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
[導(dǎo)讀]【導(dǎo)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(jié)兩個(gè)主要的因素：CPU內(nèi)核的繼承性和價(jià)格，許多著名的CPU比如8051、68HC05、6502和Z80都是8位
【導(dǎo)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(jié)兩個(gè)主要的因素：CPU內(nèi)核的繼承性和價(jià)格，許多著名的CPU比如8051、68HC05、6502和Z80都是8位的架構(gòu)，許許多多的工程師在他們還在上大學(xué)的時(shí)候就學(xué)習(xí)在這些架構(gòu)下編程。在基于MCU的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，工程師的技巧和經(jīng)驗(yàn)是影響設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素，所以大多數(shù)的工程師都會(huì)選擇熟悉的MCU進(jìn)行設(shè)計(jì)，這就形成新的CPU架構(gòu)被工程師使用的無形障礙。另外，過多的8位MCU供應(yīng)商之間的競爭導(dǎo)致了比較低的價(jià)格，也是8位MCU普及的原因。
但如果從CPU架構(gòu)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(yīng)用中實(shí)際在做16位MCU的事情，并且由于這一點(diǎn)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(gòu)，自然的尋址空間僅有256個(gè)字節(jié)，如今您幾乎找不到只有256個(gè)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(shí)就會(huì)花費(fèi)大量的指令來實(shí)現(xiàn)跳轉(zhuǎn)、查表和復(fù)雜地址計(jì)算的程序；另外一個(gè)地方是關(guān)于數(shù)據(jù)處理，在大多數(shù)的8位MCU上您都會(huì)發(fā)現(xiàn)有10位AD和16位定時(shí)器這樣的外設(shè)，當(dāng)您需要從10位AD讀取數(shù)據(jù)或向定時(shí)器輸出PWM的數(shù)據(jù)時(shí)，您需要使用復(fù)雜又麻煩的多字節(jié)指令來實(shí)現(xiàn)簡單的讀寫操作。這些缺點(diǎn)都會(huì)導(dǎo)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(gòu)來看MCU的成本，CPU核僅占用整個(gè)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(shí)上，片上存儲(chǔ)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(gòu)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(jìn)行處理的16位MCU的架構(gòu)可用較少的存儲(chǔ)空間實(shí)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(dāng)時(shí)8位MCU的主流應(yīng)用研究最為優(yōu)化的架構(gòu)，我們曾考慮過4位、8位、16位、20位和32位，最后的結(jié)論是選擇了16位的架構(gòu)也就是我們今天所熟知的MSP430。事實(shí)上，今天許多的MCU供應(yīng)商也把8位/16位MCU定位在幾乎相同的市場應(yīng)用。簡言之，我們認(rèn)為代碼效率更高的16位MCU會(huì)在當(dāng)前8位MCU的主流應(yīng)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(lǐng)域得到越來越多的應(yīng)用。
事實(shí)上，德州儀器很早就進(jìn)入MCU領(lǐng)域，MSP430是德州儀器推出的非常有特點(diǎn)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(yīng)用領(lǐng)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?yàn)镸SP430微控制器有以下特點(diǎn):
1. 超低功耗架構(gòu)， 針對電池供電的應(yīng)用可大幅延長電池壽命，包括RAM保持模式僅消耗0.1μA；實(shí)時(shí)時(shí)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(shè)集成，含豐富的模擬外設(shè)(包括10/12/16位ADC，12位DAC，比較器，運(yùn)算放大器，電源電壓監(jiān)控……)。此外集成的智能外設(shè)(包括具備自動(dòng)掃描功能和硬件啟動(dòng)轉(zhuǎn)換觸發(fā)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，DMA數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制)可節(jié)約CPU的資源。
