[導讀]【導讀】德州儀器：具更高效率和更低功耗 16位MCU在三表市場大展拳腳
到目前為止，8位MCU所取得的巨大成功可歸結兩個主要的因素：CPU內(nèi)核的繼承性和價格，許多著名的CPU比如8051、68HC05、6502和Z80都是8位
【導讀】德州儀器：具更高效率和更低功耗 16位MCU在三表市場大展拳腳
到目前為止，8位MCU所取得的巨大成功可歸結兩個主要的因素：CPU內(nèi)核的繼承性和價格，許多著名的CPU比如8051、68HC05、6502和Z80都是8位的架構，許許多多的工程師在他們還在上大學的時候就學習在這些架構下編程。在基于MCU的產(chǎn)品設計中，工程師的技巧和經(jīng)驗是影響設計的關鍵因素，所以大多數(shù)的工程師都會選擇熟悉的MCU進行設計，這就形成新的CPU架構被工程師使用的無形障礙。另外，過多的8位MCU供應商之間的競爭導致了比較低的價格，也是8位MCU普及的原因。
但如果從CPU架構的角度對8位MCU做更深入的分析，您可以發(fā)現(xiàn)8位的MCU在今天的許多應用中實際在做16位MCU的事情，并且由于這一點在性能上有不同程度的損失，最明顯的地方就是尋址空間。作為8位的架構，自然的尋址空間僅有256個字節(jié)，如今您幾乎找不到只有256個字節(jié)ROM的MCU，大多數(shù)的MCU都有幾十K字節(jié)的ROM，這樣一來編程時就會花費大量的指令來實現(xiàn)跳轉(zhuǎn)、查表和復雜地址計算的程序；另外一個地方是關于數(shù)據(jù)處理，在大多數(shù)的8位MCU上您都會發(fā)現(xiàn)有10位AD和16位定時器這樣的外設，當您需要從10位AD讀取數(shù)據(jù)或向定時器輸出PWM的數(shù)據(jù)時，您需要使用復雜又麻煩的多字節(jié)指令來實現(xiàn)簡單的讀寫操作。這些缺點都會導致8位CPU占用更多的程序空間和消耗更多的功耗。再者，如果我們從硅片的架構來看MCU的成本，CPU核僅占用整個硅片面積很小一部分(根據(jù)不同的器件平均占10%或更少)。事實上，片上存儲器ROM和RAM占用主要的硅片面積。因此，無論MCU的位寬，擁有更優(yōu)代碼效率的MCU架構可以做到更低的成本，所以擁有更大的尋址空間和可簡單方便對10~16位的數(shù)據(jù)進行處理的16位MCU的架構可用較少的存儲空間實現(xiàn)相同的功能，從而帶來成本和功耗的優(yōu)勢。在德州儀器，我們在十幾年前就針對當時8位MCU的主流應用研究最為優(yōu)化的架構，我們曾考慮過4位、8位、16位、20位和32位，最后的結論是選擇了16位的架構也就是我們今天所熟知的MSP430。事實上，今天許多的MCU供應商也把8位/16位MCU定位在幾乎相同的市場應用。簡言之，我們認為代碼效率更高的16位MCU會在當前8位MCU的主流應用上扮演越來越重要的角色，提供更低成本和更低功耗的解決方案。
最近幾年隨著16位MCU跟8位MCU相比能提供更高的代碼效率和更低的功耗，16位MCU在三表(電表/水表/煤氣表)以及煙霧探測器等領域得到越來越多的應用。
事實上，德州儀器很早就進入MCU領域，MSP430是德州儀器推出的非常有特點的16位MCU產(chǎn)品系列。最近幾年MSP430在全球取得了巨大的商業(yè)成功，每年的業(yè)績成長都超過50%，隨著業(yè)界對8/16位微控制器的功耗和集成度提出越來越高的要求，MSP430逐漸成為8/16位微控制器應用領域內(nèi)的明星產(chǎn)品，TI的MSP430微控制器能夠在眾多的8/16位微控制器產(chǎn)品中脫穎而出，主要是因為MSP430微控制器有以下特點:
1. 超低功耗架構， 針對電池供電的應用可大幅延長電池壽命，包括RAM保持模式僅消耗0.1μA；實時時鐘模式僅消耗0.8μA；工作模式僅消耗250μA/MIPS。
2. 豐富的模擬/智能外設集成，含豐富的模擬外設(包括10/12/16位ADC，12位DAC，比較器，運算放大器，電源電壓監(jiān)控……)。此外集成的智能外設(包括具備自動掃描功能和硬件啟動轉(zhuǎn)換觸發(fā)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，DMA數(shù)據(jù)傳輸機制)可節(jié)約CPU的資源。
3. 完整豐富的產(chǎn)品隊列(超過100個器件覆蓋從1KB到120KB flash 大小，從14管腳到100管腳的不同選擇)滿足不同客戶的需求。
4. 現(xiàn)代的16位RISC CPU以更精簡的代碼支持各種應用。
5. 通用的開發(fā)工具和在線調(diào)試功能可降低開發(fā)難度， 縮短產(chǎn)品研發(fā)周期。
但是，16位MCU也面臨著一些挑戰(zhàn)。在現(xiàn)實應用中，絕大多數(shù)工程師已經(jīng)熟悉了8位MCU的架構(比如8051)并在傳統(tǒng)的8位MCU架構上積累了豐富的軟件經(jīng)驗。因此怎樣提供簡單易用的16位MCU開發(fā)平臺和基于16位MCU的代碼資源成為16位MCU供應商面臨的挑戰(zhàn)。
