8位微控制器在SoC中的应用
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8051如何跟上今日的效能需求
最早的8051是由英特尔在1980年推出，它让每一个指令的执行跨越12个频率周期，使得硬件资源的需求减至最少。10年后，DallasSemiconductor(今天的Maxim)利用新设计来改善这套架构，它移除了冗余的总线动作，让典型指令只需要4个频率周期；他们还推出可直接取代8051的兼容微控制器，可将既有系统的效能立刻提高三倍。
SiliconLaboratories的8位微控制器系列采用了新的专属设计来实作8051指令集架构，它能提供最大的指令产出，同时维持完整的目的码(objectcode)兼容能力，以发展出采用「硬件连接」(hardwired)实作方式的C8051F中央处理器，而不是原来采用微码(micro-coded)的设计。新设计会将指令集映像到两级式基本处理管线，以便提高产出，同时维持8位的程序内存宽度。这种方法带来了一系列新组件，它们能在1或2个频率周期内执行绝大多数的指令，效能超过原始8051设计的20至25倍。有了这样的效能，工程师只要利用成本更低的8位产品，就能支持原本需要较昂贵的16或32位微控制器才能执行的应用。
微控制器现能整合那些功能而不会牺牲其效能？
在几乎所有的电子系统中，工程师都想将最多功能整合至最小空间，这种做法有许多广为人知的优点，包括零件数目降低、库存组件减少、制造成本下降、以及可能带来的更高效能与可靠性。因此，针对特定应用评估所选择的微控制器时，重要的是从解决方案总成本的角度来考虑这些优点，而不仅是单颗零件的价格。近几年来，随着价格不断下滑，芯片内建闪存已变得日益流行；除了对于价格最敏感的高产量型应用之外，其它应用现都认为值得付出少许的代价，来换取超越「可程序一次」(one-time-programmable)组件的更大弹性。
在线除错(In-systemdebug)也是所想要的功能，由于它们能免除原先所需的昂贵仿真器，新组件的应用成本将会下降，设计人员也能更自由的为特定应用选择最合适的组件。虽然32位的微控制器和数字讯号处理器已广泛提供在线除错功能，但是在SiliconLaboratories推出C8051F组件系列之前，8位产品却极少提供在线除错功能。精准振荡器、模拟数字转换器和数字模拟转换器是系统最常需要的模拟零件，温度量测功能、电压参考和比较器也很常用；在数字外围方面，外部通讯最常使用的标准包括UART以及SPI、I2C、USB和CAN界面，另外还会加入功能包括定时器和可程序计数器数组。 相较于采用离散零件的解决方案，把模拟数字转换器和数字模拟转换器整合至微控制器常会导致效能下降，特别是模拟功能的线性特性和讯号杂波比；即便如此，仍有些新组件的效能已不输给使用最佳零件的解决方案或内建16位、1MSPS模拟数字转换器的其它产品。
如前所述，8位微控制器现已能提供高达100MIPS的峰值产出，图1就是这类组件的功能线路图，它是由SiliconLaboratories所提供的C8051F120，内建128kbytes闪存、 8.25kbytesRAM、12位模拟数字转换器、12位数字模拟转换器以及各种数字外围，包括UART、SPI总线、I2C总线、定时器模块和外部内存界面。这颗组件专门支持运算量庞大、又需要高效能模拟数字转换器及数字模拟转换器的混合讯号嵌入式应用，它还提供在线除错功能。
图1：模拟及数字功能的整合让8位微控制器得以提供接近系统单芯片的功能
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