32位处理器推动多媒体的发展
32位处理器推动多媒体的发展
随着嵌入式系统朝着越来越复杂的方向快速发展,设计工程师必须面对如何选择处理器的新挑战。在许多先进的应用中,灵活、低成本的8位和16位微控制器（MCU）正在逐渐地被32位的系统芯片（SOC）所取代。当然,8位和16位处理器在嵌入式系统中仍然保持其应有的地位。但是,发展32位处理器的理由很多,如考虑系统成本、产品可扩缩性和性能要求等,这仅是几个例子。下面我们以多媒体市场为背景来讨论转向32位MCU的主要原因。
要了解为什么32位MCU在多媒体领域中如此流行,首先要考虑到8位MCU不具备保证多媒体系统进行实时操作所需的带宽和计算能力。16位MCU毕竟能提高速度和性能,另外,它们还比8位 MCU消耗更低的待机电流并且通常能提供更大的片内存储器。
一个很明显的问题是,为什么不转向16位MCU？答案很简单。采用32位MCU系统的实际成本与当前可提供的许多16位MCU解决方案相当,但性能却比16 位 MCU提高很多。下面简要指出造成这种成本相近的几种原因。
制造工艺
随着半导体制造工艺几何尺寸不断缩小,32位MCU结构变得越来越便宜。芯片几何尺寸减小,引起管芯尺寸变小,从而使每个圆片上可提供更多的管芯。这直接降低了每颗芯片的成本。另外,随着32位MCU的制造工艺减小到0.18μm或0.13μm (而8位MCU一般为0.25μm工艺),能够提高运行速度。例如,大多数8位和16位MCU的正常工作速度低于100MHz,而0.13μm工艺的32位MCU能够比这个速度高出许多倍。
有两个主要原因可以解释为何以较小的工艺尺寸设计8位MCU是不经济有效的。首先,由于8位MCU带宽总体来说不够高,因此工艺尺寸减小所带来的任何速度提高都是无用的。第二,通常8位MCU的价格目标为2美元左右,这个价格太低,无法支持某些更小工艺尺寸的实现。
更小工艺尺寸虽然不适合8位MCU的价格目标,但对32位MCU来说却是个优势,因为减小其工艺尺寸能给适合SOC的一组外围电路留出余量。更重要的是,大约为5美元的价格与16位MCU的价格相当,但性能却产生了飞跃。
编程模式
另外一个与价格有关的考虑是32位MPU结构的编程模式。由于增加了处理器的数据总线位数,还增加了一个由32位数据寄存器和地址寄存器组成的寄存器文件,所以大大提高了编译器的支持能力。另外,32位MCU通常均支持16位和32位操作码,从而增强了指令集结构的灵活性,提高了代码密度,并且使许多操作在单个内核时钟周期内就可完成。
以上两个特点都减少了对手工编制汇编代码的依赖性,因此程序设计师主要使用诸如C语言的高级语言进行编程。基于C语言的编程模式直接降低了开发和维护成本。32位MPU能够将公司现有的应用转变成以前从未想到的MCU环境。
扩展的外围支持
如前所述,MCU在多媒体系统中通常起到系统控制器的作用。它们不适合用于大量的数据处理,这是数字信号处理器（DSP）做的工作。实际上,MCU控制DSP的运行,并且管理人机界面、操作系统和与其它系统组成的连接。
正是这种与外围电路的连接推动了32位MCU的发展,许多广泛应用的外围电路（高速USB2.0、PCI等等）都支持高速率数据传送,但是用8位或16位MCU很难或无法处理这些数据流。例如,在网络连通领域中,如果数据寄存器最大长度为8位或16位,则无法支持全套的网络协议。
