| 清華大學(xué)Motorola單片機應(yīng)用開發(fā)中心 邵貝貝 “8位單片機對我的應(yīng)用來說足夠好了。”另一個聲音是：“有更好的32位機,又不貴,為什么不用呢？”觀念正在變化,市場需求在發(fā)展。冰箱用上了DSP,汽車電子全面走向32位,通信相關(guān)產(chǎn)品本來就是32位處理器的天下。國內(nèi)單片機應(yīng)用的開發(fā)大軍已經(jīng)開始把目光投向32位嵌入式產(chǎn)品的開發(fā)。 32位嵌入式處理器一般都可以通過JTAG接口調(diào)試,不需要使用仿真器,幾乎不需要什么開發(fā)環(huán)境方面的硬件投入。而軟件的開發(fā)則應(yīng)以C語言為主。如果能配上嵌入式實時操作系統(tǒng)(RTOS）,則如虎添翼。根據(jù)不同的應(yīng)用,RTOS的價格可以從50美元到3萬美元不等。 目前,ARM系列32位處理器在低功耗移動通信設(shè)備方面占有絕對優(yōu)勢。Power PC為核心的單片機則用在非便攜的通信設(shè)備上。Motorola傳統(tǒng)的M683××系列以及RISC級CPU ColdFire主要用在工控與汽車電子方面。NEC、HITACHI、EPSON也有各自的32位處理器產(chǎn)品。值得注意的是,系統(tǒng)芯片(SoC)技術(shù)使應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)越來越傾向于以32位CPU為核心,設(shè)計一個專用芯片來實現(xiàn)SoC。 M.Core 是Motorola 的一款RISC級低功耗CPU,性能優(yōu)于ARM7。以M200系列為例,在1.8V 供電,33MHz主頻下,可達31.4MIPs,功耗僅13.6mW。M.Core 僅用了8萬個晶體管, 0.25mm工藝下面積只有1.1mm2,成本低。M.Core 有較高的碼密度和編程效率,應(yīng)用程序比其他32位CPU少占用約30%存儲空間。以M.Core 為CPU的MMC2107單片機集成了8K SRAM,128K FLASH, 8路10位A/D 以及SCI、PWM、定時器等。此外還有2103、2111等產(chǎn)品。 目前流行的諸多32位嵌入式處理器,尚無一款是中國人自己的�？上驳氖�,蘇州成立的“國芯公司”,擬在研究和消化Motorola 的低功耗32位M.Core的基礎(chǔ)上,設(shè)計有中國人自己知識產(chǎn)權(quán)的“中國芯”——C.Core。屆時,國人就真的在32位嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域“占有一席之地”了。（中芯微系統(tǒng)公司7月10日已發(fā)布了改位Arca嵌入式芯片,見另報道——編者）。 Infineon(澳洲)有限公司 陳騏 在汽車電子控制部分的設(shè)計中,無論是從支持新的設(shè)計方法和開發(fā)工具的角度,還是從微控制器本身的功能出發(fā),都對新一代微控制器提出了挑戰(zhàn)。有鑒于此,汽車半導(dǎo)體器件生產(chǎn)廠家之一——億恒科技(Infineon )已經(jīng)并計劃在今后兩年內(nèi),陸續(xù)推出一系列32位的AUDO微控制器系列,以滿足下一代汽車中發(fā)動機動力系統(tǒng)、安全系統(tǒng)及車身系統(tǒng)等各種嵌入式控制系統(tǒng)應(yīng)用的需求,其中第一個成員TC-1775業(yè)已問世。 AUDO-TC1775的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。它的設(shè)計中心是圍繞著如何實現(xiàn)汽車中各電子控制系統(tǒng)的高實時性,同時又兼顧到這些系統(tǒng)開發(fā)過程中各個環(huán)節(jié)的特點。其核心部分是Infineon的Tricore內(nèi)核。系統(tǒng)的應(yīng)用軟件的開發(fā)主要是基于它進行的,而驅(qū)動器程序的執(zhí)行是圍繞著獨立的片內(nèi)外設(shè)控制器(PCP),并由各片內(nèi)外設(shè)來完成與時間有關(guān)的任務(wù)控制、與外部模擬信號和各種接口相連接等其它任務(wù)。 Tricore是業(yè)界第一個具有統(tǒng)一的32位MCU-DSP結(jié)構(gòu)的微控制器核心,集合了普通微控制器的高實時性、RISC處理器“裝載/存儲(load/store)”結(jié)構(gòu)的高性價比以及DSP結(jié)構(gòu)的高數(shù)據(jù)處理能力為一體。