淺析Cortex—M3的發(fā)展對傳統(tǒng)8051的挑戰(zhàn)

摘 要：對于目前物聯(lián)網(wǎng)拉升Cortex-M3架構的舉動，引起了市場的強烈反響，此文分別就提升后的Cortex-M3架構對單片機的功能改良與市場機遇做綜述。

關鍵詞：無線網(wǎng)絡；通信；競爭；市場利率；單片機

中圖分類號：TP368.12 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 04-0000-01

縱觀單片機的歷史，我們不難發(fā)現(xiàn)，單片機自20世紀70年代問世以來，憑借它強勁的開發(fā)潛能，以及豐富，廣闊的利用前景，和超高的性價比，已廣泛應用于工業(yè)自動化控制、通信、自動檢測、智能儀表、信息家電航空航天、機電一體化設備等各方面。

一、Cortex-M3與8051單片機的特點與目前的發(fā)展情況

（一）Cortex-M3的特點

ARM公司于2005年推出了Cortex-M3內核，就在當年ARM公司與其他投資商合伙成立了Luminary（流明諾瑞）公司，由該公司率先設計、生產(chǎn)與銷售基于Cortex-M3內核的ARM芯片——Stellaris（群星）系列ARM。Cortex-M3內核是ARM公司整個Cortex內核系列中的微控制器系列（M）內核，還是其它兩個系列分別是應用處理器系列（A）與實時控制處理系列（R），這三個系列又分別簡稱為A、R、M系列，當然這三個系列的內核分別有各自不同的應用場合。ARM Cortex?-M3處理器簡稱Cortex-M3，是當今行業(yè)領先的32位處理器，具有高精度性，因此該類處理器適用于具有較高確定性的實時應用，它經(jīng)過專門開發(fā)，可使合作伙伴廣泛的設備（包括微控制器、汽車車身系統(tǒng)、工業(yè)控制系統(tǒng)以及無線網(wǎng)絡和傳感器）開發(fā)高性能低成本平臺。此處理器具有出色的計算性能以及對事件的優(yōu)異系統(tǒng)響應能力，同時可應實際中對低動態(tài)和靜態(tài)功率需求的挑戰(zhàn)。此類處理器配置十分靈活，從而支持廣泛的實現(xiàn)形式，為人們的生活帶來很大程度的幫助。（從需要內存保護和強大trace技術的實現(xiàn)形式，直至需要極小面積的成本敏感型設備）。隨著手機和平板等移動市場的持續(xù)火爆，ARM低功耗高效率內核技術越來越受重視，尤其是在手機行業(yè)方面，消費者更加傾向于體積小，做工精細，整體感覺薄的用戶體驗，所以擁有Cortex-M3內核的電子產(chǎn)品將更加收到追捧跟歡迎。

（二）普通單片機的代表-8051系列單片機的特點

眾所周知單片機出現(xiàn)的歷史并不長，它的生產(chǎn)與發(fā)展歷程和PC的微處理器的生產(chǎn)與發(fā)展大體同步，自1971年Inter公司首先研制出4位微處理器以來，就出現(xiàn)了單片機。并由此引發(fā)了單片機的5個發(fā)展階段。單片機的性能與配置得到了極大的改善，到達了現(xiàn)在的8位，16位，32位的CPU。在如今的單片機結構上，更進一步采用了雙CUP或內部流水線結構，極大地提高了處理能力和運算能力，經(jīng)測定，時鐘頻率可達到20MHZ，擁有新型總線結構。

盡管單片機的制造廠商很多，品種各異，但在我國最早且最廣泛使用的是8051及其兼容機型。由于8051單片機具有品種多、兼容性好、性價比高，且軟硬件設計資料豐富等特點集結在一身的特點，所以成為我國廣大工程技術人員最熟悉的機型。直至現(xiàn)在，8051單片機及其衍生兼容機型仍然是單片機中的主流系列，是現(xiàn)代工業(yè)檢測，控制應用的重要機型。

