今天很多學(xué)習(xí)單片機和嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的人，都是從基于Arm的32位微控制器（MCU）起步的，因此在不少人看來，8位MCU已經(jīng)是“過去時”，正在逐漸淡出大家的視野。但事實并非如此——有數(shù)據(jù)顯示，2020年全球MCU市場中，雖然32位MCU的占比達到了55%，穩(wěn)居首位，但是8位MCU這位“老戰(zhàn)士”依然十分“能打”，占據(jù)著43%的市場份額，且毫無“隱退江湖”的意思。

之所以會出現(xiàn)這種32位和8位MCU兩強并立的局面，和嵌入式市場的結(jié)構(gòu)特點不無關(guān)系。要知道，嵌入式系統(tǒng)的最終應(yīng)用千差萬別，因此性能并非是所有應(yīng)用考慮的首要因素，這就造成了MCU產(chǎn)品的演化道路發(fā)生了分支——一個方向以32位MCU為代表，著力于通過更高的性能去滿足高速大量信息處理的需要，由此發(fā)展出的各種MCU新技能很是讓人眼花繚亂；而另一個方向則是側(cè)重提升控制能力，在這個方面，8位MCU憑借著在性能、價格、功耗、可靠性及穩(wěn)定性上完美的“平衡”表現(xiàn)，仍然占據(jù)著相當?shù)牡匚唬尸F(xiàn)出頑強的生命力。

頑強進化的8位MCU

當然，在競爭白熱化的MCU市場中，8位MCU這份穩(wěn)固的“基業(yè)”也不是白來的，除了對以往固有市場優(yōu)勢的傳承，更重要的是這些年來， 8位MCU在技術(shù)上一直沒有停止過改進完善的步伐，通過不斷采用芯片設(shè)計和制造新技術(shù)，甚至是吸收競爭對手32位MCU的一些新“玩法”，才經(jīng)受住了歲月的洗禮，歷久彌新。

觀察過去十年來發(fā)生在8位MCU身上的一些重要的“進化”，可以歸納出以下四個方面。

1、優(yōu)化MCU內(nèi)核

既然不能在算力性能上與32位Arm處理器內(nèi)核硬鋼，8位MCU就在自己的內(nèi)核結(jié)構(gòu)上挖潛，針對控制功能進行優(yōu)化，提升指令的運行效率，力求在控制功能上不輸于、甚至優(yōu)于32位MCU。

2、集成更豐富的外設(shè)

得益于芯片設(shè)計和工藝技術(shù)的進步，使得今天8位MCU也可以像32位產(chǎn)品那樣將越來越多的模擬、接口、振蕩器、定時器等外設(shè)功能集成到一顆芯片中，構(gòu)成一個功能完整、能夠應(yīng)對特定設(shè)計所需的解決方案。而且MCU外設(shè)的智能化，還可以分擔部分CPU內(nèi)核的工作，使得產(chǎn)品能夠兼具功能上的擴展和功耗上的優(yōu)化。

3、采用低功耗設(shè)計技術(shù)

低功耗原本就是8位MCU的一個優(yōu)勢，在此基礎(chǔ)上，越來越多的8位產(chǎn)品也引入了功耗分級管理策略，可以根據(jù)不同功率等級的需要開啟或關(guān)閉相應(yīng)的片上功能單元，極大地優(yōu)化整體功耗表現(xiàn)。

4、提供易用的開發(fā)環(huán)境

32位MCU應(yīng)用市場之所以發(fā)展迅速，一個很重要的原因在于與其配套的完整、簡單易用的軟件開發(fā)環(huán)境（IDE），以及圍繞這IDE的其他軟件資源和豐富的例程，這使得開發(fā)者能夠基于高級語言完成MCU的應(yīng)用開發(fā)工作。這個經(jīng)驗，8位MCU也學(xué)到了，并且學(xué)以致用，如今8位MCU的配套開發(fā)工具也變得越來越好用，生態(tài)也越來越完善，大大地簡化和加速了8位MCU的應(yīng)用開發(fā)設(shè)計。

縱觀市場，上述這四種“進化”已經(jīng)成為了8位MCU發(fā)展普遍的趨勢，每個MCU廠商也都遵循著這樣的思路，在自身技術(shù)積淀基礎(chǔ)上，緊跟市場的步伐，不斷推出8位MCU新品。Silicon Labs就是在這一“進化”過程中，表現(xiàn)可圈可點的一家。

8051中的“小蜜蜂”

