靈活的MCU架構(gòu)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的輕松升級(jí)

隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，如何使新產(chǎn)品更快投入市場(chǎng)，成為工程設(shè)計(jì)人員越來越關(guān)注的問題。在推出滿足更高性能需求的升級(jí)產(chǎn)品時(shí)，原有設(shè)計(jì)的靈活性成為了關(guān)鍵。高度靈活的設(shè)計(jì)可以有效縮短設(shè)計(jì)周期，使新產(chǎn)品快速進(jìn)入市場(chǎng)，還可以實(shí)現(xiàn)投入最小化，從而獲得更高的利潤(rùn)。

兼容性降低升級(jí)投入

升級(jí)產(chǎn)品往往應(yīng)具有更高的性能、集成度、更低的功耗和更豐富的外設(shè)。如何以最少的投入滿足這些新的需求呢？如果新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)可以充分利用現(xiàn)有外圍設(shè)備的知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP），那么在現(xiàn)有產(chǎn)品上的投資在移植時(shí)就會(huì)得到保持，外圍設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件仍可以繼續(xù)發(fā)揮作用。

以設(shè)計(jì)的核心器件MCU為例，基于8位MCU的低端產(chǎn)品若能和升級(jí)后、基于16位或32位器件的新產(chǎn)品采用相同的開發(fā)環(huán)境，將大大降低投入并顯著縮短開發(fā)時(shí)間。

Freescale 的“控制器聯(lián)合體（Controller Continuum）”就是一個(gè)兼容8位和32位架構(gòu)的MCU產(chǎn)品路線圖。Controller Continuum通過采用通用的外圍設(shè)備、工具和軟件，為各種消費(fèi)和工業(yè)MCU系列產(chǎn)品提供了環(huán)環(huán)相扣的兼容性。

靈活的MCU架構(gòu)

MCU全面的兼容性體現(xiàn)在芯片引腳、外設(shè)接口和開發(fā)工具等方方面面。如果能消除比特位界限，就可使8位MCU輕松地與更高性能的32位MCU進(jìn)行相互移植。設(shè)計(jì)人員可以利用8位和32位器件共用的軟件和硬件開發(fā)工具開發(fā)新的應(yīng)用，并且隨著產(chǎn)品的成熟，更加輕松地升級(jí)為下一代產(chǎn)品。

圖1 Controller Continuum產(chǎn)品線路圖

以Controller Continuum為例，它共包含8位的RS08、S08和32位的ColdFire V1～V4六款內(nèi)核。如圖1所示，基于S08和ColdFire V1內(nèi)核的Flexis系列是Controller Continuum的連接點(diǎn)。

S08是適合電池供電設(shè)備的高速低功耗內(nèi)核，RS08是S08內(nèi)核的精簡(jiǎn)版，為閃存16Kb以下和引腳較少的設(shè)備而設(shè)計(jì)。ColdFire V1利用了V2架構(gòu)所具有的雙級(jí)取指令管線和雙級(jí)操作數(shù)執(zhí)行管線。同時(shí)，V1內(nèi)核采用S08總線結(jié)構(gòu)，為實(shí)現(xiàn)32位性能提供了理想的切入點(diǎn)。向上兼容其他所有ColdFire內(nèi)核的能力保證設(shè)計(jì)可以升級(jí)到更高的性能。

全面的兼容性

基于ColdFire V1內(nèi)核的MCU采用與基于S08架構(gòu)的產(chǎn)品相同的外圍模塊和開發(fā)工具，同時(shí)也提供向上兼容性，有效簡(jiǎn)化應(yīng)用設(shè)計(jì)。表1對(duì)基于S08和ColdFire V1的Flexis系列CPU操作模式的主要特性進(jìn)行了比較。下面將以該系列為例介紹Controller Continuum所提供的全面的兼容性。

1 芯片引腳

ColdFire V1內(nèi)核采用S08單引腳后臺(tái)調(diào)試模塊（BDM）來實(shí)現(xiàn)封裝引腳兼容性。新版本的調(diào)試接口實(shí)現(xiàn)了用于實(shí)現(xiàn)BDM可讀跡線功能的緩沖器，同時(shí)保持了最小的處理器開銷。

