恩智浦M0+內核全新LPC800 MCU初探
- 陳毅斌
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恩智浦推出其全新微控制器產品——LPC800系列並介紹其細部功能，這是其基於ARM迄今為止最小且功耗最低的內核——ARM Cortex M0+的首款MCU。作為ARM Cortex-M0和LPC產品的長期使用者，使用者一直都在期待能深入探究M0+晶片的細節，發現它與其他Cortex-M系列相通的地方。
M0+晶片基於極受歡迎的Cortex-M0內核，因此很可能會針對同一市場再細分成著重功率和成本敏感的嵌入式解決方案，在該解決方案中整體晶片尺寸、效率以及電池壽命是重要的考慮因素。Thomas Ensergueix在其部落格“ARM Cortex-M0+：不僅僅是低功耗處理器”中，論述了其與Cortex-M0的許多關鍵差別，但在這裡仍值得重點介紹一下其中一項最大的改進。
促使M0+運行功耗更低的關鍵因素之一是全新的兩級流水線。正如ARM在其文章“Cortex-M0+處理器簡介：低功率的終極解決方案”中所解釋的那樣：
這是ARM首次設計具有兩級流水線架構的處理器，其在提升性能的同時，維持了相同的高頻率。最後的成果非常振奮人心。在Dhrystone迴圈功耗分析測試中，Cortex-M0+處理器消耗的動態功耗僅是現有Cortex-M0處理器的三分之二。...通過採用兩級流水線設計，處理器的陰影分支得以降低，從而削減了快閃記憶體的存取次數。在微控制器所消耗的功耗中，快閃記憶體功耗往往佔了很大一部分比例，因此，減少快閃記憶體的存取次數會對總體功耗產生直接的影響。」
M0+現在還支持單迴圈IO（相對於M0的雙迴圈），其快速位拆裂等功能的速度可能達到M0的兩倍...所有這些都具有較小的總佔板空間和較低的功耗。這點非常重要，因為我經常發現自己傾向於通過M3獲取額外的性能提升，但是既然M0+可在更小的內核上幾乎同樣有效地執行某些IO任務，那麼我也能通過較低的總體功耗和BOM成本獲得類似的性能。
外設與架構改進同樣重要，它是所有神奇的來源，也是任何事實決定的基礎。ARM通過其內核向每家公司都提供了公平的競爭環境。
恩智浦將LPC800定位為基本8位元MCU的直接替代產品，這對於如此小型和高效的內核來說非常自然；恩智浦現有產品已經很好地涵括從M0到M3到M4的整個範圍(針對M0的LPC1100、針對入門級M3的LPC1300、針對高階M3的LPC1700和LPC1800以及針對M4 DSP型處理和高度嵌入式提升的LPC4300)。
首款真正基於ARM的8位元替代產品
可能和很多人一樣，我也期待與廣受歡迎的LPC1100系列相似的M0+版本(儘管我想這也是工作成果)。但是在產品發布後，恩智浦已經做出明智的決定，將其首款M0+晶片定位為8位元到32位應用的連接橋樑，因為其已完全涵括其餘的深度嵌入式產品。目前已經有很多關於ARM將統佔嵌入式領域的言論，但現實情況是，8位元應用與入門級M0元件(如LPC1100晶片等)之間仍存在巨大的鴻溝，並且它們無法使用SW或MCU內核。許多8位元架構佔主導地位的低成本產品仍採用TSSOP或DIP封裝，通過手工或波峰焊進行裝配(也有極少數例外，比如DIP LPC1114)，但是ARM在很大程度上已被限定於採用QFN、QFP或BGA等更現代、機器可放置的封裝。價格也是一個問題，即便1美元的LPC111x晶片在其剛推出時在價格上是一個突破(它們現在依然非常有價值！)，但價格為0.39美元、採用類似DIP和TSSOP封裝的LPC800晶片一經推出，定價規則將被徹底改變。
全新外設
拿到了一個早期樣品後，我迫切想瞭解該晶片的技術細節，並開始動手測試一些外設時，我還要提一下這款全新晶片的關鍵功能：
全新的開關矩陣可極大地提升靈活性，只需一行代碼就能將任意功能輕鬆指定到任意引腳。它的主要優勢是能夠通過引腳和功能的重新映射來創建小型且簡潔的2層電路板。內核IP模組已得到簡化，使得對I2C、SPI和USART的操作更加輕鬆；將驅動程式添加到ROM中，節省了寶貴的快閃記憶體空間並避免代碼膨脹，同時使其更適合於在低功耗情形下使用(比如將SPI時鐘從核心時鐘中分離，該核心時鐘之前必須以4倍的SPI時鐘頻率運行)。
另外值得關注的是，該晶片還帶有一個全新的模式匹配引擎(用於引腳狀態組合可配置為引發中斷的中斷)，帶16位和32位計時器/計數器、用於可程式設計狀態管理的狀態可配置計時器(SCT)，以及一個具有內部或外部參考電平的模擬比較器。恩智浦在其官方公告(http://www.nxp.com/news/press-releases/2012/11/nxp-revolutionizes-simplicity-with-lpc800.html)中已經對LPC800進行了詳盡的描述，但是我有機會通過實際硬體和代碼來更加深入瞭解這些全新外設，並在此基礎上就我認為可解決的問題提出了更多的想法。我們期待能夠就該晶片撰寫更多內容並進行實際測試...真正見證只有指甲那麼大且採用8位元封裝的晶片的潛力究竟有多大！(資料來源提供: LPCnow.com、恩智浦半導體)
