8位MCU向32位转换之策，性能卓越有蓝海
作者：e络盟 ankur tomar，飞思卡尔 anthony huereca
e络盟社区致力于服务设计工程师已有8年时间。在这段时间内，技术不断发展，32位架构上市，使得工程师能够前所未有地推进其设计，我们也得以亲眼见证了微控制器市场的发展变化。
在全世界每天使用的数十亿件嵌入式设备中，许多仍然采用传统的8位和16位微控制器。很多嵌入工程师是跟着这些较老的架构一起成长起来的，这些架构成本低、功耗低而且十分简单，即使32位设备发展迅猛也没有妨碍它们的受欢迎程度。但是，32位设备声望渐隆，我们有必要对这个新架构的差异、优势和机遇进行详细说明。
现在，每个新项目都需要先回答下列问题：继续采用8位架构会错过什么？32位架构能够提供什么？32位设备目前占据着嵌入式mcu销售的领先地位，我们是否应该立即采取行动以避免落后？
幸运的是，我们的行业创新永无止境。有了freescale®（飞思卡尔）、 atmel®、nxp®及其它设备所采用的arm® cortex®- m0+等内核，32位处理器就能够媲美传统8/16位mcu的实力，同时还能够提供众多的优势，让升级变得极具吸引力。cortex-m0+内核为转换而生，它的32位功能可将项目提升到一个全新的高度。
为什么要向32位转换？
如果你问学工程的新生为什么要从8位向32位转换，那么你可能会得到这么一个明确的答案：32位是8位的4倍，位越高当然越好！实际上事情并非那么简单，不过32位mcu十分重要自有其很多令人信服的理由，即使对于“传统的”8位和16位项目来说也是如此。
提高性能：向32位内核转换之后，相对于目前使用的8位和16位架构来说，每mhz性能可以提高2-40倍。你可以获得更快的32位数学运算处理速度，以及单周期32位乘法运算。而且，你还可以获得单周期io，用于位拆裂和软件协议仿真。
所有这些功能开启了全新的可能性，涉及软件堆栈（usb、蓝牙等）、rtos、高级ui等等，而且还剩余充足的处理能力用于应用软件的自定义功能。
提高能源效率：cortex-m0+内核效率极高，其coremark/ma较8位或16位竞争性产品高达2倍。嵌入式系统结合这种强大的cortex-m0+内核，可以更快地完成任务并返回睡眠模式，从而节省能源。
即使睡眠模式也能够很好地节省功耗：在飞思卡尔kinetis® l 系列产品上进入9种模式中的最深度睡眠模式时，其功耗低至《1ua。而且，由于kinetis系列产品上的外围模块采用智能设计，因此你可以在不唤醒内核的情况下做更多的事情，从而进一步节省功耗。
提高代码密度：似乎违反直觉的是，使用32位处理器将导致代码长度减小。不过，cortex-m0+内核使用thumb-2指令，其中许多指令仅占用16位闪存。而且请记住，8位处理器上的许多指令实际长于8位。此外，视具体应用而定，8位指令的多个字节可以用32位mcu的一个指令取代，就像下面的16位乘法运算一样。
结果显示，向使用thumb-2指令的32位架构转换，可以极大地提高代码密度。
可扩展：当项目和性能需要提升时，捆绑于某个制造商提供的某个8位架构的装置不再是妨碍。32位设备注重c码而非装置，因此减少了开发和调试的时间，并且可以更加简便地将代码移植至新的设备。随着32位 arm mcu在全世界广泛普及，软件生态系统将变得十分庞大，并且还将不断扩展。
但是……
你觉得这一切听起来真不错，但我仍然需要8/16位mcu为我的应用提供较小的尺寸、较低的成本和易于使用的特点。幸运的是，32位mcu也能够做到这些：
尺寸：正如飞思卡尔kinetis kl03系列产品上所见，32位mcu的尺寸小至1.6x2.0毫米，是世界上最小的arm mcu，所以非常小的尺寸也能够提供卓越的32位性能。
成本：设备起步价低至0.49美分，所以32位mcu甚至可以用于此前望成本兴叹的各种应用。而且因为代码密度提高，所以需要的闪存也比较少。
