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半导体

模式之变 重新定义MCU将颠覆传统应用模式

曾经MCU是嵌入式系统中最贵的元件,1990年以前,一颗2MIPS速度、128 byte RAM、无ROM的8位MCU
MCS8031的价格超过当时一个才出校门本科毕业生的月工资,由于价格高且可编程,不仅一个嵌入式系统只有一个MCU,而且为了更好地发挥MCU的作用,还为它开发了一系列专用外设器件,如:可编程输入/输出芯片8255,可编程定时/计数器8253/8254,可编程串行接口芯片8251……,甚至价格比MCU还高的CPLD和FPGA也是为MCU服务的,所以将MCU定义为
“中央处理器”是名副其实的,因为中央只能有一个,其他芯片都以MCU为中心。


当一颗32位MCU价格还不到北京市最低工资标准的半小时工资时,如果我们再在一颗廉价的电子元件周围配置几颗价格与它相近或者价格比它更高的芯片为它服务时,我们就应该反思这种模式的正确与否。根据目前MCU的现状,笔者将它归纳为以下特点:


一是MCU是普通的集成电路,它不再是中央处理器;二是MCU是可编程的集成电路,它和CPLD和FPGA一样需要二次开发;三是MCU是低速可编程集成电路,MCU以串行运算为主,CPLD和FPGA以并行运算为主,所以MCU的运算速度比CPLD和FPGA要低;四是MCU是数模混和型集成电路,MCU不仅具有DI/DO、PWM、通信和计数等数字外设,而且还含有比较、A/D等模拟外设;五是MCU是通用集成电路,除了速度的限制外,它不仅能实现市场上所有通用集成电路的逻辑运算和数学运算功能外,还能实现它们不能实现的各种复杂科学运算;六是MCU的市场覆盖面很宽,它的价格从5元人民币以下开始,一直延伸到数百元人民币,可以满足不同应用领域的需求。


基于以上方面,我们是否可以这样重新定义MCU:MCU是一种低价格、低速度且覆盖面很宽的可编程数模混和型通用集成电路。如果我们认同上述定义,会产生一种新的电子产品开发模式,这个模式将淡化嵌入式系统概念,颠覆传统MCU应用模式,彻底改变传统电子产品元件体系和开发模式。


在传统的电子产品元件体系和开发模式中,电子产品通常由多个实现数字逻辑运算的数字集成电路、MCU和其他电子元件组成。其开发模式是:首先是从海量的数字集成电路和其电子元件中选出满足系统需求的电子元件,来完成电子产品的硬件开发,接着进行软件开发,但其难度非常高。在笔者从业的20多年里,因元件选型不适当,导致开发不能顺利进行,产品性价比低,产品生命周期短,甚至产品失败的例子举不胜举。


新的电子产品元件体系和开发模式是:电子产品由多个MCU取代了常规的数字集成电路和部分模拟电路,每个MCU通过软件进行二次定制以实现系统中不同的逻辑运算和数学运算,MCU之间通过通信方式进行信息交互。


与传统电子产品元件体系和开发模式相比,新模式一是减少了电子产品的元件种类和数量,减少了开发过程受元件的约束,激发了开发人员的创新激情。二是改变了嵌入式系统的开发模式,由于在同一产品中,MCU由一个变为多个,软件自然由一个大软件分解为多个独立的小软件,增强了嵌入式软件开发人员的专业性,降低了入门门槛。


笔者在开发自动变速器控制器时,将自动变速器中的换档决策控制和换档过程控制分别由两个MCU实施,同样降低了两个不同专业背景在同一控制器中的耦合,使不同的开发人员各司其责,即保证了开发方向朝各个专业的纵向发展,又提高了开发进度。


多年的实践经验证明:在嵌入式系统采用多MCU模式是规避嵌入式系统软件风险(软件开发、维护和更新过程风险)的一项十分有效的措施,其难点在于根据开发团队的具体情况和服务对象特性进行多MCU任务分解,及其MCU之间信息交互模型的建立。



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