Silicon Labs的8位MCU內(nèi)核采用的是廣為人知的8051架構(gòu)，但其已經(jīng)是對標準8051架構(gòu)的改良之作。

要知道，標準的8051架構(gòu)執(zhí)行一條指令最少要一個機器周期，而一個機器周期要占用12個系統(tǒng)時鐘周期。Silicon Labs的8位MCU采用的是經(jīng)過特別優(yōu)化的、與標準8051兼容的CIP-51內(nèi)核，該內(nèi)核基于獨特的流水線結(jié)構(gòu)，將一個機器周期由標準的12個系統(tǒng)時鐘周期降為1個，也就是說單周期指令運行速度變?yōu)樵瓉淼?2倍，內(nèi)核的指令處理效率大為提升。CIP-51內(nèi)核70%指令的執(zhí)行是在1-2個系統(tǒng)時鐘周期內(nèi)完成的，只有四條指令的執(zhí)行需4個以上時鐘周期。

同時，由于CIP-51指令與標準8051指令系統(tǒng)完全兼容，這也就意味著8051單片機豐富的開發(fā)資源，基于CIP-51內(nèi)核的8位MCU也可以“拿來”作為參考資料，原來采用標準8051的項目都可以非常方便的移植到Silicon Labs的8位MCU上。

在用CIP-51內(nèi)核替代標準8051內(nèi)核的基礎(chǔ)上，Silicon Labs對8位MCU產(chǎn)品進行了全方位的優(yōu)化和升級，包括：將I/O口從固定方式改變成交叉開關(guān)配置方式（Crossbar），提高了I/O交互的靈活性；從系統(tǒng)時鐘到時鐘系統(tǒng)、從引腳復(fù)位到多源復(fù)位，以及低電壓供電，為低功耗設(shè)計提供了極佳的支持；從傳統(tǒng)的方針調(diào)試到基于Silicon Labs私有的兩線制C2接口的系統(tǒng)調(diào)試等等。

這些舉措使得Silicon Labs的8位MCU產(chǎn)品煥然一新，最終形成了以“小蜜蜂”為標識的EFM8系列MCU。這個系列的8位MCU實際上就是以CIP-51內(nèi)核為核心，集成不同的外設(shè)單元，以適應(yīng)不同目標應(yīng)用的產(chǎn)品組合，由此打造出了一個完整的8位MCU的產(chǎn)品平臺，使得后面的產(chǎn)品推新速度大大加快。

到目前為止，EFM8系列MCU已經(jīng)推出了四個子系列的產(chǎn)品，包括：主打超低功耗的EFM8 SB（Sleepy Bee）系列，高精度模擬特性突出的EFM8 LB（Laser Bee）系列，作為小尺寸、低功耗USB微控制器的EFM8 UB（Universal Bee）系列，以及致力于成為用戶價值之選的EFM8 BB（Busy Bee）通用MCU系列。

圖2：EFM8系列MCU產(chǎn)品特性（圖源：Silicon Labs）

從圖2中可以看出，其中的EFM8 BB系列定位是通用、高性能的MCU，其具有靈活可擴展的外設(shè)單元，以及能夠大幅提升系統(tǒng)PCB設(shè)計和布局靈活性的交叉開關(guān)設(shè)計，集低功耗、高集成、資源豐富等特點于一身，可以說是開發(fā)低成本嵌入式設(shè)備的理想之選，應(yīng)用場景極為廣泛。今天我們就來特別介紹一下EFM8 BB系列中，新來的一只“小蜜蜂”——EFM8 BB5系列。

表現(xiàn)不俗的EFM8 BB5

Silicon Labs的EFM8 BB5通用8位MCU系列，包括EFM8BB51和EFM8BB52，它們共同的特點就是采用主頻50MHz的高效CIP-51內(nèi)核，在小尺寸單片封裝中集成了豐富的模擬和通信外設(shè)，支持5V I/O，具備精密模擬和增強型脈寬調(diào)制等特性，產(chǎn)品設(shè)計考慮相當周全，常適合用于嵌入式應(yīng)用。

其中，EFM8BB51采用20引腳TSSOP和QFN封裝，額定工作電壓為1.8V至5.5V；EFM8BB52采用20引腳和32引腳的QFN封裝，或者20引腳和28引腳的TSSOP封裝，額定工作電壓為1.8V至5.5V。

圖3：EFM8BB51 8位MCU系統(tǒng)框圖（圖源：Silicon Labs）
圖4：EFM8BB52 8位MCU系統(tǒng)框圖（圖源：Silicon Labs）