3. 完整豐富的產(chǎn)品隊(duì)列(超過100個(gè)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(yīng)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(shí)應(yīng)用中，絕大多數(shù)工程師已經(jīng)熟悉了8位MCU的架構(gòu)(比如8051)并在傳統(tǒng)的8位MCU架構(gòu)上積累了豐富的軟件經(jīng)驗(yàn)。因此怎樣提供簡單易用的16位MCU開發(fā)平臺(tái)和基于16位MCU的代碼資源成為16位MCU供應(yīng)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(jié)兩個(gè)主要的因素：CPU內(nèi)核的繼承性和價(jià)格，許多著名的CPU比如8051、68HC05、6502和Z80都是8位的架構(gòu)，許許多多的工程師在他們還在上大學(xué)的時(shí)候就學(xué)習(xí)在這些架構(gòu)下編程。在基于MCU的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，工程師的技巧和經(jīng)驗(yàn)是影響設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素，所以大多數(shù)的工程師都會(huì)選擇熟悉的MCU進(jìn)行設(shè)計(jì)，這就形成新的CPU架構(gòu)被工程師使用的無形障礙。另外，過多的8位MCU供應(yīng)商之間的競爭導(dǎo)致了比較低的價(jià)格，也是8位MCU普及的原因。
但如果從CPU架構(gòu)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(yīng)用中實(shí)際在做16位MCU的事情，并且由于這一點(diǎn)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(gòu)，自然的尋址空間僅有256個(gè)字節(jié)，如今您幾乎找不到只有256個(gè)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(shí)就會(huì)花費(fèi)大量的指令來實(shí)現(xiàn)跳轉(zhuǎn)、查表和復(fù)雜地址計(jì)算的程序；另外一個(gè)地方是關(guān)于數(shù)據(jù)處理，在大多數(shù)的8位MCU上您都會(huì)發(fā)現(xiàn)有10位AD和16位定時(shí)器這樣的外設(shè)，當(dāng)您需要從10位AD讀取數(shù)據(jù)或向定時(shí)器輸出PWM的數(shù)據(jù)時(shí)，您需要使用復(fù)雜又麻煩的多字節(jié)指令來實(shí)現(xiàn)簡單的讀寫操作。這些缺點(diǎn)都會(huì)導(dǎo)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(gòu)來看MCU的成本，CPU核僅占用整個(gè)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(shí)上，片上存儲(chǔ)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(gòu)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(jìn)行處理的16位MCU的架構(gòu)可用較少的存儲(chǔ)空間實(shí)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(dāng)時(shí)8位MCU的主流應(yīng)用研究最為優(yōu)化的架構(gòu)，我們曾考慮過4位、8位、16位、20位和32位，最后的結(jié)論是選擇了16位的架構(gòu)也就是我們今天所熟知的MSP430。事實(shí)上，今天許多的MCU供應(yīng)商也把8位/16位MCU定位在幾乎相同的市場應(yīng)用。簡言之，我們認(rèn)為代碼效率更高的16位MCU會(huì)在當(dāng)前8位MCU的主流應(yīng)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(lǐng)域得到越來越多的應(yīng)用。
事實(shí)上，德州儀器很早就進(jìn)入MCU領(lǐng)域，MSP430是德州儀器推出的非常有特點(diǎn)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(yīng)用領(lǐng)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?yàn)镸SP430微控制器有以下特點(diǎn):
1. 超低功耗架構(gòu)， 針對電池供電的應(yīng)用可大幅延長電池壽命，包括RAM保持模式僅消耗0.1μA；實(shí)時(shí)時(shí)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(shè)集成，含豐富的模擬外設(shè)(包括10/12/16位ADC，12位DAC，比較器，運(yùn)算放大器，電源電壓監(jiān)控……)。此外集成的智能外設(shè)(包括具備自動(dòng)掃描功能和硬件啟動(dòng)轉(zhuǎn)換觸發(fā)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，DMA數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制)可節(jié)約CPU的資源。
3. 完整豐富的產(chǎn)品隊(duì)列(超過100個(gè)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(yīng)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(shí)應(yīng)用中，絕大多數(shù)工程師已經(jīng)熟悉了8位MCU的架構(gòu)(比如8051)并在傳統(tǒng)的8位MCU架構(gòu)上積累了豐富的軟件經(jīng)驗(yàn)。因此怎樣提供簡單易用的16位MCU開發(fā)平臺(tái)和基于16位MCU的代碼資源成為16位MCU供應(yīng)商面臨的挑戰(zhàn)。
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