复杂性：令人称奇的是，32位架构在某些方面实际上更为简单。有了32位地址空间，便无需对内存地址进行分页，所以可以直接访问。cortex-m0+内核架构拥有一个全功能干扰控制器，可简化干扰处理。此外，32位架构还附带一个追踪缓存，可以方便调试，并给希望继续使用装置的用户仅提供56条指令，这样一来，向32位“跨跃”的一大步从复杂性的角度来说更像是一小步。
利用32位开展开发工作：
使用32位arm内核的主要优势之一，在于海量的可用软件和硬件，其中包括大量兼容的编译器和调试器。当项目在cortex-m0+和更为强大的cortex-m4等内核之间进行调整时，我们可以十分简便地重复使用各种硬件和软件。此外，因为飞思卡尔kinetis mcu引脚和模块具备兼容性，并且该系列的设备数以百计，所以沿着性能/闪存曲线上下移动非常简便。
飞思卡尔进一步促进了32位的开发工作，推出了processor expert®软件建模工具和mqx™-lite实时操作系统（rtos），有助于迅速启动和推进全新的32位项目。processor expert软件建模工具是一种gui补充工具，用于代码生成，可创建客户化的驱动程序，从而极大地缩短开发时间。
mqx-lite rtos是mqx rtos的简化版，专门针对内存低于4kb的微控制器设计。rtos驱动程序来自于processor expert软件建模工具，mqx-lite rtos是mqx rtos的子集，因此未来可轻松升级至更为强大的设备。它很好地补充了processor expert软件建模工具，而且对于带有usb功能的设备，它还提供一个usb补充堆栈。
下一步
现在你想尝试一下32位架构，但是应该从哪里着手呢？
幸好，有许多主板提供很好的32位评估平台，你花不到一个匹萨的钱就能够买到。frdm-kl05z非常适合你初涉32位领域，它引脚兼容飞思卡尔的8位s08设备。frdm-kl26z增加了usb和更多先进的外围模块，而frdm-kl46z还进一步支持usb和segment lcd。或者，如果5v io和电气可靠性对于你的应用至关重要，那么frdm-ke02就是你要找的主板。
所有这4个薄荷锡盒大小的主板均为cortex-m0+内核，并采用了 processor expert软件建模工具、mqx-lite rtos、usb补充堆栈等。此外，这些主板还内置了一个称为opensda的调试电路，所以一条简单的usb电缆便可提供你所需要的全部调试、串行通信和闪存编程功能。
而且，这些主板以及整个飞思卡尔freedom开发平台系列均兼容arduino™扩展板，并可提供数字与模拟io引脚。mems传感器评估套件很好地说明了其中的各种可能性，它将frdm-kl25z飞思卡尔freedom开发平台和mems传感器评估扩展板相结合，使kinetis l mcu能够获得各种先进的传感器，以便探索周围的世界。
在整个学习过程中，务必和其他工程师保持密切联系，e络盟社区可以提供这方面的支持。通常，你所面临的问题，其他工程师已经有了解决方案，从这一点上来讲，网络社区是一个不错的资源。
32位的未来
科技从未停止进步，越来越多的嵌入式应用将采用32位mcu，这种趋势只会加速。从开发套件到原型机和制造的每个设计流程阶段，e络盟均为工程师提供支持，确保他们在选择迁移至32位架构时胸有成竹。较高的性能、卓越的功率效率以及更好的代码密度，现在就迈开脚步，走向更加美好的32位未来吧。
苹果牵手现代：彼此需要，或成双赢局面
OPPO发布50w无线快充技术，是鸡肋还是实用
iPhone 16工业设计曝光，有啥不一样？
联发科下半年扩资进入10纳米制程 拟配新股留人
什么是量子计算机，它的工作原理是什么
8位MCU向32位转换之策，性能卓越有蓝海
半导体陶瓷传感器的热敏特性和工作原理解析
Quanergy宣布为全球最大的港口运营商之一
各行业巨头为何纷纷进军智能家居领域了
直流电源负载效应的影响
浅谈PULSAR模拟电压可变衰减器，它都有哪些特征
HTC回应出售上海手机工厂 手机的生产制造不受影响
通用KTF滑块系列直线位移传感器的功能特性分析
在政府支持IPv6升级改造的方案中有哪五项重点任务？
手持PDA在仓储管理的应用
连网汽车安全的未来
基于单片机+MAX7219驱动的点阵程序
如何设计一个手电筒电路呢？
