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PHILIPS公司32位FLASH MCU的優(yōu)勢

作者: 時間:2004-12-10 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

國際半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計(jì)顯示,8位芯片仍然占據(jù)著微處理器市場56%的銷量和40%的銷售額。最流行的8INTEL架構(gòu)的8051芯片平均每年銷售33億片-大約是32PC微處理器銷量的30倍。甚至最早于1971年面世的低端4位芯片的銷量也只比它們的最高銷量低15%。嵌入式系統(tǒng)開發(fā)者仍然在使用這些芯片,因?yàn)樗鼈兙哂袠O低的價格、微功耗以及小的體積,可以為幾乎任何應(yīng)用增加智能化。

為了用功能更強(qiáng)大的器件取代8位和16位微控制器,半導(dǎo)體發(fā)布了基于ARM732的新產(chǎn)品線。知道以其自身的條件無法擊敗最小的,但相信這樣一個以較小尺寸制造的、具有額外性能的32可以使一些開發(fā)者拋棄他們節(jié)儉的習(xí)慣。為了使吸引力更強(qiáng),PHILIPS以特別的0.18微米COMS工藝制造新的MCU,它提供了內(nèi)嵌的存儲器。

PHILIPS新的LPC2100系列所有MCU都使用包含16Thumb指令、調(diào)試擴(kuò)展(包含實(shí)時監(jiān)視、實(shí)時跟蹤和EmbeddedICE)和32位乘法器的ARM7TDMI-S內(nèi)核。ARM7-具有簡單的3級流水線和馮諾依曼結(jié)構(gòu)-是最小的32RISC內(nèi)核,業(yè)界對其提供了廣泛的支持。雖然具有31000個門的ARM7TDMI-S內(nèi)核在規(guī)模上相當(dāng)于80C51(具有大約9500個門)的3倍,但在使用0.18微米工藝時,這一差別并不明顯。使用0.18微米工藝可以在1mm2的面積內(nèi)集成10萬個門,而SRAM單元只占用4.65μm2。當(dāng)處理器核與外圍功能以及片內(nèi)存儲器集成在一起時,這一差別就更小了。在一個要求連接網(wǎng)絡(luò)(一個越來越普遍的功能)的嵌入式系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)媒體訪問控制器需要6萬到9萬個門。同樣,任何有用數(shù)量的片內(nèi)SRAM都有可能使處理器占用的硅片面積減小。

為了降低成本和功耗,PHILIPS使用0.18微米工藝制造LPC2100芯片,它在1.8V操作電壓下可達(dá)到60MHz頻率。PHILIPS宣稱它在業(yè)界率先采用了具有嵌入式存儲器的0.18微米CMOS工藝。零等待狀態(tài)FLASH基于兩晶體管單元,其訪問時間在50ns之內(nèi)。它通過一條非常寬的128位接口與處理器相連。這使處理器可以一次讀取4個字,從而消除了一般FLASH讀取時的等待時間。FLASH控制器還可執(zhí)行智能的預(yù)取指緩沖,這樣當(dāng)處理器必須處理器中斷服務(wù)程序時,保存在FLASH存儲器中的指令立即可用。PHILIPS提供一個FLASH裝載程序,它可通過一個串口下載用戶程序并在現(xiàn)場升級系統(tǒng)。

供貨

迄今為止,LPC2100系列所有器件都帶有128K嵌入式FLASH,但將來的芯片將會提供小到64K,大到1MBFLASH存儲器。PHILIPS在今年晚些時候會提供具有256K FLASH的芯片,計(jì)劃到2004年以更小的0.13微米工藝生產(chǎn)具有1MB FLASH的芯片。

LPC2100系列成員在SRAM的數(shù)量上有較大差別。LPC2104, LPC2105LPC2106分別具有16K, 32K64K SRAM。較大的片內(nèi)存儲器使LPC2105LPC2106更適合于處理協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。PHILIPS表示將來這一系列的芯片將增加以太網(wǎng)、USB802.11、CAN以及A/D轉(zhuǎn)換等邏輯。