仔細觀察，我們會發(fā)現(xiàn)EFM8 BB5系列MCU身上更多表現(xiàn)不俗的閃光點。

豐富的外設(shè)和接口

EFM8 BB5集成有12位612ksps ADC、2個模擬比較器、可調(diào)節(jié)和靈活選擇的參考電壓，這些高精度的模擬功能使得該MCU即使在VDD噪音下也能實現(xiàn)精確控制和響應(yīng)。

在通信和數(shù)字外設(shè)方面，EFM8BB5包含2個高達3M波特率的UART，高達12Mbps的SPI，400kbps的SMBus/I2C接口，16位CRC硬件單元，支持256字節(jié)flash的CRC生成。

在I/O接口上，EFM8 BB5提供了豐富的GPIO引腳，且所有引腳在偏置時均能提供5V電壓，EFM8BB52的5mA拉電流、12.5mA灌電流特性可直接驅(qū)動LED。用“蜜蜂雖小，五臟俱全”來形容EFM8 BB5提供的豐富外設(shè)和接口資源，一點也不為過。

獨特的定時器設(shè)計

在MCU的定時器（Timer）設(shè)計上，EFM8 BB5集成有16位通用定時器，可以比其他MCU中常用的8位定時器提供更強大的功能。另外，EFM8 BB5中還集成了可編程計數(shù)器陣列（PCA），提供增強的定時器和PWM功能，有利于減少CPU的占用，輸出高精度的PWM信號。

優(yōu)化的低功耗特性

在電源管理方面，EFM8 BB5配備有為CPU內(nèi)核供電的內(nèi)部LDO穩(wěn)壓器，上電復(fù)位電路和掉電檢測器。該器件提供正常工作（Normal）、空閑（Idle）、休眠（Snooze）、關(guān)閉（Shutdown）四種電源模式——在圖3和圖4中明確標識出了不同電源模式下，MCU各個功能單元的工作狀態(tài)——其中休眠模式下支持低頻振蕩器（LFO）運行，功耗僅為10μA。

方便的編程與調(diào)試

EFM8 BB5中的閃存支持對固件進行現(xiàn)場升級。片上調(diào)試接口 (C2) 支持MCU在最終應(yīng)用量產(chǎn)時進行在線調(diào)試。該調(diào)試邏輯支持對內(nèi)存和寄存器進行檢查和修改、設(shè)置斷點、單步調(diào)試以及運行和停止命令。調(diào)試時，所有模擬和數(shù)字外設(shè)均功能齊全。

加速你的8位MCU開發(fā)

通過上面的介紹，想必大家對于EFM8 BB5系列8位MCU的硬件特性已經(jīng)有了很全面的了解。不過，想要快速完成一個8位MCU的應(yīng)用開發(fā)，除了硬件產(chǎn)品組合，軟件工具和配套的開發(fā)套件也是必不可少的。

作為Silicon Labs 8位MCU的軟件“良伴”，Simplicity Studio可以為廣泛的產(chǎn)品組合提供核心開發(fā)環(huán)境，其功能包括：對啟動器中特定目標設(shè)備的Web和SDK資源的訪問；軟件和硬件配置工具；具有行業(yè)標準代碼編輯器、編譯器和調(diào)試器的IDE；以及用于網(wǎng)絡(luò)分析和代碼相關(guān)能耗分析器的高級增值工具。可以說，Simplicity Studio為開發(fā)者提供了從設(shè)計概念到設(shè)計實現(xiàn)所需的一切，讓開發(fā)過程更簡單、更快捷、更高效。

在開發(fā)套件方面，分別與EFM8BB51與EFM8BB52配套的學(xué)習(xí)套件BB51-EK2700A和BB52-EK2701A也已經(jīng)上架，套件包含MCU以及Qwiic和Click傳感器，以及全功能板載調(diào)試器，幫助工程師快速上手EFM8 BB5，完成應(yīng)用方案的原型設(shè)計。

圖5：EFM8BB51與EFM8BB52配套的學(xué)習(xí)套件（圖源：Silicon Labs）

毋庸置疑，在嵌入式應(yīng)用市場中，32位和8位MCU并存、并重的格局，將是未來相當長一段時間內(nèi)的主旋律，因此在8位MCU應(yīng)用開發(fā)上的持續(xù)關(guān)注和投入，仍然會為我們帶來持續(xù)的價值。EFM8 BB5系列8位MCU——這只飛入嵌入式市場的新來的“小蜜蜂”，一定會為你未來的8位MCU應(yīng)用開發(fā)之旅，帶來更多的“甜蜜”和樂趣——不信，你就來“嘗”一下！

來源：貿(mào)澤電子
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審核編輯 黃宇