8位元世界中的32位元MCU应用

　　全球 MCU 市场出货量预估将在2010年超过150亿颗，其中，32位元MCU的成长速度，更将是传统8位元的三倍。许多目前采用8位元MCU的装置，都将逐渐被32位元MCU所取代。32位元MCU装置的成长，受到不同市场力量的驱动，其中包括重复使用程序码的需求、应用复杂度的提升、装置的逐渐汇整，以及系统的连结。然而，在此同时，厂商仍需考虑成本追加的限制及产品上市时程的控管。

　　由于8位元MCU移转至32位元牵涉为数众多的架构平台与协力厂商，因此在过去被视为不可能的任务。但由于现今程序码密度与长度的演进，加上矽元件制程的改良，使架构平台汇整的目标得以实现，并使32位元装置的版图，能首度拓展至过去由8位元与16位元应用所主宰的低成本市场。

　　8位元与32位元MCU市况

　　32位元MCU跨足8位元与16位元的既有市场，原本就会面临不少挑战，再加上可预见的未来，将出现低于0.5美元的量产产品市场，或其它矽元件厂商无力触及的超低成本应用领域，更让32位元MCU的普及受到限制。虽然如此，市场上仍有为数可观的应用，让32位元MCU装置有机可乘，开始挑战既有的8位元及16位元市场。例如：Luminary MICro推出超过百款从1美元量购价起跳、搭载 ARM ? Cortex ?-M3处理器技术的MCU。此外，包括Atmel、ADI、NXP、STMicro与TI等许多厂商，也纷纷推出一系列搭载ARM处理器技术的装置。

　　上述厂商推出的32位元MCU装置，提供了比其它平台更高的单位价格效能，并在数量上快速超越了传统的8位元设计。这些32位元MCU被广泛应用在无数的 电子装置 中，包括遥控器、待机模式控制器、警报系统、电子投票机、家用电器、厨房用品控制器，以及整合许多8位元系统的汽车与资料登入应用。

　　程序码长度

　　部分工程师在决定是否转换至32位元处理器时，最主要担忧就是转换会使程序码长度大幅增加。但是，许多案例显示转换事实上简化并缩短了程序码。此外，许多8051指令仍需2或3个位元组，而ARM Thumb?-2指令却更简短，且能完成更多工作。

　　ARM Cortex-M3处理器中的Thumb-2技术等32位元指令集应用，能够提供更精简的程序码与更快的效能。举例来说，经由Cortex-M3处理器编译后，推动堆叠中的3个暂存器，以及将它们取出及置回的程序码，总数仅不到原本的三分之一。

　　事实上，在最近几个采用EEMBC业界标准程序码所进行的独立标竿测试中，证实了一组先进8051装置的完整程序码长度，较Cortex-M3处理器程序码多出3.6倍。同时，Cortex-M3处理器所提供的效能，更高出该8051装置有十倍之多。

　　资料格式的一致性，是比较程序码长度时的另一个重要考量。在16或32位元指令中，一个指令的长度可能是2或4位元组，但ARM的工具会自动执行转换，使程序码长度永远以位元组为单位。反之，MircroChip等其它厂商将程序码长度标示为指令字元，要开发业者自行将数据乘以指令长度，因而经常造成混淆。

　　MCU中断处理能力

　　新一代32位元MCU的中断能力远胜于传统MCU装置，且提供远超过传统8位元装置的简易使用度与弹性。新一代的MCU系列，如采用Cortex-M3处理器的Luminary Stellaris与STMicro STM32，都提供超过32个中断，并支持8或16个优先顺序。此外，处理中断的所有暂存作业都是由硬件自动处理，这不但提供了一个极为简单、可靠，且可重复的解决方案，也意谓著所有中断处理装置都可撰写成一般的C语言函式，而无须使用组译程序。将中断控制器整合至中央核心亦带来许多其它先进的功能，包括无限制巢套、优先屏蔽，与关键优先无屏蔽中断。

　　以Cortex-M3处理器为基础的32位元MCU，其性能大幅领先8051架构装置，甚至是效能高于标准8051架构八倍之多的最新一代「加速型」8051架构。虽然许多最新的8051装置宣称其中断延迟仅有5或6个周期，但这并不包括开始处理中断时所耗费的大量资源。

　　Cortex-M3处理器的12个周期中断延迟，包括了将暂存器推入堆叠、取得特殊矢量，及撷取ISR指令所耗费的时间。从下表的比较中，我们可看到Cortex-M3处理器的中断延迟，比加速型8051装置还要短，而这类加速型装置的速度已经较标准型8051装置快上8倍。在许多其它的8051系统中，这些延迟甚至会更长。

　　位元处理运用的重要性

　　在32位元与8位元MCU的比较之中，位元处理层面也必须被合理的考量。过去十年，大多数的32位元装置都着重于资料封包处理，而忽略了真正控制工程所需的个别位元运用。然而，最新一代的32位元装置已重新开始注重这块领域，且能够替个别位元与位元控制提供优异的效能。例如：Cotex-M3处理器定义两类存储器，一者是内部SPAM，而另一者为外围存储器，能够提供个别位元达到类似自动化的效能。

　　此外，在加入支持位元处理作业的一组新指令后，仅须单一指令即可插入、清除或交换一组可编程位元。举例而言，想要改变资料栏位中的3至5位元，8051架构装置需要9个位元组与6个时脉周期，但若运用Thumb-2中的位元栏位插入(Bit FiELD Insert)指令，则仅须4个位元组与1个时脉周期。

　　工具整合优势

　　尽管32位元MCU具备许多优势，许多开发业者对于尝试这些新装置所需的巨额投资，仍存有疑虑。但事实正好相反，许多8位元开发业者所熟悉使用的工具，如：Keil和IAP工具套件，都已支持32位元装置。

　　由于整合了使用熟悉的开发环境，因此，改写大部分的C语言程序码变得十分简单，整体开发也更容易。近来，随著采用Cortex-M3处理器的32位元装置陆续问市，为这些装置撰写程序码所需的知识门槛也大幅降低。

　　应用的日趋复杂、装置汇整，与连结MCU的兴起等因素，都持续促使市场迈向效能更高的32位元MCU装置。最初为了提升程序码的重复使用性，并降低各部门的成本，而在业界兴起平台整合趋势，却在最后无心插柳地将这些高效能装置，带向始料未及的发展境界，并直接挑战了传统的8与16位元装置市场。

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