以高效能低功耗32位元CPU丰富你的生活

晶心科技智财产品客服部部经理 李明豪。

为了掌握32位元MCU的市场主流，MCU厂商开发出可弹性配置的各系列处理器IP，提供给IC设计业者依自身需求，入驻到各嵌入式平台、消费性电子、车用电子、无线与电脑周边以实现关键应用…

晶心科技(Andes Technology)智财产品客服部经理李明豪指出，根据IDC最新研究报告，应用于智能电表、智能电网、智能手机与智能电视的「智能系统 (Smart Systems)」，其中8051单芯片每年有50亿颗，而32位元MCU每年出货超过20亿颗，预估到2015年MCU共消耗超过125亿颗，较2010年倍增，且为整体处理器市场贡献1,000亿美元以上营收。他也指出32bit MCU(18%)已经继DRAM(31%)之后，成为2010年第2大快速成长的IC产业。

若以IC Insights统计与预测数据，4/8、16与32位元MCU在2010年已经拉开成55.28亿、39.08亿、56.92亿美元，32位元MCU市场主流地位明确，预估2011年将进一步成长到59.15亿、42.6亿与68.88亿美元，而到2015年，32bit MCU市场将成长到116.45亿美元，远超过4/8bit与16bit MCU的市场总和。而MCU市场的新兴应用项目，例如车用电子的停车辅助、动力总成与车内娱乐系统，消费性电子的GPS手表、Cywee体感控制器与HMI人机界面装置，工业控制部份有条码扫描仪、POS及变频马达，在电脑周边部份有无线鼠标、USBU盘，通讯部份有ETC、SIM卡与手持无线电等。

32bit MCU成为推升市场新兴应用的最佳甜蜜点

李明豪认为，新一代MCU应具备3大特质：1.运算效能：处理网际网络种种堆叠协定、数据保全防护与重量级中断服务，以及算术运算加速功能；2.数据传输量：可延展的数据汇流排宽度？流量，有效率的数据传输，及内建DMA直接存储器存取功能；3.能源效率╱执行功耗。因此MCU必须考虑到下面各点：1.芯片成本。像是逻辑闸(gate count)与内嵌Flash与RAM容量。2.效能：大多数MCU应用均低于100MHz，因此DMIPS/MHz(每单位MHz的Dhrystone MIPS)成为最实际客观的评估指标。3.单位功耗执行效率(DMIPS/mW)：平均每一毫瓦(1mW)可以执行多少个Dhrystone MIPS。4.开发环境：是否提供图形化的整合性开发环境(IDE)，同时提供低价的ICE侦错电路环境，甚至系统内部Flash韧体更新(In-System flash programming)的功能。5.操作系统(OS)、函式库与应用程序的支持，都是业界选择MCU时要审慎评估的重点。

李明豪指出，32bit MCU超越8bit MCU的机会，在于两者gate count差距缩小，越来越高的效能需求，单位功耗执行效能的重视，以及当今MCU Flash晶粒电路空间大过MCU核心电路，且越来越多新兴应用如医疗装置、智能电表、无线传感装置与USBU盘皆直接使用32bit MCU。以晶心Andes嵌入式技术应用为例，在过去以8051作为蓝牙、触控屏幕IC等应用，转移到32bit MCU之后，传输速率增加10倍(Bluetooth BT4.0 vs BT2.0、SD 4.0 vs SD 2.0、USB 3.0 vs USB 2.0)，同时带来更低功耗，像BT 4.0比BT 3.0降低90%的功耗，目前已经有8家客户采用晶心的嵌入式MCU IP技术。

32bit MCU的技术优势与晶心AndesCore IP方案

李明豪指出，使用晶心AndesCore 32bit MCU好处在于：1.增加I/O带宽，像是应用USB 3.0的5Gbps传输，USB 3.0用8051可以做但辛苦，总成本与32bit MCU相比没任何优势。2.全存储器定址管理：32bit MCU拥有4GB/16MB存储器定址空间。3.提供更多像网际网络、在线交易╱保全编码与MP3播放功能。4.有效率的开发工具：例如JTAG ICE(5 wires)、CJTAG ICE(2 wires)甚至ESL (Electronic System Level，电路层级)的侦错工具。以及5.操作系统与应用程序的支持。