到目前為止，8位MCU所取得的巨大成功可歸結兩個主要的因素：CPU內(nèi)核的繼承性和價格，許多著名的CPU比如8051、68HC05、6502和Z80都是8位的架構，許許多多的工程師在他們還在上大學的時候就學習在這些架構下編程。在基于MCU的產(chǎn)品設計中，工程師的技巧和經(jīng)驗是影響設計的關鍵因素，所以大多數(shù)的工程師都會選擇熟悉的MCU進行設計，這就形成新的CPU架構被工程師使用的無形障礙。另外，過多的8位MCU供應商之間的競爭導致了比較低的價格，也是8位MCU普及的原因。
但如果從CPU架構的角度對8位MCU做更深入的分析，您可以發(fā)現(xiàn)8位的MCU在今天的許多應用中實際在做16位MCU的事情，并且由于這一點在性能上有不同程度的損失，最明顯的地方就是尋址空間。作為8位的架構，自然的尋址空間僅有256個字節(jié)，如今您幾乎找不到只有256個字節(jié)ROM的MCU，大多數(shù)的MCU都有幾十K字節(jié)的ROM，這樣一來編程時就會花費大量的指令來實現(xiàn)跳轉(zhuǎn)、查表和復雜地址計算的程序；另外一個地方是關于數(shù)據(jù)處理，在大多數(shù)的8位MCU上您都會發(fā)現(xiàn)有10位AD和16位定時器這樣的外設，當您需要從10位AD讀取數(shù)據(jù)或向定時器輸出PWM的數(shù)據(jù)時，您需要使用復雜又麻煩的多字節(jié)指令來實現(xiàn)簡單的讀寫操作。這些缺點都會導致8位CPU占用更多的程序空間和消耗更多的功耗。再者，如果我們從硅片的架構來看MCU的成本，CPU核僅占用整個硅片面積很小一部分(根據(jù)不同的器件平均占10%或更少)。事實上，片上存儲器ROM和RAM占用主要的硅片面積。因此，無論MCU的位寬，擁有更優(yōu)代碼效率的MCU架構可以做到更低的成本，所以擁有更大的尋址空間和可簡單方便對10~16位的數(shù)據(jù)進行處理的16位MCU的架構可用較少的存儲空間實現(xiàn)相同的功能，從而帶來成本和功耗的優(yōu)勢。在德州儀器，我們在十幾年前就針對當時8位MCU的主流應用研究最為優(yōu)化的架構，我們曾考慮過4位、8位、16位、20位和32位，最后的結論是選擇了16位的架構也就是我們今天所熟知的MSP430。事實上，今天許多的MCU供應商也把8位/16位MCU定位在幾乎相同的市場應用。簡言之，我們認為代碼效率更高的16位MCU會在當前8位MCU的主流應用上扮演越來越重要的角色，提供更低成本和更低功耗的解決方案。
最近幾年隨著16位MCU跟8位MCU相比能提供更高的代碼效率和更低的功耗，16位MCU在三表(電表/水表/煤氣表)以及煙霧探測器等領域得到越來越多的應用。
事實上，德州儀器很早就進入MCU領域，MSP430是德州儀器推出的非常有特點的16位MCU產(chǎn)品系列。最近幾年MSP430在全球取得了巨大的商業(yè)成功，每年的業(yè)績成長都超過50%，隨著業(yè)界對8/16位微控制器的功耗和集成度提出越來越高的要求，MSP430逐漸成為8/16位微控制器應用領域內(nèi)的明星產(chǎn)品，TI的MSP430微控制器能夠在眾多的8/16位微控制器產(chǎn)品中脫穎而出，主要是因為MSP430微控制器有以下特點:
1. 超低功耗架構， 針對電池供電的應用可大幅延長電池壽命，包括RAM保持模式僅消耗0.1μA；實時時鐘模式僅消耗0.8μA；工作模式僅消耗250μA/MIPS。
2. 豐富的模擬/智能外設集成，含豐富的模擬外設(包括10/12/16位ADC，12位DAC，比較器，運算放大器，電源電壓監(jiān)控……)。此外集成的智能外設(包括具備自動掃描功能和硬件啟動轉(zhuǎn)換觸發(fā)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，DMA數(shù)據(jù)傳輸機制)可節(jié)約CPU的資源。
3. 完整豐富的產(chǎn)品隊列(超過100個器件覆蓋從1KB到120KB flash 大小，從14管腳到100管腳的不同選擇)滿足不同客戶的需求。
4. 現(xiàn)代的16位RISC CPU以更精簡的代碼支持各種應用。
5. 通用的開發(fā)工具和在線調(diào)試功能可降低開發(fā)難度， 縮短產(chǎn)品研發(fā)周期。
但是，16位MCU也面臨著一些挑戰(zhàn)。在現(xiàn)實應用中，絕大多數(shù)工程師已經(jīng)熟悉了8位MCU的架構(比如8051)并在傳統(tǒng)的8位MCU架構上積累了豐富的軟件經(jīng)驗。因此怎樣提供簡單易用的16位MCU開發(fā)平臺和基于16位MCU的代碼資源成為16位MCU供應商面臨的挑戰(zhàn)。
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