低EMI/EMC开关转换器简化ADAS设计
爱国者对惠普与东芝发起专利诉讼
e络盟社区致力于服务设计工程师已有8年时间。在这段时间内，技术不断发展，32位架构上市，使得工程师能够前所未有地推进其设计，我们也得以亲眼见证了微控制器市场的发展变化。
在全世界每天使用的数十亿件嵌入式设备中，许多仍然采用传统的8位和16位微控制器。很多嵌入工程师是跟着这些较老的架构一起成长起来的，这些架构成本低、功耗低而且十分简单，即使32位设备发展迅猛也没有妨碍它们的受欢迎程度。但是，32位设备声望渐隆，我们有必要对这个新架构的差异、优势和机遇进行详细说明。
现在，每个新项目都需要先回答下列问题：继续采用8位架构会错过什么？32位架构能够提供什么？32位设备目前占据着嵌入式mcu销售的领先地位，我们是否应该立即采取行动以避免落后？
幸运的是，我们的行业创新永无止境。有了freescale®（飞思卡尔）、 atmel®、nxp®及其它设备所采用的arm® cortex®- m0+等内核，32位处理器就能够媲美传统8/16位mcu的实力，同时还能够提供众多的优势，让升级变得极具吸引力。cortex-m0+内核为转换而生，它的32位功能可将项目提升到一个全新的高度。
为什么要向32位转换？
如果你问学工程的新生为什么要从8位向32位转换，那么你可能会得到这么一个明确的答案：32位是8位的4倍，位越高当然越好！实际上事情并非那么简单，不过32位mcu十分重要自有其很多令人信服的理由，即使对于“传统的”8位和16位项目来说也是如此。
提高性能：向32位内核转换之后，相对于目前使用的8位和16位架构来说，每mhz性能可以提高2-40倍。你可以获得更快的32位数学运算处理速度，以及单周期32位乘法运算。而且，你还可以获得单周期io，用于位拆裂和软件协议仿真。
所有这些功能开启了全新的可能性，涉及软件堆栈（usb、蓝牙等）、rtos、高级ui等等，而且还剩余充足的处理能力用于应用软件的自定义功能。
提高能源效率：cortex-m0+内核效率极高，其coremark/ma较8位或16位竞争性产品高达2倍。嵌入式系统结合这种强大的cortex-m0+内核，可以更快地完成任务并返回睡眠模式，从而节省能源。
即使睡眠模式也能够很好地节省功耗：在飞思卡尔kinetis® l 系列产品上进入9种模式中的最深度睡眠模式时，其功耗低至《1ua。而且，由于kinetis系列产品上的外围模块采用智能设计，因此你可以在不唤醒内核的情况下做更多的事情，从而进一步节省功耗。
提高代码密度：似乎违反直觉的是，使用32位处理器将导致代码长度减小。不过，cortex-m0+内核使用thumb-2指令，其中许多指令仅占用16位闪存。而且请记住，8位处理器上的许多指令实际长于8位。此外，视具体应用而定，8位指令的多个字节可以用32位mcu的一个指令取代，就像下面的16位乘法运算一样。
结果显示，向使用thumb-2指令的32位架构转换，可以极大地提高代码密度。
可扩展：当项目和性能需要提升时，捆绑于某个制造商提供的某个8位架构的装置不再是妨碍。32位设备注重c码而非装置，因此减少了开发和调试的时间，并且可以更加简便地将代码移植至新的设备。随着32位 arm mcu在全世界广泛普及，软件生态系统将变得十分庞大，并且还将不断扩展。
但是……
你觉得这一切听起来真不错，但我仍然需要8/16位mcu为我的应用提供较小的尺寸、较低的成本和易于使用的特点。幸运的是，32位mcu也能够做到这些：
尺寸：正如飞思卡尔kinetis kl03系列产品上所见，32位mcu的尺寸小至1.6x2.0毫米，是世界上最小的arm mcu，所以非常小的尺寸也能够提供卓越的32位性能。
成本：设备起步价低至0.49美分，所以32位mcu甚至可以用于此前望成本兴叹的各种应用。而且因为代码密度提高，所以需要的闪存也比较少。
复杂性：令人称奇的是，32位架构在某些方面实际上更为简单。有了32位地址空间，便无需对内存地址进行分页，所以可以直接访问。cortex-m0+内核架构拥有一个全功能干扰控制器，可简化干扰处理。此外，32位架构还附带一个追踪缓存，可以方便调试，并给希望继续使用装置的用户仅提供56条指令，这样一来，向32位“跨跃”的一大步从复杂性的角度来说更像是一小步。