二、Cortex-M3相對于普通單片機的優(yōu)勢

（一）Cortex-M3目前的發(fā)展狀況

近期Cortex-M3產(chǎn)品日益壯大，不斷挑戰(zhàn)著8051系列單片機昔日的霸主地位。Cortex-M3內核主要是應用于低成本、小管腳數(shù)和低功耗的場合，并且具有極高的運算能力和極強的中斷響應能力。Cortex-M3處理器采用純Thumb2指令的執(zhí)行方式，使得這個具有32位高性能的ARM內核能夠實現(xiàn)8位和16位的代碼存儲密度。ARM Cortex-M3處理器是使用最少門數(shù)的ARMCPU，核心門數(shù)只有33K，在包含了必要的外設之后的門數(shù)也只有60K，使得封裝更為小型，成本更加低廉。在過去的八年億元的市場有一個相對穩(wěn)定的業(yè)績硅實驗室，以投資3200億元的市場，一個史無前例的采用了ARM Cortex-M3架構，但在八元領域，但并不打算妥協(xié)。Silicon Lab公司的微控制器產(chǎn)品市場總監(jiān)丹尼爾·庫利接受海外雜志采訪時說：“我們看到了ARM架構的嵌入式市場的快速增長！”縱觀單片機的歷史，我們不難發(fā)現(xiàn)，單片機自20世紀70年代問世以來，憑借它強勁的開發(fā)潛能，以及豐富，廣闊的利用前景，和超高的性價比，已廣泛應用于工業(yè)自動化控制、通信、自動檢測、智能儀表、信息家電航空航天、機電一體化設備等各方面。富士通半導體在2010年10月發(fā)布了44款基于ARM Cortex-M3的FM3產(chǎn)品，現(xiàn)階段目標客戶主要處于設計階段。2011年，基于富士通半導體先進的晶圓制造工藝和豐富外設的FM3產(chǎn)品將更多地提供給客戶，為進一步提高產(chǎn)品性能，降低功耗，富士通半導體90nm晶圓工藝將全面應用于FM3的通用MCU產(chǎn)品。我們可以看到電商富士通正在快速Cortex-M3發(fā)展該類產(chǎn)品的市場與應用。

（二）Cortex-M3相對于8051的巨大優(yōu)勢

在工控領域，用戶要求具有更快的中斷速度，Cortex-M3采用了Tail-Chaining中斷技術，完全基于硬件進行中斷處理，最多可減少12個時鐘周期數(shù)，在實際應用中可減少70%中斷。擁有硬件除法和單周期的乘法器，集成的嵌套式的中斷控制器（NVIC）提供確定性的中斷處理，8級優(yōu)先級的14個中斷通道，以及8 kB的單周期flash存儲器，在2 kB塊的基礎上提供2種形式的flash保護。每個可被配置為一個32位的定時器或兩個16位的定時器，一個支持捕捉和簡單的PWM模式，實時時鐘（RTC），獨立的看門狗定時器。

Cortex-M3為內核的通用MCU，主要是為了適應市場需求和便利客戶而開發(fā)。作為一個全球化通用化的32位MCU內核，Cortex-M系列與ARM7內核相比較在性能、功耗和成本上都得到了進一步的提升，這使得它更適應微控制器領域應用，而豐富的第三方軟、硬件支持，也使得客戶在開發(fā)產(chǎn)品上更加便利和快速。更多的MCU廠商發(fā)展以Cortex M3為內核的通用 MCU產(chǎn)品，主要也是基于此原因。

參考文獻：

[1]張毅剛，彭喜元，董繼成.單片機原理及應用[M].北京：高等教育出版社，2003.

[2]朱兆優(yōu).電子電路設計技術[M].北京：國防工業(yè)出版社，2007.

[3]何立民.總線應用設計系統(tǒng)[M].北京：北京航空航天大學出版社，2003.

[4]宏晶科技.STC15F2K60S2系列單片機器件資料，2012.

[5]電子愛好者轉載.國防工業(yè)出版社，2014.

[6]萬光毅.單片機實驗與實踐教程[J].現(xiàn)代化工，2003（12）.

[作者簡介]柯立超（1992-），男，浙江紹興人，學生，研究方向：單片機。