新需求
與其前輩8位MCU的日漸式微相比,16/32位MCU的前途可謂是一片光明。數(shù)據(jù)顯示,自2006年到2011年,全球MCU市場(chǎng)將以4.4%的年均符合增長(zhǎng)率(CAGR)從不到130億美元增長(zhǎng)至160億美元左右?！?位MCU將繼續(xù)保持一定的增長(zhǎng),但增速明顯不及它的后來(lái)者。”邱榮豐說(shuō)。
8位MCU的下滑之路將從2011年正式開(kāi)始——由于嵌入式用途的16/32位MCU正在日益成為主流,從而導(dǎo)致整個(gè)MCU市場(chǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大變化——據(jù)悉,2011～2015年全球MCU市場(chǎng)CAGR為2.8%,市場(chǎng)總量將達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的180億美元。其中32位MCU的表現(xiàn)最為搶眼,年均增速達(dá)到9.6%,2015年時(shí)其市場(chǎng)總量在三者排名中躍至首位。緊隨其后的是16位MCU,年均增速5.3%。與之形成鮮明對(duì)比的是,8位MCU市場(chǎng)將在這五年中每年縮水4.7%,市場(chǎng)總量也從最初的排名第一淪至末位。
16/32位MCU的擴(kuò)張離不開(kāi)嵌入式技術(shù)的推動(dòng),然而隨著嵌入式系統(tǒng)的不斷發(fā)展,其對(duì)MCU技術(shù)也提出了更高的要求:首先,這些日益強(qiáng)大的終端需要有更復(fù)雜的控制、更快的處理速度以及更低的功耗；其次,為了盡可能的縮短開(kāi)發(fā)周期,終端工程師希望在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中能夠充分運(yùn)用到已有產(chǎn)品的設(shè)計(jì)資源；最后,盡管嵌入式系統(tǒng)的演變使得程序的復(fù)雜度日益增加,然而成本控制卻永遠(yuǎn)是需要優(yōu)先考慮的問(wèn)題。
“為了滿(mǎn)足市場(chǎng)需求,我們認(rèn)為應(yīng)該在五個(gè)方面來(lái)對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行改善,分別是:更高的性能、更低的功耗、更高的代碼效率、更高的集成度以及對(duì)既有產(chǎn)品的繼承性。”邱榮豐指出。
新產(chǎn)品將在2009年第二季度與工程師見(jiàn)面。邱榮豐表示,將通過(guò)采用90nm工藝在這些指標(biāo)上得到提高。而瑞薩的設(shè)計(jì)目標(biāo)則是:將最大工作頻率和處理速度提高到200MHz和1.25MIPS/MHz,分別是原有產(chǎn)品的5倍和2倍；此外,代碼執(zhí)行效率也將改善30%；功耗方面,他們希望能將CPU電流降低到現(xiàn)有水平的1/3,即0.03mA/MHz；最后,RX系列還將進(jìn)一步提高集成度來(lái)應(yīng)對(duì)程序增加對(duì)內(nèi)存的需求,將閃存最大容量提高4倍,增至4MB。
RX系列MCU的目標(biāo)指標(biāo)。
新內(nèi)核
新系列將覆蓋瑞薩已有的H8S、H8SX、M16C和R32C四個(gè)系列MCU的應(yīng)用領(lǐng)域。而其所采用的CPU內(nèi)核也同已有的H8/M16C內(nèi)核屬于同一體系架構(gòu)。不過(guò)要達(dá)到上述的設(shè)計(jì)目標(biāo),還需要設(shè)計(jì)訣竅。很顯然CPU內(nèi)核將是其中的關(guān)鍵,事實(shí)上,邱容豐甚至號(hào)稱(chēng),RX CPU將擁有“最高水平的處理性能”以及“最高水平的代碼效率”。
為了實(shí)現(xiàn)200MHz的CISC MCU工作頻率——據(jù)稱(chēng)這是業(yè)界目前的最高水平——設(shè)計(jì)人員進(jìn)行了大量的測(cè)試和分析工作?！白鳛槿蝾^號(hào)MCU供應(yīng)商,我們能夠采集到各種基準(zhǔn)程序和應(yīng)用程序?！鼻駱s豐說(shuō),“基于對(duì)這些程序的測(cè)試結(jié)果,最終確定了16個(gè)32位通用寄存器、能夠兼顧代碼效率與性能的結(jié)構(gòu)?！贝送?瑞薩還減低了現(xiàn)有CPU使用率較高的基本指令(包括基本傳送指令和運(yùn)算指令)的指令周期,并采用內(nèi)置了單精度浮點(diǎn)運(yùn)算器的通用寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)包括數(shù)碼過(guò)濾運(yùn)算、傅立葉運(yùn)算、矢量運(yùn)算在內(nèi)的各種浮點(diǎn)運(yùn)算指令。
新的嵌入式系統(tǒng)需要更多的數(shù)字信號(hào)運(yùn)算能力。為此,RX CPU強(qiáng)化了高速高性能的32位乘法器(32位×32位＝64位)、除法器(32÷32位＝64位)和乘法累加器(32位×32位+80位＝80位)。而為了實(shí)現(xiàn)1.25MIPS/MHz的處理速度,還引入了CISC MCU中較為少見(jiàn)的哈佛結(jié)構(gòu)。
設(shè)計(jì)人員將通過(guò)指令和編譯器兩個(gè)方面的改善來(lái)提高內(nèi)核的代碼效率。已經(jīng)提及的16個(gè)32位通用寄存器是特別適合編譯器的CPU結(jié)構(gòu)。而在指令方面,除了采用可變字節(jié)(8位)長(zhǎng)度的指令集外,還將使用率較高的指令(包括傳送、轉(zhuǎn)移、比較、加減法以及移位等)賦予了短指令代碼。值得一提的還有新增的3個(gè)操作數(shù)指令格式和適合矩陣、指針運(yùn)算的尋址方法。前者包括ADD、SUB、AND、OR和MULU,后者則包括變質(zhì)寄存器間接尋址、后增寄存器尋址以及先減寄存器尋址?！案叩男室馕吨俚膬?nèi)存需求?！鼻駱s豐說(shuō),“工程師將能夠選用更少內(nèi)存的MCU,這將有利于系統(tǒng)成本的進(jìn)一步降低?！?p>
最后要談到的是電流、集成度以及繼承性:首先,新開(kāi)發(fā)的90nm低漏泄/低工作電流工藝使得在MCU內(nèi)置大容量閃存和豐富的外圍功能成為可能；其次,搭配邏輯和電路方式的優(yōu)化后,這種工藝還將也有利于CPU消費(fèi)電流的進(jìn)一步降低；由于能夠支持?jǐn)?shù)據(jù)的Bi-Endian和Endian變換指令,新內(nèi)核還可繼承現(xiàn)有產(chǎn)品的數(shù)據(jù)存取(M16C為little-Endian,H8S為Big-Endian)。此外,瑞薩還為新系列MCU配備了繼承M16C/R32C、H8S/H8SX的軟件工具。
作者:王彥
（電子工程專(zhuān)輯）
