灵活的MCU架构实现产品的轻松升级

只看该作者 · 2018-10-13 15:49

灵活的MCU架构实现产品的轻松升级

随着市场竞争的日益激烈，如何使新产品更快投入市场，成为工程设计人员越来越关注的问题。在推出满足更高性能需求的升级产品时，原有设计的灵活性成为了关键。高度灵活的设计可以有效缩短设计周期，使新产品快速进入市场，还可以实现投入最小化，从而获得更高的利润。

兼容性降低升级投入

升级产品往往应具有更高的性能、集成度、更低的功耗和更丰富的外设。如何以最少的投入满足这些新的需求呢？如果新产品的设计可以充分利用现有外围设备的知识产权（IP），那么在现有产品上的投资在移植时就会得到保持，外围设备驱动软件仍可以继续发挥作用。

以设计的核心器件MCU为例，基于8位MCU的低端产品若能和升级后、基于16位或32位器件的新产品采用相同的开发环境，将大大降低投入并显著缩短开发时间。

Freescale 的“控制器联合体（Controller Continuum）”就是一个兼容8位和32位架构的MCU产品路线图。Controller Continuum通过采用通用的外围设备、工具和软件，为各种消费和工业MCU系列产品提供了环环相扣的兼容性。

灵活的MCU架构

MCU全面的兼容性体现在芯片引脚、外设接口和开发工具等方方面面。如果能消除比特位界限，就可使8位MCU轻松地与更高性能的32位MCU进行相互移植。设计人员可以利用8位和32位器件共用的软件和硬件开发工具开发新的应用，并且随着产品的成熟，更加轻松地升级为下一代产品。

图1 Controller Continuum产品线路图

以Controller Continuum为例，它共包含8位的RS08、S08和32位的ColdFire V1～V4六款内核。如图1所示，基于S08和ColdFire V1内核的Flexis系列是Controller Continuum的连接点。

S08是适合电池供电设备的高速低功耗内核，RS08是S08内核的精简版，为闪存16Kb以下和引脚较少的设备而设计。ColdFire V1利用了V2架构所具有的双级取指令管线和双级操作数执行管线。同时，V1内核采用S08总线结构，为实现32位性能提供了理想的切入点。向上兼容其他所有ColdFire内核的能力保证设计可以升级到更高的性能。

全面的兼容性

基于ColdFire V1内核的MCU采用与基于S08架构的产品相同的外围模块和开发工具，同时也提供向上兼容性，有效简化应用设计。表1对基于S08和ColdFire V1的Flexis系列CPU操作模式的主要特性进行了比较。下面将以该系列为例介绍Controller Continuum所提供的全面的兼容性。

1 芯片引脚

ColdFire V1内核采用S08单引脚后台调试模块（BDM）来实现封装引脚兼容性。新版本的调试接口实现了用于实现BDM可读迹线功能的缓冲器，同时保持了最小的处理器开销。

后台调试模式（BDM）曾是保持相同引脚数的困难之一。传统ColdFire中的BDM是采用三针串行接口（时钟、数据输入、数据输出）实现的，还用第四根针来提供断点功能。这种BDM支持连续插入读/写寄存器和读/写内存命令的功能，还可以运行和停止处理器等。由于S08用于更低端应用中，引脚数也非常有限，所以传统ColdFire内核的调试功能被重新映像到针对V1的单引脚接口上，与S08完全一致。

表1 S08和ColdFire V1内核CPU模式对比

2 开发工具

8位到32位过渡的最大挑战是开发工具。主要的开发工具必须是可互换的，并且在移植到32位时，要给8位用户提供同样简洁的外观和感觉。CodeWarrior集成开发环境能支持Freescale 8位和32位微控制器的软件开发。采用最新版本的CodeWarrior，用户可以用完全相同的工具、连接线和CodeWarrior工具，直接将S08拿掉并用ColdFire V1内核替换。用户只需轻点几下鼠标，简单地重新编译一下用C语言开发的代码即可。

如果利用集成到CodeWarrior工具套件内的快速应用开发工具Processor Expert的帮助，设计者还能进一步加快应用的开发。Processor Expert的核心是它的专家知识库，它可以让图形界面只提供有效的选择，并且能够迅速指明潜在的资源冲突，使开发人员在初始设计阶段就能解决此类问题。

3 外围设备

V1内核具有到S08外设和紧耦合32位本地存储器（闪存和SRAM）的标准化8位总线，从而能够使用类似的外围与存储模块。

4 同时满足低功耗需求

以Flexis系列为例，采用它们进行设计可以实现整个最终产品系列功耗的最小化，也无须为更高性能和更丰富的外设重新设计，特别适合成本敏感的应用。V1内核采用了先进的低电压、低功率流程，不管是在待机还是运行模式下都能提供一个功耗极低的32位MCU。此外，凭借其高功率密度可创建很多新的应用。

由于ColdFire V1 MCU具有高达S08器件10倍的性能，因此有可能在某个应用中大幅提高产品的性能而不必提高频率。对于那些对EMC敏感的应用，如家电电器，这将是一个重要的优势。

如Freescale Controller Continuum的高度灵活的升级路线使得消费和工业产品拓展到新的市场不再需要大量的重复投入和开发资源。如果最新进入市场的是基于8位MCU的低端产品，则可利用Controller Continuum的无缝兼容性使用同一开发工具设计面向该市场的高性能升级产品。例如，从家庭用腕式血压表升级到医用血压表，从网络摄像头升级到安全监控摄像头。得益于其全面的兼容性，Controller Continuum将使工程设计人员在进行医疗设备和监控、PoS、计量和消费电子等应用的升级时更加轻松，同时节省设计时间和成本，使得新产品更快进入市场，更具竞争优势。