后臺(tái)調(diào)試模式（BDM）曾是保持相同引腳數(shù)的困難之一。傳統(tǒng)ColdFire中的BDM是采用三針串行接口（時(shí)鐘、數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)輸出）實(shí)現(xiàn)的，還用第四根針來提供斷點(diǎn)功能。這種BDM支持連續(xù)插入讀/寫寄存器和讀/寫內(nèi)存命令的功能，還可以運(yùn)行和停止處理器等。由于S08用于更低端應(yīng)用中，引腳數(shù)也非常有限，所以傳統(tǒng)ColdFire內(nèi)核的調(diào)試功能被重新映像到針對(duì)V1的單引腳接口上，與S08完全一致。

表1 S08和ColdFire V1內(nèi)核CPU模式對(duì)比

2 開發(fā)工具

8位到32位過渡的最大挑戰(zhàn)是開發(fā)工具。主要的開發(fā)工具必須是可互換的，并且在移植到32位時(shí)，要給8位用戶提供同樣簡(jiǎn)潔的外觀和感覺。CodeWarrior集成開發(fā)環(huán)境能支持Freescale 8位和32位微控制器的軟件開發(fā)。采用最新版本的CodeWarrior，用戶可以用完全相同的工具、連接線和CodeWarrior工具，直接將S08拿掉并用ColdFire V1內(nèi)核替換。用戶只需輕點(diǎn)幾下鼠標(biāo)，簡(jiǎn)單地重新編譯一下用C語(yǔ)言開發(fā)的代碼即可。

如果利用集成到CodeWarrior工具套件內(nèi)的快速應(yīng)用開發(fā)工具Processor Expert的幫助，設(shè)計(jì)者還能進(jìn)一步加快應(yīng)用的開發(fā)。Processor Expert的核心是它的專家知識(shí)庫(kù)，它可以讓圖形界面只提供有效的選擇，并且能夠迅速指明潛在的資源沖突，使開發(fā)人員在初始設(shè)計(jì)階段就能解決此類問題。

3 外圍設(shè)備

V1內(nèi)核具有到S08外設(shè)和緊耦合32位本地存儲(chǔ)器（閃存和SRAM）的標(biāo)準(zhǔn)化8位總線，從而能夠使用類似的外圍與存儲(chǔ)模塊。

4 同時(shí)滿足低功耗需求

以Flexis系列為例，采用它們進(jìn)行設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)最終產(chǎn)品系列功耗的最小化，也無須為更高性能和更豐富的外設(shè)重新設(shè)計(jì)，特別適合成本敏感的應(yīng)用。V1內(nèi)核采用了先進(jìn)的低電壓、低功率流程，不管是在待機(jī)還是運(yùn)行模式下都能提供一個(gè)功耗極低的32位MCU。此外，憑借其高功率密度可創(chuàng)建很多新的應(yīng)用。

由于ColdFire V1 MCU具有高達(dá)S08器件10倍的性能，因此有可能在某個(gè)應(yīng)用中大幅提高產(chǎn)品的性能而不必提高頻率。對(duì)于那些對(duì)EMC敏感的應(yīng)用，如家電電器，這將是一個(gè)重要的優(yōu)勢(shì)。

如Freescale Controller Continuum的高度靈活的升級(jí)路線使得消費(fèi)和工業(yè)產(chǎn)品拓展到新的市場(chǎng)不再需要大量的重復(fù)投入和開發(fā)資源。如果最新進(jìn)入市場(chǎng)的是基于8位MCU的低端產(chǎn)品，則可利用Controller Continuum的無縫兼容性使用同一開發(fā)工具設(shè)計(jì)面向該市場(chǎng)的高性能升級(jí)產(chǎn)品。例如，從家庭用腕式血壓表升級(jí)到醫(yī)用血壓表，從網(wǎng)絡(luò)攝像頭升級(jí)到安全監(jiān)控?cái)z像頭。得益于其全面的兼容性，Controller Continuum將使工程設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行醫(yī)療設(shè)備和監(jiān)控、PoS、計(jì)量和消費(fèi)電子等應(yīng)用的升級(jí)時(shí)更加輕松，同時(shí)節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間和成本，使得新產(chǎn)品更快進(jìn)入市場(chǎng)，更具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。