash技術的進步，芯片的額外flash需求減少了很多。嵌入式flash取代了其他可編程ROM的應用，因為在編程和擦除的速度上flash有優(yōu)勢。并且更大的存儲空間與微控制器集成在了一起。     

　　數字信號處理器也被加入了微控制器中，用于控制的處理器內核與用于復雜運算的內核是不同的，而兩種功能兼?zhèn)涞?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/SoC">SoC已經很常見。     

　　比如說，一些類DSP的算法功能被加入微控制器核心的指令集，并采用硬件架構支持，從另一方面來看，一些DSP核心也加入了控制功能的指令。     

　　一些二者選一的方案被用在了控制器或者DSP核心的器件，從而實現混合。而供應商可以決定該器件是帶DSP功能的微控制器還是帶控制功能的DSP。     

　　一些大的微控制器芯片公司目前已經宣稱他們的應用或系統工程師可以幫助你實現一切，小的微控制器供應商也在做同樣的事情，不過一般是與獨立設計公司合作提供參考設計方案。