其指令集結(jié)構(gòu)(ISA)支持統(tǒng)一的32位地址空間及多個指令流水線同時運作的超級標量結(jié)構(gòu),并使它能適用于多種不同應(yīng)用。這種實施和系統(tǒng)層次上的靈活性,可以讓設(shè)計者及時地控制系統(tǒng)性能和成本之間的平衡。 AUDO結(jié)構(gòu)上層次分明,這樣很容易將它定義在正確的抽象層上,然后可以在不同的領(lǐng)域內(nèi)(如A/D、熱學(xué)/機械學(xué)等)對嵌入式系統(tǒng)進行各種仿真和性能分析。這支持了新一代系統(tǒng)設(shè)計中日益普及的“虛擬樣機”的概念。 下面將部分介紹AUDO及Tricore內(nèi)核的主要功能和特點： 數(shù)據(jù)類型：汽車應(yīng)用系統(tǒng)的軟件中需支持各種的數(shù)據(jù)類型,微控制器必須有效地對它們進行管理以減少數(shù)據(jù)和代碼的長度。Tricore指令集支持的操作類型有：布爾、位、字符、帶符號的分數(shù)、地址、帶或不帶符號的整數(shù)及單精度的浮點數(shù)。 算術(shù)和DSP性能：隨著汽車控制系統(tǒng)功能的日趨復(fù)雜,許多控制策略中對DSP計算的要求也越來越迫切。除了普通與狀態(tài)機、查表及通訊協(xié)議有關(guān)的基本操作之外,高速執(zhí)行器的魯棒控制及運用在電磁閥、交流感應(yīng)電機、汽車動態(tài)控制等方面的閉環(huán)自適應(yīng)控制方案的日趨普及,也帶來大量的DSP運算。此外,汽車系統(tǒng)中的傳感器輸入也在不斷地增加。有些應(yīng)用中(例如加速度表等),傳感器的輸入信號采樣后必須經(jīng)過一定的DSP如濾波、頻譜分析等,才可以傳輸?shù)较到y(tǒng)控制器中去。 Tricore具有強大的DSP功能,這在提高汽車的駕駛特性、減少油耗和污染排放等方面是至關(guān)重要的。 浮點運算：在汽車各系統(tǒng)設(shè)計中,新的設(shè)計方法和控制策略對浮點計算能力的要求大增,主要原因是隨著新的仿真工具和代碼自動生成器的出現(xiàn),系統(tǒng)工程師將精力從程序的編寫和實施轉(zhuǎn)移到控制策略的設(shè)計和算法的優(yōu)化上,給系統(tǒng)控制策略從傳統(tǒng)的影射控制向魯棒和自適應(yīng)控制等方向轉(zhuǎn)化創(chuàng)造了條件。在影射控制方法中,浮點數(shù)僅用在非線性表達式的內(nèi)插和賦值等運算中,而在魯棒和自適應(yīng)控制等方案中,浮點數(shù)的使用則可以極大地減少矩陣和矢量的操作,從而增加系統(tǒng)的計算效率。 理想的浮點數(shù)運算單元(FPU)需通過浮點乘和加指令有效地支持矩陣和矢量運算,并減少上下文切換造成的軟件開銷。將一個浮點單元增加到非浮點內(nèi)核中去的方法有幾種,Tricore中所采用的方案是將具有自己獨立的寄存器的浮點協(xié)處理器緊密地與內(nèi)核耦合,這既縮短了浮點運算所耗費的周期,也不需在FPU的設(shè)計上花太大的精力。 片內(nèi)外設(shè)：AUDO中的片內(nèi)外設(shè)通過統(tǒng)一的內(nèi)部總線與CPU、片上存儲器和外設(shè)控制器建立通訊聯(lián)系;另一方面,這些片內(nèi)外設(shè)和存儲器又通過一個統(tǒng)一的外部總線單元與外部器件(如外部存儲器或外設(shè))聯(lián)系,該外部總線在復(fù)用或非復(fù)用地址/數(shù)據(jù)總線的情況下均支持各種外部存儲器類型。例如,TC1775中集成了許多發(fā)動機控制單元中常用到的外設(shè)模塊,包括功能強大的通用定時器和PWM模塊;高精度的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊;各種高速同步/異步串行口;汽車行業(yè)內(nèi)被廣泛用來進行內(nèi)部通訊的控制器局部網(wǎng)(CAN)/J1850模塊;通過JTAG接口進行系統(tǒng)調(diào)試的片上調(diào)試模塊;高效的芯片功耗管理模塊;靈活的時鐘生成單元等等。這些外設(shè)模塊的引入,既符合行業(yè)內(nèi)SoC的趨勢,又加強了AUDO對各種汽車電子控制應(yīng)用的支持 |
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