MCU芯片產(chǎn)品有不同的位數(shù)，如：
8位MCU 、16位MCU、32位MCU，每種位數(shù)的MCU是不同的架構(gòu)，對于產(chǎn)品的應用來產(chǎn)是好事，每種產(chǎn)品需要MUC架構(gòu)不同，可以選擇不同的MCU位數(shù)來應用，今天來聊聊其中一種位數(shù)的MCU的架構(gòu)，接下來看看8位MCU架構(gòu)應用時，都有哪些優(yōu)勢體現(xiàn)。
8位MCU架構(gòu)的演進性變化使該公司能夠在整個MCU市場的銷量方面保持領先地位，8位MCU在許多應用中抵御了與32位MCU的競爭，不僅適用于需要非常小外形尺寸、低功耗、低引腳排列和很低成本的設計。在某些情況下，8位MCU實際上可以超越32位競爭對手。
與此同時，該市場分析公司預估，8位MCU將繼續(xù)占據(jù)微控制器業(yè)務中很大的出貨量，直到32位MCU的年增長率遠遠高于 8 位設備，達到 9.5%。
一些架構(gòu)變化，例如使8位MCU更易于使用 C 代碼進行編程，屬于響應不斷變化的世界的范疇。其他變化有一種“回到未來”的感覺，包括回歸閉環(huán)反饋控制的概念，其中 MCU 的外設無需 CPU 干預即可執(zhí)行任務。
自主 MCU 外設已經(jīng)存在相當長一段時間了，但致力于完全支持其 8 位產(chǎn)品線的 MCU 供應商添加了復雜的技術(shù)，將“自主外設”一詞的含義轉(zhuǎn)移到了新的領域。
可配置邏輯單元
創(chuàng)新產(chǎn)品來自于MCU制造商所說的“功能支持”。它始于“核心單獨外設”的概念。這些外設專門設計用于盡可能在無需 CPU 干預的情況下運行，并根據(jù)需要有效地相互通信，并使用可配置邏輯單元來增強外設之間的通信（CLC），附屬 MCU 制造商的芯片架構(gòu)師創(chuàng)造了這種通信靈活性，使嵌入式系統(tǒng)設計人員能夠使用單獨于內(nèi)核的外設在硬件中實現(xiàn)閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。除了減輕 CPU 的處理負載之外，其他好處還包括更快的響應時間、更少的應用代碼行、更低的功耗以及減少的 MCU 內(nèi)存需求。
CLC 模塊有八個信號，可用作其可配置邏輯單元的輸入，每個輸入信號均取決于器件。一次可以選擇四個輸入，四個 8 輸入多路復用器用于將輸入信號傳遞到 CLC 的數(shù)據(jù)門控級。顯示了 CLC 的初始設置過程，它使用寄存器來選擇輸入信號，使用配置工具的后續(xù)步驟創(chuàng)建功能齊全的 CLC。
閉環(huán)控制
功能啟用的概念始于識別嵌入式應用程序中可能存在的常見功能組件。其中包括電源轉(zhuǎn)換、定時、傳感器接口、電機控制、電源和信號生成、通信、人機接口和安全（例如軟件中斷的法規(guī)遵從性）。值得注意的是，相關(guān) MCU 制造商啟用的功能將“自主外設”一詞的含義轉(zhuǎn)移到了新的領域。CLC 以及與內(nèi)核無關(guān)的外設在芯片上的實現(xiàn)方式表明，外設的作用不僅僅是或多或少單獨地執(zhí)行單一功能。相反，外圍設備或外圍設備的組合可以根據(jù)設計者的需要進行動態(tài)組合。
應用
用于其他目的的單獨于內(nèi)核的外設的一個示例是相關(guān) MCU 制造商的數(shù)控振蕩器 (NCO)。它通常用于照明控制應用，但也可以與設備上的其他現(xiàn)有外設結(jié)合使用，以實現(xiàn)某些類型的數(shù)據(jù)發(fā)送/接收應用，甚至高分辨率 PWM。
傳統(tǒng) PWM 在相對較低的開關(guān)頻率下開始失去有效分辨率。例如，系統(tǒng)時鐘速度為 16 MHz 的傳統(tǒng) PWM 可以實現(xiàn) 62.5 ns 的脈沖寬度很小增量變化。如果高速 PWM 時鐘是振蕩器頻率 (FOSC/4) 的 1/4，則增加到 250 ns。通過將數(shù)控振蕩器 (NCO) 與 CLC 結(jié)合使用，您可以在具有單獨于內(nèi)核的外設的 MCU 上構(gòu)建增量脈沖寬度變化小至 15 ps 的 PWM。