此外，AndesCore MCU提供32位元与16位元混合指令集，可交互运用缩减程序码长度，并提供先进的加速指令集以加速编码、累乘╱加法与DSP运算，同时硬件采自由可组态架构，没有多余不用的硬件电路╱逻辑闸；提供32位元数据宽度、累乘╱加法与除法电路。软件开发上，提供C语言作为启动与中断服务函式(ISRs)；最后，32bit MCU提供低功耗高执行效能，以及整体最佳性价比。晶心科技的AndesCore IP设计，以具备可配置CPU核心、最精简的平台、高效能容易使用的开发工具与free RTOS、2 wire ICE两线ICE侦错界面设计，有MCU专用开发板，量身订作的训练课程等6大特色，满足业界32位元MCU的需求。

AndesCore N801处理器

Andes N801-S处理器采用第3代AndeStar V3m指令集微架构，为单一核心3阶管线化设计；具备16个2R1W的通用暂存器群(GPRs)，提供16MB存储器定址空间，提供16组4阶可直通中断处理机制，并提供电源管理功能、全时脉闸控制，支持Secured debug module (EDM) for 2-wire and 5-wire JTAG ICE侦错装置。N801-S可提供单周期乘法指令或17周期的乘法电路，对外搭配1MB区域存储器或不需要，采ARM兼容的AHB-lite或APB汇流排界面等组态。

N801-S锁定8051单芯片、与ARM Cortex-M0等逻辑闸数、设计功耗相近的竞争对手相比，其效能是8051的10倍以上。以90纳米绿色制程制造的N801-S，与竞争对手ARM Cortex-M0在逻辑闸数、设计功耗相近，Andes N8不仅提供硬件除法电路，同时在DMIPS/MHz以及DMIPS/mWatt(每单位毫瓦百万Dhrystone指令运算)数分别为1.08~1.22、62~75，比ARM Cortex-M0的0.9~0.9、53~60提升了20~36%、17~25%不等。

AndesCore N903/N903A处理器

Andes N903/N903A是采单核心5阶管线化设计，具备静态分歧预测电路、快速/短指令乘法与除法硬件加速电路，具备全时脉调控与电源管理。可提供16/32个GPRs及0~32KB弹性化快取配置，总逻辑闸数依配置从46~136K；N903A并提供额外的音讯(Audio)加速指令集。采AHB/AHB-lite/APB/AMI汇流排界面。

以台积电130纳米制程下最大时脉为200MHz，与所设定的竞争对手ARM Cortex-M3相比较，Andes N903/N903A在DMIPS/MHz领先2%，晶粒面积与功耗表现(uW/MHz)减少43%、41%；若与ARM7TDMI与ARM7EJ-S相比，Andes N903/N903A折算出1.36 DMIPS/MHz，在DMIPS/MHz也超越Cortex-Mx系列1.25 DMIPS/MHz的表现。N903晶粒面积与功耗(uW/Mhz)比ARM7TDMI与ARM7EJ-S减少49%、37~48%。

若以矽晶粒面积为横轴、效能为纵轴，N801定位在入门级MCU，锁定的竞争对手为Cortex-M0，N903是进化版MCU，锁定的竞争对手为Cortex-M3与ARM7EJ，N1033A、N1068属于信号处理(Signal processing)等级MCU，锁定的竞争对手为Cortex-M4。

AndeSight整合式开发环境

李明豪提到，客户可藉由AndeShape SoC、VEP SoC Simulator等三合一硬件开发侦错套件，在AndeSight整合式开发环境上开发AndeSoft软件，并且依SoC芯片的需求做存储器、Flash程序化参数、SoC模拟参数配置的调整。AndeSight提供流畅的使用界面供开发MCU，提供程序码压挤功能与针对AndeStar ISA指令集架构最佳化的编译器，提供Andes MCU函式库，芯片ID、SoC暂存器、暂存器缺省值、工具链、除错程序与VEP模拟器设定，快闪存储器程序化参数与存储器配置layout图。较Open Source函式库更能提供50~62%的程序码缩减空间。

AndesCore也可使用2-wire两线式低成本的CJTAG ICE，直接以USB连接ICE并针对N8/N9 MCU平台侦错。另外因应ZigBee在无线传感上的普遍应用，AndeSoft在软件协定堆叠层追加了对ZigBee IEEE 802.15.4协定的支持。

李明豪总结指出，晶心AndesCore 的IP智财，辅以后端AndeSight IDE整合开发环境的协助，帮助业者达成：1.架构轻量化，包含从CPU、平台到工具╱函式库支持链的轻量化；2.风险最低化：提供20小时的训练课程，弹性化的授权商业模式，及CPU与SoC整合的技术谘询；3.成本最佳化：提供小于8051的程序码，相同低成本的2-wire ICE侦错环境，以及低成本高效益的开发评估板，协助业界完成各种嵌入式平台、车用电子、医疗╱工控与无线传感等应用。