忘掉關于32位和64位處理器的營銷炒作; 8位微控制器規則。根據Cahners的In-Stat Group的數據，今年8位微控制器的銷售收入將達到48億美元，遠高于預期的36億美元和16和32億美元的銷售收入4.52億美元比特處理器。當您將這些美元轉換為出貨單位時，由于8位設備的平均售價較低，這些數字會更加夸大。 (In-Stat報告還指出，到2001年，16位器件的出貨量將超過8位。)但不僅僅是較低的器件成本使得8位微處理器受歡迎;它們的相關開發工具也更便宜，而且8位設備更易于使用。半導體供應商正致力于為其8位產品注入新的活力。此步驟提供了擴展空間性能，并允許設計工程師發現使用8位微控制器的新方法。

我通過向每個微控制器供應商展示調查開始研究本文。本次調查的目的是在您使用8位微控制器規劃下一個嵌入式應用程序的設計時為您提供一些彈藥。在收到調查結果后，我淘汰了營銷宣傳，為您提供有用的信息和有用的提示。

調查中的第一個也許是最重要的問題涉及價格問題。我向15位微控制器供應商詢問了有關其成本最低的8位器件的信息(表1)。首先要注意的是，當你談價格，特別是大量銷售的單位的價格時，它就變成了游戲。

正如一位供應商所說：“為什么我要發布我的最優惠價格，以便讓我的小批量客戶瘋狂地試圖獲得它?這會讓那些沒有理由在下次與我們討價還價的買家我們在。“本聲明解釋了為什么表1中的單位數量在10,000到100萬之間。

另一個值得注意的有趣點是你可以得到你付出的代價。 Zilog的Z8E000(表中成本最低的設備)的功能與外圍封裝的飛利浦'P87LPC762BN或摩托羅拉的MC68HC908GP32(圖1)無法比較。雖然飛利浦設備的成本是Zilog的三倍，但請記住，當您坐在談判桌旁時價格會發生變化。

Flash不會在閃存中發生

內存是任何嵌入式系統設計中最重要的方面之一。許多使用8位微控制器的嵌入式系統依賴于不斷改進的工藝技術，以更低的成本增加片上存儲器的數量。

對于半導體制造商而言，ROM工藝的復雜性最低，硅加工成本最低。盡管ROM對于大批量的穩定應用非常有用，但是一次性可編程(OTP)存儲器有利于更小批量的應用，因為系統制造商可以將這些存儲器作為標準產品購買。 OTP允許您通過使用未使用的內存位置來執行最少量的現場升級。除了更昂貴的EEPROM之外，閃存提供了最大的靈活性，但它有其局限性，例如成本和編程緩慢。由于系統內重新編程所需的系統復雜性增加，閃存的靈活性也帶來了挑戰。例如，您必須設計系統以適應異常情況，例如在現場升級期間丟失調制解調器連接或電源。

調查中的第二個問題詢問了微控制器供應商他們的內存選項和策略。從調查結果可以清楚地看出，閃存已成為大多數供應商的焦點，因為他們決定如何降低成本和增加密度。

日立聲稱其閃存技術已經成熟，可以趕上其嵌入式產品。 -EPROM價格。因此，該公司正在用基于閃存的設備取代其舊的基于EPROM的微控制器，為8位微控制器提供高達60千字節的閃存。此外，日立已經用閃存取代了OTP控制器。 NEC采取了同樣的措施，盡管它表明掩模ROM將是幾年來最具成本效益的選擇。該公司還在其8位器件中提供高達60千字節的ROM。 Atmel是閃存的另一個堅定支持者，聲稱其基于閃存的8051和AVR微控制器以掩模ROM價格提供。

摩托羅拉也意識到閃存是許多8位系統設計人員不斷增長的需求并與AMD的研究和開發合作，以降低技術成本。除制造成本外，另一個關鍵閃存問題是編程成本。摩托羅拉基于閃存的HC08包括Flashwire，這是一種單線通信方法，允許您在沒有特殊模式或高電壓的情況下快速編程生產線，只需V DD 。摩托羅拉68HC908GP32上的第二代閃存程序至少為2毫秒，為64字節。此外，該工藝技術支持多達10,000個擦除周期。