集成FLASH的兩種方法

PHILIPS不是第一家生產(chǎn)基于ARMMCU,它甚至不是第一家集成FLASH存儲器的Atmel、HynixOki都提供基于ARM7TDMI-S內(nèi)核的帶有FLASHMCU,而且所有這些廠商的器件都比PHILIPS MCUFLASH容量更大。最強(qiáng)大的競爭對手是Atmel,它的AT91系列就有4款這樣的芯片-有些具有2MBFLASH,16倍于現(xiàn)有的PHILIPS LPC2100系列器件。Atmel MCU傾向于具有更多的SRAM,其中兩款的時鐘速度高于PHILIPS的芯片。

但是Atmel、Hynix、OkiPHILIPS所生產(chǎn)的基于ARM7MCU具有一個重要的區(qū)別,那就是:只有PHILIPSHynixFLASH存儲器與處理器核集成在同一個管芯當(dāng)中,AtmelOki將一個單獨(dú)的FLASH芯片與處理器集成在一個多芯片封裝當(dāng)中。很自然,這對存儲器性能、封裝大小、功耗以及價格有著很重要的影響。

AtmelMCU當(dāng)中,FLASH 接口的寬度只有32位,而不是PHILIPS128位寬度。訪問時間大約110ns,只有PHILIPS FLASH存儲器速度的一半。一個后果就是,AtmelMCU只有在執(zhí)行SRAM,而不是FLASH中的代碼時才能發(fā)揮其完全的性能。而PHILIPS MCU執(zhí)行零等待FLASH存儲器中的程序卻不會有性能上的損失。OkiMCU速度更慢,因?yàn)檫B接處理器與FLASH存儲器的多芯片接口只有16位寬度。雖然HynixFLASH與處理器核嵌入在同一個芯片當(dāng)中,但它也使用了16位接口。Hynix FLASH存儲器的訪問時間大約為90ns-只有PHILIPS MCU速度的一半。

PHILIPS0.18微米嵌入式FLASH工藝的另一個優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了較小的芯片,這樣不但降低了功耗,減小了封裝尺寸,而且降低了成本。PHILIPS MCU的尺寸只有77 mm,比最接近的對手Atmel1010mm AT91FR4042AT91FR40162的尺寸小了一半。OkiML67Q400x/500器件的尺寸是同類器件中最大的,它的LQFP封裝尺寸為2020mm,4倍于PHILIPS器件。

雖然Atmel MCU傾向于比PHILIPS MCU具有更多的SRAM,但是要用它來彌補(bǔ)較慢的FLASH存儲器的不足,而SRAMFLASH更大而且更貴。不幸的是,我們無法獲取所有這些廠商器件的功耗指標(biāo)、封裝尺寸和批量價格。但是毫無疑問,PHILIPS0.18微米工藝使LPC2100器件的內(nèi)核電壓和其它參數(shù)在非常小的嵌入式系統(tǒng)中具有。

對于32位處理器來說,所有這些基于ARM7MCU都非常便宜,但是請注意,在相同批量的情況下,8位芯片的平均價格只有1.40美元。幾塊錢看起來差別不大,但對于低端的嵌入式系統(tǒng)來說非常重要。

較小的ARM,較大的Thumb ?

ARM可以通過提供特別為MCU集成而設(shè)計(jì)的,帶有擴(kuò)展Thumb指令的較小內(nèi)核來縮小8位與32MCU之間的價格差?,F(xiàn)在,由于Thumb不是一個完整的指令集,ARM程序必須在16位和32位模式之間進(jìn)行來回切換。另外,它不能處理異?;蚰承┫到y(tǒng)控制的功能或者訪問整個寄存器文件。如果Thumb功能更加全面,那么開發(fā)者可以用緊湊的16位代碼編寫整個程序,而仍然保持32位結(jié)構(gòu)的大多數(shù)優(yōu)點(diǎn)。

一個帶有功能全面的Thumb指令的ARM核可能與Hitachi第一代SuperH結(jié)構(gòu)相似,SuperH16位指令集與32RISC結(jié)構(gòu)相結(jié)合。去年,ARC使用了一種新的方式實(shí)現(xiàn)其ARCompact指令集結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)允許程序員編寫16位或32位代碼,或?qū)煞N類型的指令混合編寫。ARCtangent內(nèi)核的基本配置大約為16000個門,相當(dāng)于ARM7的一半,這樣32RISC內(nèi)核就有可能與8位和16位結(jié)構(gòu)競爭。



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