何立民教授：8位MCU可能是永续的不死鸟

时间： 2016-07-04 来源：Silicon Labs

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20世纪，MCU的应用领域是8位机的天下，而C8051是8位机的主流机型。进入到21世纪，ARM微控制器开始兴起，以特殊的产业模式迅速扩大了市场份额。当ARM微控制器不断吞噬8位MCU的市场份额时，有人认为32位MCU将取代8位机，8位MCU将会退出历史舞台。殊不知，ARM微控制器在传统嵌入式领域大肆扩张时，C8051成功地实现了华丽的转身，在嵌入式系统无限大的市场领域里获得新生，成为MCU界的不死鸟。未来，8位、32位、64位MCU的应用领域会各具特色，互充互补、三分天下。

MCU有无限大的市场

MCU是一个智力内核，随着智能化工具的发展，MCU产品的市场需求日益扩大，从传统电子的智能化改造、新兴的智能化设备、智能化设备的分布多机、智能化设备总线、智能化设备局域网，到物联网时代，无处不在的人工智能感知与控制终端领域，表明了MCU有一个无限大的市场。这个无限大市场的多样性决定了对MCU的多样需求。这种多样需求表现在MCU发展史上的一个演化特征，是数据总线、地址总线位数的不断拓展，从4位、8位、16位、32位到64位。在不断拓展中逐渐优化出8位、32位、64位MCU并存的局面。这种多样化需求会长期存在下去，它体现了MCU的市场分工。

MCU的未来市场形势

长期以来，MCU应用中一直是8位机的天下，这是因为微处理器诞生后MCU与MPU的分工所致。MPU致力于智力平台建设，MCU专注于智能化控制，即物理对象的感知与控制。8位MCU有足够的能力应对缓慢变化的物理参数，物理对象只需有限的感知与控制速度。当数字信号处理需求逐步增多后，出现了对16位MCU的需求。

随着人工智能对MCU的需求，32位MCU迅速兴起。近年来信息领域对MCU又有了新的需求，因此64位的MCU就诞生了。4位、8位、16位、32位、64位是MCU的历史发展足迹，它们都力图最大限度地满足市场需求，在市场需求的调节下，优化成8位、32位、64位的市场局面。由于MCU有无限大的市场需求，这种互补性的局面将会长期存在下去。8位、32位、64位主要体现在不同的应用领域，其技术各有所长，最重要的是用对地方。

C8051 MCU可能是永续的不死鸟

从传统电子的智能化改造到新兴智能化设备兴起，从单机智能化到网络智能终端，从自动化工具到人工智能，嵌入式系统市场对MCU寄予厚望，这是8位MCU难以独自承担的重任。32位ARM系列MCU问世后，立即在这些新兴的嵌入式领域中发挥着巨大的作用。对8位MCU而言，在许多传统领域被ARM系列取代未必是坏事，被取代的8位MCU可以转向原先无法顾及的领域。

近十几年，在ARM迅猛发展的同时，也出现了C8051的三次变革。第一次是C8051F的结构变革。C8051F是20世纪末美国Cygnal公司（2005年被SILICON LABS公司收购）在C8051基础上推出的全新结构的MCU。C8051F对C8051进行了彻底的变革：对指令运行实行流水作业，以CIP51替代原有的CPU内核，使单周期指令运行速度变为原来的12倍；将I/O口从固定方式改变成交叉开关配置方式，极大地提高了I/O交互的灵活性；从系统时钟到时钟系统、从引脚复位到多源复位，以及低电压供电，为低功耗设计提供了最佳支持；从传统的仿真调试到基于JTAG接口的系统调试等。至今，这些都体现了MCU的先进技术。

第二次是内核化的市场变革。即从传统的系统芯片到SoC、SoPC软核、智能芯片、智能传感器的蜕变。将C8051最简系统标准化成IP核，为大规模集成电路系统的集成提供通用智力内核；在SoPC中，不少厂家使用C8051作为8位软核；目前，智能芯片（如收发芯片）、智能传感器几乎都是C8051的天下。

第三次是产品平台的变革。在产品平台基础上开发嵌入式产品，是嵌入式产品开发的最佳模式。目前，流行的是板式或模块化的产品平台模式。C8051的第三次变革体现为芯片级的产品平台变革。芯片级的产品平台为微小型智能化设备提供了良好的应用前景。目前，Silicon Labs基于C8051F推出的EEM8系列MCU就代表了这一变革方向。

C8051的芯片级产品平台

MCU从8位到32位，再到64位的演化，主要是为了满足高速海量数据的处理需求，并不是全面性能的同步进化。在同样先进的集成电路工艺技术的支持下，8位MCU可以走上一条不断完善的体系结构，外围功能单元最大化片内集成和MCU性能全面提高的进化道路。