利用32位开展开发工作：
使用32位arm内核的主要优势之一，在于海量的可用软件和硬件，其中包括大量兼容的编译器和调试器。当项目在cortex-m0+和更为强大的cortex-m4等内核之间进行调整时，我们可以十分简便地重复使用各种硬件和软件。此外，因为飞思卡尔kinetis mcu引脚和模块具备兼容性，并且该系列的设备数以百计，所以沿着性能/闪存曲线上下移动非常简便。
飞思卡尔进一步促进了32位的开发工作，推出了processor expert®软件建模工具和mqx™-lite实时操作系统（rtos），有助于迅速启动和推进全新的32位项目。processor expert软件建模工具是一种gui补充工具，用于代码生成，可创建客户化的驱动程序，从而极大地缩短开发时间。
mqx-lite rtos是mqx rtos的简化版，专门针对内存低于4kb的微控制器设计。rtos驱动程序来自于processor expert软件建模工具，mqx-lite rtos是mqx rtos的子集，因此未来可轻松升级至更为强大的设备。它很好地补充了processor expert软件建模工具，而且对于带有usb功能的设备，它还提供一个usb补充堆栈。
下一步
现在你想尝试一下32位架构，但是应该从哪里着手呢？
幸好，有许多主板提供很好的32位评估平台，你花不到一个匹萨的钱就能够买到。frdm-kl05z非常适合你初涉32位领域，它引脚兼容飞思卡尔的8位s08设备。frdm-kl26z增加了usb和更多先进的外围模块，而frdm-kl46z还进一步支持usb和segment lcd。或者，如果5v io和电气可靠性对于你的应用至关重要，那么frdm-ke02就是你要找的主板。
所有这4个薄荷锡盒大小的主板均为cortex-m0+内核，并采用了 processor expert软件建模工具、mqx-lite rtos、usb补充堆栈等。此外，这些主板还内置了一个称为opensda的调试电路，所以一条简单的usb电缆便可提供你所需要的全部调试、串行通信和闪存编程功能。
而且，这些主板以及整个飞思卡尔freedom开发平台系列均兼容arduino™扩展板，并可提供数字与模拟io引脚。mems传感器评估套件很好地说明了其中的各种可能性，它将frdm-kl25z飞思卡尔freedom开发平台和mems传感器评估扩展板相结合，使kinetis l mcu能够获得各种先进的传感器，以便探索周围的世界。
在整个学习过程中，务必和其他工程师保持密切联系，e络盟社区可以提供这方面的支持。通常，你所面临的问题，其他工程师已经有了解决方案，从这一点上来讲，网络社区是一个不错的资源。
32位的未来
科技从未停止进步，越来越多的嵌入式应用将采用32位mcu，这种趋势只会加速。从开发套件到原型机和制造的每个设计流程阶段，e络盟均为工程师提供支持，确保他们在选择迁移至32位架构时胸有成竹。较高的性能、卓越的功率效率以及更好的代码密度，现在就迈开脚步，走向更加美好的32位未来吧。
苹果牵手现代：彼此需要，或成双赢局面
OPPO发布50w无线快充技术，是鸡肋还是实用
iPhone 16工业设计曝光，有啥不一样？
联发科下半年扩资进入10纳米制程 拟配新股留人
什么是量子计算机，它的工作原理是什么
8位MCU向32位转换之策，性能卓越有蓝海
半导体陶瓷传感器的热敏特性和工作原理解析
Quanergy宣布为全球最大的港口运营商之一
各行业巨头为何纷纷进军智能家居领域了
直流电源负载效应的影响
浅谈PULSAR模拟电压可变衰减器，它都有哪些特征
HTC回应出售上海手机工厂 手机的生产制造不受影响
通用KTF滑块系列直线位移传感器的功能特性分析
在政府支持IPv6升级改造的方案中有哪五项重点任务？
手持PDA在仓储管理的应用
连网汽车安全的未来
基于单片机+MAX7219驱动的点阵程序
如何设计一个手电筒电路呢？
低EMI/EMC开关转换器简化ADAS设计
爱国者对惠普与东芝发起专利诉讼