雖然東芝相信閃存的價值，但它是少數幾家缺乏基于閃存的產品的8位供應商之一。該公司計劃在2000年前提供片上閃存，并將使用單片或“批量可擦除”方法來減小芯片尺寸。但是，東芝認為其掩模ROM器件將成為支持96千字節和更大ROM的主要存儲器類型。英飛凌還得出結論，掩模ROM將主導其基于8051的微控制器。該公司承認閃存工藝(包括良率問題)的成本遠高于相同數量的ROM。

Microchip宣稱其可遷移內存技術可提供其等效ROM，OTP之間的插槽和軟件兼容性，和閃存微控制器。可移植存儲器技術意味著Microchip在公司的0.7μm工藝中使用與ROM，OTP和閃存中的邏輯晶體管相同的電氣規范。

Microchip抱怨閃存編程時間為10毫秒每個細胞的EPROM為10?sec。制造商必須具有遠大于OTP設備所需功能的批量編程能力。此外，在小型閃存陣列中，設計無法分攤行和列解碼所需的額外邏輯。

如果您需要的內存超過計劃使用的微控制器上的可用內存，則可以擴展微控制器使用擴展芯片的能力。例如，Waferscale基于閃存的PSD8XXF IC提供各種外部存儲器和邏輯組合。這些IC提供256千字節的閃存，可選的第二個32千字節的閃存或EEPROM陣列，多達8千字的SRAM，一個3000門的CPLD和額外的I/O. PSD8XXF具有內置接口，您可以將其配置為與任何8位CISC微控制器配合使用，包括具有突發和頁面架構的微控制器。 JTAG端口提供首次編程和后續的現場更新。

周邊視覺增強了8位設備

在8位微控制器的世界中，供應商提供的集成外設類型可以在成功設計和不成功設計之間產生重大影響。雖然某些外設(如定時器和基本串行端口)是大多數設備的標準配置，但每個供應商通常都會提供具有特殊功能的微控制器。許多供應商推薦他們的模擬/數字轉換器，許多應用需要。例如，Atmel，Infineon，Toshiba和其他公司提供快速10位ADC。英飛凌聲稱轉換時間低至6?sec，在0至5V工作時精度在5至10 mV之間。 Microchip聲稱是唯一一家在8位微控制器上提供12位分辨率ADC的供應商;其PIC16C770和PIC16C771器件采用20引腳封裝，提供此功能。

另一種流行的外設是控制器局域網(CAN)接口。 Dallas Semiconductor為其基于8051的微控制器提供雙CAN接口。此功能允許芯片充當大型CAN網絡中的橋接器。它的接口還支持DeviceNet，一種高級CAN協議。英飛凌的CAN接口提供了CAN 2.0B規范的所有功能。許多其他供應商，包括Microchip，摩托羅拉和意法半導體，也提供CAN控制器。

賽普拉斯半導體的8位產品以通用串行總線(USB)接口為中心。該公司提供低端CY7CXXXX和EZ-USB(該公司收購AnchorChips的結果)。對于1.5 Mbps USB應用，CY7CXXXX采用賽普拉斯開發的8位架構，為人機接口設備(HID)市場提供服務，包括鼠標，鍵盤和操縱桿。對于需要完整12 Mbps的USB應用，賽普拉斯將此接口與24-MHz 8051內核(基于RAM的EZ-USB)相結合。該系列包含一個智能USB內核，可從8051中卸載90%的USB任務。該公司已設計出三種加載8051固件的方法。一種有趣且獨特的方式允許您在上電或計算期間通過USB端口下載8051固件。英飛凌，意法半導體等公司也擁有USB外設。與賽普拉斯的產品類似，英飛凌的USB接口支持全速和低速USB通信。

另一個有趣的轉折涉及8位設備，允許您動態創建自己的外圍設備。一個例子是來自Triscend的基于8051的FastChip，它允許您將其庫中的外圍模塊放置在專用處理器內核周圍，并將新設計安裝在Triscend的FPGA類芯片中。 Scenix Semiconductor還允許您動態創建外設，并提供虛擬外設方法，以便在軟件而非硬件中實現外設功能。 Scenix提供虛擬外設模塊，包括UART，多功能I 2 C功能，以及雙音多頻檢測。 Scenix還提供虛擬外圍網絡連接協議棧，可直接訪問互聯網。