顯示了一個簡化的模塊。輸出控制器模塊基于CLC。NCO 本身無法生成 PWM 信號，但通過添加基于 CLC 的輸出控制器，您可以更改其行為以生成所需的 PWM 輸出，NCO 確定脈沖寬度，傳統(tǒng)的片上 PWM 可以用作時鐘源來觸發(fā) PWM 周期。
CLC 的控制邏輯用于在開關(guān)時鐘指示下一個脈沖時設置輸出。當 NCO 溢出時，CLC 清除輸出并完成脈沖。
可以使用任意數(shù)量的時鐘源（例如，定時器或外部信號），但對于某些應用，外部觸發(fā)器可能更適合作為啟動脈沖。
相關(guān)的模型開發(fā)板是開始使用此類設計方法的有用工具。它具有用于工廠編程的 NCO 和 CLC 演示軟件，還包括用于應用程序開發(fā)的原型設計區(qū)域。使用外設創(chuàng)建閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)的策略有很多優(yōu)點，但有時可能需要CPU干預，例如當系統(tǒng)行為異常時。硬件限制計時器解決了這種可能性。
大多數(shù)外設都會啟動一些活動，但硬件綁定定時器通常用于等待事件發(fā)生并采取一些操作來響應尚未發(fā)生的事件。一個很好的例子是在電源應用中保護 MOSFET 免受損壞。LED 照明應用需要非常高分辨率的電源。相關(guān) MCU 制造商提供的單獨于內(nèi)核的外設允許將 PWM 配置為在正常條件下驅(qū)動 FET 對，而無需 CPU 干預。如果無法關(guān)閉 PWM，可以使用硬件限制定時器、運算放大器和比較器來避免損壞 MOSFET。
定時器的基本作用是監(jiān)測正常工作后一定時間后PWM是否關(guān)閉。否則，硬件限制定時器會觸發(fā)中斷，要求CPU檢查異常原因，這可能是一個故障或更嚴重的問題。
當CPU決定應該關(guān)閉PWM時，它是在硬件中完成的，因此整個關(guān)閉操作大約需要80 ns。比較器在 50 ns 內(nèi)反轉(zhuǎn)。額外添加 30 ns 來考慮內(nèi)部運算放大器的轉(zhuǎn)換速率。
軟件實現(xiàn)不是很快，因為發(fā)出中斷所需的延遲是兩到三個時鐘周期加上發(fā)出指令所需的時間。在某些情況下，較高優(yōu)先級的中斷可能會導致延遲。
32位挑戰(zhàn)
在8位和32位MCU 競爭的應用中，32 位擁護者的觀點是，低端設備與8位MCU相比具有價格競爭力（如果批量購買，價格可能會更便宜）。然而，仔細觀察8位MCU和具有成本競爭力的32位MCU就會發(fā)現(xiàn)，這些都是僅集成基本外設的低端設備。然而，將低端 32 位設備與外設豐富的 8 位設備進行匹配可能并不總是一個好的比較，因為添加外設會增加成本。
低端32位MCU 還有其他選擇，在軟件中運行具有各種外設的 8 位設備在硬件中效率更高。這意味著更少的代碼行、更快的響應時間、更快的應用程序上市時間以及更少的能耗，因為更多的指令需要更多的時鐘周期來執(zhí)行。硬件中的功能執(zhí)行速度越快，MCU 就能更快進入睡眠模式并保持更長時間的睡眠模式。
綜上所述，相信大家對于8位MCU芯片的架構(gòu)有了一個了解，可能針對計算密集型應用的8位MCU正在被32位MCU取代，但它們?nèi)匀粸橄到y(tǒng)設計人員提供了許多有吸引力的功能。擁有強大 8 位產(chǎn)品線的 IC 公司已成功發(fā)展其架構(gòu)和指令集，以保持其8位MCU的競爭力。也許重要的創(chuàng)新是在片上外設領域提供硬件執(zhí)行，而具有價格競爭力的32位MCU需要以軟件執(zhí)行。外設與新型外設之間增強的通信進一步增強了8位器件在需要低功耗的成本敏感型應用中的優(yōu)勢。
