从Cygnal C8051F看8位单片机发展之路

文章摘要：2.2 引领Flash ROM潮流的第2次飞跃 当前，嵌入式系统普遍采用Flash ROM技术。Flash ROM的使用加速了单片机技术的发展。基于Flash ROM的ISP/IAP技术，极大地改变了单片机应用系统的结构模式以及开发和运行条件；而在单片机中最早实现Flash ROM技术的是ATMEL公司的AT89Cxx系列。 2.3 内核化SoC的第3次飞跃 MCS-51典型的体系结构以及极好的兼容性，对于MCU不断扩展的外围来说，形成了一个良好的嵌入式处理器内核的结构模式。当前嵌入式系统应用进入SoC模式，从各个角度，以不同方式向SoC进军，形成了嵌入式系统应用热潮。在这个技术潮流中，805

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　　2.2 引领Flash ROM潮流的第2次飞跃

　　当前，嵌入式系统普遍采用Flash ROM技术。Flash ROM的使用加速了单片机技术的发展。基于Flash ROM的ISP/IAP技术，极大地改变了单片机应用系统的结构模式以及开发和运行条件；而在单片机中最早实现Flash ROM技术的是ATMEL公司的AT89Cxx系列。

　　2.3 内核化SoC的第3次飞跃

　　MCS-51典型的体系结构以及极好的兼容性，对于MCU不断扩展的外围来说，形成了一个良好的嵌入式处理器内核的结构模式。当前嵌入式系统应用进入SoC模式，从各个角度，以不同方式向SoC进军，形成了嵌入式系统应用热潮。在这个技术潮流中，8051又扮演了嵌入式系统内核的重要角色。在MCU向SoC过渡的数、模混合集成的过程中，ADI公司推出了ADμC8xx系列，而Cygnal公司则实现了向SoC的C8051F过渡；在PLD向SoC发展过程中，Triscend公司在可配置系统芯片CSoC的E5系列中便以8052作为处理器内核。

3 Cygnal C8051F对80C51的技术突破

　　我们习惯于将各厂家生产的与51兼容的形形色色的单片机系列称之为80C51系列。它们都采用CMOS工艺，并与MCS-51兼容。

　　与MCS-51相比较，80C51已有很大发展。然而，当前Cygnal公司发展的C8051F系列，在许多方面已超出当前8位单片机水平，有许多新的技术概念需要学习与更新。

　　3.1 采用CIP-51内核大力提升CISC结构运行速度

　　迄今为止，MCS-51已成为8位机中运行最慢的系列。为了提升速度，DALLAS公司和PHILIPS公司采用传统的改变总线速度的办法，将机器周期从12个缩短到4个和6个，速度提升有限。

　　Cygnal公司在提升8051速度上采取了新的途径，即设法在保持CISC结构及指令系统不变的情况下，对指令运行实行流水作业，推出了CIP-

51的CPU模式。在这种模式中，废除了机器周期的概念，指令以时钟周期为运行单位。平均每个时钟可以执行完1条单周期指令，从而大大提高了指令运行速度。即与8051相比，在相同时钟下单周期指令运行速度为原来的12倍；整个指令集平均运行速度为原来8051的9.5倍，使8051兼容机系列进入了8位高速单片机行列。

　　3.2 I/O从固定方式到交叉开关配置

　　迄今为止，I/O端口大都是固定为某个特殊功能的输入/输出口，可以是单功能或多功能，I/O端口可编程选择为单向/双向以及上拉、开漏等。固定方式的I/O端口，既占用引脚多，配置又不够灵活。为此，Scenix公司在推出的8位SX单片机系列中，采取虚拟外设的方法将I/O的固定方式转变为软件设定方式。而在Cygnal公司的C8051F中，则采用开关网络以硬件方式实现I/O端口的灵活配置，如图1所示。在这种通过交叉开关配置的I/O端口系统中，单片机外部为通用I/O口，如P0口、P1口和P2口。内有输入/输出的电路单元通过相应的配置寄存器控制的交叉开关配置到所选择的端口上。

图1

　　3.3 从系统时钟到时钟系统

　　早期单片机都是用1个时钟控制片内所有时序。进入CMOS时代后，由于低功耗设计的要求，出现了在一个主时钟下CPU运行速度可选择在不同的时钟频率下操作；或设置成高、低两个主时钟，按系统操作要求选择合适的时钟速度，或关闭时钟。而Cygnal公司的C8051F则提供了一个完整而先进的时钟系统，如图2所示。在这个系统中，片内设置有一个可编程的时钟振荡器（无需外部器件），可提供2、4、8和16 MHz时钟的编程设定。外部振荡器可选择4种方式。当程序运行时，可实现内外时钟的动态切换。编程选择的时钟输出CYSCLK除供片内使用外，还可从随意选择的I/O端口输出。

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