行業分析公司Forward Concepts總裁Will Strauss表示，Scenix微控制器“似乎有能力做所有的Net協議功能，提供物理接口，并且仍然運行一個應用程序，“雖然施特勞斯說他沒有證實這個事實。 SX堆棧可以與任何Web瀏覽器通信，并允許您接收和傳輸電子郵件。該堆棧包括帶有傳輸控制協議/Internet協議的物理接口層，使系統設計人員無需外部物理訪問芯片或網關PC即可生成嵌入式Internet設備。

真正的SOC

雖然今年的“嗡嗡聲”是“芯片系統”(SOC)，但半導體營銷人員卻設法誤解了這個術語的含義。對某些人來說，將一些功能拋到與處理器內核相同的芯片上構成SOC。在8位世界中，成本幾乎占據了一切，“片上系統”是一個字面的術語。除了降低成本外，SOC的其他副產品還包括降低電路板空間，降低功耗和EMI，以及提高可靠性。為了利用這些特性，供應商通常會在芯片上放置整個系統，除了少量電阻器和電容器，電源和連接器。一些半導體供應商提出了他們對SOC是什么以及他們的產品如何幫助您降低系統成本和提供其他好處的觀點。

系統成本取決于很多因素。您可以通過在I/O引腳上放置可編程上拉電阻來最小化或消除外部元件，以幫助消除外部電阻，這也消除了將它們焊接到電路板上的成本。摩托羅拉，意法半導體等公司在I/O引腳上提供高電流吸收和源功能，可幫助您消除對外部驅動器的需求。一個8位器件還應具有相鄰的V DD 和V SS 引腳更容易連接旁路電容器。

這些器件還應集成可編程低壓復位電路，以消除使用外部監控電路的25美分或更高成本，并防止系統因線路而導致鎖定 - 電壓欠壓條件。摩托羅拉的HC08具有雙重可選低壓接口，允許您在3或5V系統中使用它們。意法半導體提供三級低電源電壓檢測。 Microchip提供可編程低壓檢測，允許您通過軟件在系統級選擇低壓檢測范圍。 Dallas Semiconductor實現了電源失效復位/中斷功能，允許微控制器在電源故障期間執行受控關斷;當微控制器檢測到電源故障并采取適當措施時，它會中斷所有處理器操作。

對于高速設計，PLL時鐘電路允許您使用更具成本效益的振蕩器。例如，Motorola 68HC908GP32上的低成本32 kHz晶振可以產生一個工作頻率高達32 MHz的內部時鐘;此功能還可以大大降低EMI。摩托羅拉的一些器件具有簡單的RC振蕩器，成本更低，而且它的一些新器件具有可編程內部振蕩器，具有±2%精度的微調。 68HC908GP32的PLL還集成了一個可編程時基模塊，允許器件在不使用外部電路的情況下從停止模式喚醒。將時基模塊與晶體結合使用，您還可以以最小的軟件開銷實現實時時鐘。每秒一個中斷允許設備更新軟件時鐘和日歷。此功能有助于在數據記錄和用戶界面應用程序中消除外部時鐘芯片的使用。與此同時，Dallas Semiconductor以其內部實時時鐘而聞名，可簡化軟件開銷并釋放專用端口引腳。

STMicroelectronics提供內部備用RC振蕩器，可在外部振蕩器發生故障時自動接管。該公司與Hitachi和NEC一起提供多個振蕩器輸入，允許您根據應用需求切換處理器速度。

許多設計的另一個重要組成部分是8位微控制器的內部延遲和支持上電排序的電路，無需外部監控電路。不要忘記許多8位微控制器支持的看門狗;在軟件出現故障或發生雜散噪聲條件后讓系統恢復至關重要。您可以通過多種方式實現高抗噪性;例如，意法半導體使用片上鉗位二極管來保護每個引腳。

8位系統設計的世界幾乎沒有留下邋and和鋪張浪費的空間。片上存儲器的每個字節都至關重要。關鍵任務外圍設備的功能和可用性可以在成功的設計中發揮重要作用。將這些標準與提高性能和降低功耗的需求相結合，很容易看出8位處理器供應商為他們做了工作。