2015年，芯科科技（Silicon Labs）公司推出的小蜜蜂EEM8系列MCU，就是这种进化道路上的典型产品。在先进的C8051F结构体系基础上，将外围功能单元最大化片内集成，使EFM8系列实现了从MCU向产品平台的蜕变。这种先进的芯片级产品平台，将为各种微小型智能化设备（如穿戴式设备、智能微电子机械、智能传感器等）应用，提供最佳的选择。

EEM8系列芯片级产品平台的技术表现如下：

1）有满足控制需求的先进MCU内核

C8051F是最新一代8位MCU，虽然在高速海量数据处理上不及32位，但在满足大多数物理对象的控制上，已足够用，甚至控制功能不输于、或优于32位MCU。

2）片内集成有丰富的外设单元

EFM8中集成了众多原先外部扩展的功能电路，如内部校准的温度传感器、集成的振荡器、多种模拟数字转换器（ADC）、高速闪存、USB接口、增强接口、电容触摸控制、电池检测、UART、SPI、SMBus/I2C总线等。高速流水线8051内核、超低功耗、精度模拟、增强的通信外设、小尺寸封装、灵活的数字和模拟复用、I/O引脚路由的先进Crossbar架构，都可以满足IoT底层产品众多的应用需求。

3）有极佳的低功耗设计技术支持

在EFM8中，最大限度地集成了低功耗设计技术，包括本质低功耗与功耗管理技术，如最低的睡眠电流、有效电流、唤醒时平均电流的本质低功耗，以及LDO提供的多种低电压供电选择、多种数字和模拟外设超快速唤醒、使用内部RTC和停止电源的睡眠状态选择等。

4）可提供不同应用状态的产品平台

小蜜蜂EFM8提供3种不同应用环境的MCU：成本敏感型的EFM8 Busy Bee系列，能为产品提供最优的性价比；能耗敏感型的EFM8 Sleepy Bee系列，具有极佳的本质低功耗与全面的功耗管理能力；突出功能需求的EFM8 Universal Bee系列，有丰富片内功能单元集成，能满足产品需求，成为芯片级产品平台。在微小型物联网系统应用中，小蜜蜂EFM8优于32位板级产品平台。

5）为用户提供简单易用的开发环境

Silicon Labs公司推出了全方位支持EFM8 MCU系列产品的完整软件和硬件工具包。Silicon Labs增强型Simplicity Studio开发平台为用户提供了统一的8/32位开发环境支持，以及Eclipse调试器和插件、KeilPK51编译工具、第三方工具支持、电容式感应评测器、演示代码、软件示例代码、数据手册、应用笔记、技术支持和社区论坛等，大大地简化和加速了8位MCU的应用设计。

8位C8051变革的几点思考

纵观MCU发展史，永不衰败的8位MCU是一个十分奇特的现象，其背后有深刻的因素，值得我们认真思考。

a）嵌入式领域有足够大的应用市场。从技术角度看，MCU是一个微小的智力内核，有无限的应用领域，小到人体内，大到局域网；从市场角度看，有无限大的智能化工具、人工智能领域。嵌入式应用的多样性，决定了8位、32位、64位MCU都有各自发展的巨大空间。

b）MCU有两条不同的演化道路，满足高速海量信息处理与不断提升控制能力的需求。在不断提升控制能力方面，8位MCU有稳定的发展空间，优势不会失去。

c）总线宽度的增加并不意味着功能的同比增大。8位MCU可以避开在高速、海量数值计算上与32位、64位MCU争锋，其可突出控制功能，走芯片化产品平台的技术发展道路。

d）未来8位、32位、64位MCU都有自己足够大的优势领域，呈技术互补性发展的趋势。据IHS的预测，8位MCU的市场份额将继续超过每年MCU市场营收的三分之一以上。

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Benn Lv6. 高级专家 2019-11-27

学习
王韩 Lv3. 高级工程师 2019-11-27

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徒步走天涯 Lv5. 技术专家 2019-11-26

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幸福 Lv7. 资深专家 2019-11-25

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用户88963348 Lv4. 资深工程师 2019-11-23

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ID43989078 Lv7. 资深专家 2019-11-23

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Elike Lv6. 高级专家 2019-11-22

有时候还真就用个8051最省事还管事
无心善者 Lv6. 高级专家 2019-11-21

最基础的东西，应用不会减少
等风来 Lv5. 技术专家 2019-11-21

8051单片机入的门
鲍鲍 Lv5. 技术专家 2019-11-20

学习了

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