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汽车与工业应用催生DSP+MCU合成控制器

EDN China?? 2003年12月12日 ?? 收藏0
DSP与MCU产品在应用之初,可谓是泾渭分明--DSP由于其出色的运行各种高密度算法的能力,被施用于需要大量数据处理的领域;而MCU则扮演着电子设备控制核心的角色,协调各系统和显示、键盘、传感器、电机等周边器件的操作。但时至今日,电子系统对其控制核心的要求越来越高,特别是在汽车电子和工业控制领域,在完成日益复杂的控制功能的同时,微控制器往往还要承担越来越多的数据计算、信号处理的工作,因此需要一种能够同时具备传统DSP与MCU双重功能的新型的控制器件。

56800E内核结合了DSP和MCU的功能



图1 56800E内核结合了DSP和MCU的功能
  为了适应这样的市场需求,Motorola半导体推出了结合DSP与MCU功能的内核56800E,这意味着在单芯片内即可实现控制和复杂计算双重功能。而此前,设计师通常是采用DSP+MCU双芯片的解决方案,与之相比,基于56800E的单芯片合成控制器(Hybrid Controller)产品可以实现更低的成本与功耗。目前Motorola已经推出了基于56800E的56F8300系列合成控制器产品,"这些产品特别适合汽车及工业市场的需要,以16位的代码密度实现了32位的性能,可以替代传统MCU

在一32位系统的应用。" Motorola半导体部汽车电子及标准产品部DSP标准产品运营经理Scott Lynch说。
  Motorola半导体并非惟一一家产生"将DSP与MCU合成在一起"想法的公司,但与其它竞争方案相比,Scott Lynch认为Motorola的技术更具创新性。"一些厂商在合成DSP/MCU产品线上有两种技术发展路径:或者在DSP上附加MCU, 或者在MCU上附加DSP,这样总有一些不能兼顾的问题。" Scott Lynch分析说。如采用在DSP架构上增加控制功能的方式,会削弱系统性能,同时需要过多数量的外部存储器,势必增加额外的成本;而在同一芯片上集成DSP和MCU代码,也将增加相当多的硅用量,导致最终的产品成本上升。因此 Motorola选择从"零"开始,规划DSP/MCU合成控制器芯核,并为该芯核设计了一套单独的指令集,"这样可以将DSP和MCU完全地融合在一起,形成单核,并实现更高的效率,使DSP与MCU之间能够达到平衡。" Scott Lynch说。



 基于56800E内核的56F8300系列产品提供高达76个GPIO(通用I/O),以及32kb到256kb的片上高性能闪存程序内存器
图2 基于56800E内核的56F8300系列产品提供高达76个GPIO(通用I/O),以及32kb到256kb的片上高性能闪存程序内存器

  但是一个创新的设计构想要想最终被设计者采纳,十分重要的一点就是要提供简便、友好的开发环境,使得开发者能够很快地适应在新硬件架构上工作。传统上基于DSP的开发的一个突出的难点在编程方式上,因为传统DSP内的定点式架构不适合高级语言编译器,而是需要非常仔细的用汇编语言进行编程,以优化DSP的性能和并行处理能力。与之相比,经过长期的编译器优化,MCU则可以采用相对简单的C或C++等高级语言编程。这种在编程技术难度上的跨度导致了开发者在采用DSP技术时将面对更多的成本与风险。Motorola在设计56800E时,充分考虑到开发者在接受新架构时所面临的挑战,在指令集中保留了最常用和最有用的DSP和MCU指令集,简化了编程难度,为习惯于MCU的设计工程师带来强大的DSP运算能力,同时允许他们采用熟悉的编程技术,简单的采用C编译器进行编程,简化了其DSP代码的编译。Scott Lynch认为,56800E内核以传统MCU架构提供DSP性能,因此工程师不必费事去理解复杂的DSP技术,因此提供了一条简单的由MCU向DSP移植的路径。
  根据Scott Lynch的预测,DSP + MCU合成微控制器在电子助力转向、制动、动力传送等汽车电子领域,以及UPS、电源供应、变频器等工业控制领域具有广阔的市场空间。在中国,由于目前汽车电子的开发水平还有限,因此近期对此类产品的需求将集中在工业控制以及变频冰箱和空调等消费电子领域。


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