當尺寸(和性能)重要時

一些供應商會告訴您，在8位世界中，微控制器內核占據了外圍設備的后座。其他人則認為性能更重要，因為這是阻礙設計人員跳轉到16位或32位產品的因素之一。 (直到EDN嵌入式微處理器基準聯盟提供基準測試，您無法公平地比較微控制器的性能。)各種供應商向EDN提供了有關處理器內核的意見和事實用于他們的8位微控制器。

摩托羅拉認為，大多數低端8位應用程序都需要幾乎所有8位內核都能提供的性能。然而，要求更高的應用程序需要更高的性能，摩托羅拉希望EEMBC基準測試有助于分析“更強大”的8位控制器。 68HC05適用于更簡單的功能，例如在I/O引腳上生成50 kHz波形用于遠程控制，但您需要HC08或HC11的性能才能達到更高的頻率。另一方面，當您以1.8V運行HC08以節省功率時，您必須降低控制器的性能。為了解決這個問題，摩托羅拉設計了一個遙控定時器作為其RC微控制器系列的一部分。

NEC的觀點略有不同。其低端8位微處理器具有硬件乘法/除法，位/半字節操作，多個寄存器組和1字節調用指令。該核心工作頻率為8 MHz，可提供256納秒的指令時間，NEC聲稱可滿足大多數性能需求。

日立認為CPU核心在器件選擇中起著重要作用，因為它會影響功耗，代碼大小，性能和編程能力。有趣的是，性能和架構效率在較低的工作頻率下更為重要，因為每個時鐘都很重要。換句話說，對于每個周期，CPU必須完成盡可能多的工作。日立公司的H8微控制器在兩個時鐘周期內執行超過50%的指令。

Microchip認為快速CPU通過提供對外設的更快響應，使外設更高效。例如，如果串行端口以1.2 Mbps運行，它將以8.3?秒的速率接收和發送8位數據。為了保持系統的吞吐量，CPU響應時間必須大約為8?sec，以產生25?sec的響應時間。東芝TLCS-870和TLCS-870/X架構的寄存器組體現了可加速CPU響應的微控制器。或者，在控制應用中，更快的CPU內核可以更快速地計算復雜的方程，并使外設(通常是PWM輸出)能夠更快地響應輸出的變化。 Microchip的PICmicro架構支持單周期執行指令，該公司聲稱其性能優于68HC05的2.3倍。但是，該數字并未考慮指令效率。它需要的不僅僅是Dhrystone基準來證明這一事實。

性能高于功耗

為了滿足實時應用的要求，CPU必須提供時間關鍵任務的確定性執行，用于中斷處理和子程序操作的獨立堆棧，以及自動上下文 - 保存中斷。當Scenix SX28AC100以100 MHz運行時，以20 nsec/指令的恒定速率執行的高效指令集有助于提供確定性的任務執行。此外，SX28AC100的中斷響應時間為60 ns，有助于縮短執行調度和上下文切換所需的時間。 Scenix聲稱您不需要基準來比較其設備，因為該公司不涉及多市場應用程序。另一方面，這種立場使得很難驗證有關性能的聲明。

關于其8位微控制器，STMicroelectronics建議復雜應用還依賴于諸如多種間接尋址模式，附加索引和通用寄存器，用戶可重映射的中斷向量，嵌套中斷和經過深思熟慮的指令集。

Atmel表示，實現高性能8位微控制器的技巧之一就是使用現代而不是20年的建筑。 (很抱歉，8051!)該公司的AVR是RISC內核，具有單周期執行功能，可以處理多達8 Mbits。 Atmel聲稱AVR是市場上速度最快的8位微控制器核心，但尚未使用行業標準基準驗證該聲明。

Atmel和其他幾十家供應商將基于8051的設備銷售到低端應用程序中。大多數供應商都認為，這種架構的價值在于設計人員熟悉架構和各種可用工具。飛利浦半導體是一家8051供應商，也致力于降低EMC和功耗。該公司的新型C51 +內核提供了一個低功耗，靜態內核，與傳統的C51器件相比，每個機器周期的效率提高了6個時鐘，而傳統的C51器件采用12個時鐘內核。 Dallas Semiconductor還重新設計了“舊的”8051內核，并提供運行速度比原來快三倍的設備。