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今天很多學(xué)習(xí)單片機(jī)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(shí)”，正在逐漸淡出大家的視野。但事實(shí)并非如此——有數(shù)據(jù)顯示，2020年全球MCU市場(chǎng)中，雖然32位MCU的占比達(dá)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(chǎng)份額，且毫無“隱退江湖”的意思。
之所以會(huì)出現(xiàn)這種32位和8位MCU兩強(qiáng)并立的局面，和嵌入式市場(chǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(gè)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(gè)方向則是側(cè)重提升控制能力，在這個(gè)方面，8位MCU憑借著在性能、價(jià)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(dāng)?shù)牡匚?，呈現(xiàn)出頑強(qiáng)的生命力。
頑強(qiáng)進(jìn)化的8位MCU
當(dāng)然，在競爭白熱化的MCU市場(chǎng)中，8位MCU這份穩(wěn)固的“基業(yè)”也不是白來的，除了對(duì)以往固有市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)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(jìn)完善的步伐，通過不斷采用芯片設(shè)計(jì)和制造新技術(shù)，甚至是吸收競爭對(duì)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(jìn)化”，可以歸納出以下四個(gè)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(duì)控制功能進(jìn)行優(yōu)化，提升指令的運(yùn)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(jì)和工藝技術(shù)的進(jìn)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(shí)器等外設(shè)功能集成到一顆芯片中，構(gòu)成一個(gè)功能完整、能夠應(yīng)對(duì)特定設(shè)計(jì)所需的解決方案。而且MCU外設(shè)的智能化，還可以分擔(dān)部分CPU內(nèi)核的工作，使得產(chǎn)品能夠兼具功能上的擴(kuò)展和功耗上的優(yōu)化。
3、采用低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)
低功耗原本就是8位MCU的一個(gè)優(yōu)勢(shì)，在此基礎(chǔ)上，越來越多的8位產(chǎn)品也引入了功耗分級(jí)管理策略，可以根據(jù)不同功率等級(jí)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(chǎng)之所以發(fā)展迅速，一個(gè)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(jí)語言完成MCU的應(yīng)用開發(fā)工作。這個(gè)經(jīng)驗(yàn)，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(jì)。
縱觀市場(chǎng)，上述這四種“進(jìn)化”已經(jīng)成為了8位MCU發(fā)展普遍的趨勢(shì)，每個(gè)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(chǎng)的步伐，不斷推出8位MCU新品。Silicon Labs就是在這一“進(jìn)化”過程中，表現(xiàn)可圈可點(diǎn)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(duì)標(biāo)準(zhǔn)8051架構(gòu)的改良之作。
要知道，標(biāo)準(zhǔn)的8051架構(gòu)執(zhí)行一條指令最少要一個(gè)機(jī)器周期，而一個(gè)機(jī)器周期要占用12個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期。Silicon Labs的8位MCU采用的是經(jīng)過特別優(yōu)化的、與標(biāo)準(zhǔn)8051兼容的CIP-51內(nèi)核，該內(nèi)核基于獨(dú)特的流水線結(jié)構(gòu)，將一個(gè)機(jī)器周期由標(biāo)準(zhǔn)的12個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期降為1個(gè)，也就是說單周期指令運(yùn)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(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期內(nèi)完成的，只有四條指令的執(zhí)行需4個(gè)以上時(shí)鐘周期。
同時(shí)，由于CIP-51指令與標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)完全兼容，這也就意味著8051單片機(jī)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(biāo)準(zhǔn)8051的項(xiàng)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(biāo)準(zhǔn)8051內(nèi)核的基礎(chǔ)上，Silicon Labs對(duì)8位MCU產(chǎn)品進(jìn)行了全方位的優(yōu)化和升級(jí)，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(shí)鐘到時(shí)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(jì)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(biāo)識(shí)的EFM8系列MCU。這個(gè)系列的8位MCU實(shí)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(biāo)應(yīng)用的產(chǎn)品組合，由此打造出了一個(gè)完整的8位MCU的產(chǎn)品平臺(tái)，使得后面的產(chǎn)品推新速度大大加快。
圖1：以“小蜜蜂” 為標(biāo)識(shí)的EFM8系列MCU
（圖源：Silicon Labs）
到目前為止，EFM8系列MCU已經(jīng)推出了四個(gè)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(jià)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(kuò)展的外設(shè)單元，以及能夠大幅提升系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)和布局靈活性的交叉開關(guān)設(shè)計(jì)，集低功耗、高集成、資源豐富等特點(diǎn)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(chǎng)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(diǎn)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(qiáng)型脈寬調(diào)制等特性，產(chǎn)品設(shè)計(jì)考慮相當(dāng)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(xì)觀察，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)EFM8 BB5系列MCU身上更多表現(xiàn)不俗的閃光點(diǎn)。
豐富的外設(shè)和接口
EFM8 BB5集成有12位612ksps ADC、2個(gè)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(shí)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(gè)高達(dá)3M波特率的UART，高達(dá)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(shí)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(dòng)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(diǎn)也不為過。
獨(dú)特的定時(shí)器設(shè)計(jì)
在MCU的定時(shí)器（Timer）設(shè)計(jì)上，EFM8 BB5集成有16位通用定時(shí)器，可以比其他MCU中常用的8位定時(shí)器提供更強(qiáng)大的功能。另外，EFM8 BB5中還集成了可編程計(jì)數(shù)器陣列（PCA），提供增強(qiáng)的定時(shí)器和PWM功能，有利于減少CPU的占用，輸出高精度的PWM信號(hào)。
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(cè)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(biāo)識(shí)出了不同電源模式下，MCU各個(gè)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(yùn)行，功耗僅為10μA。
方便的編程與調(diào)試
EFM8 BB5中的閃存支持對(duì)固件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)。片上調(diào)試接口 (C2) 支持MCU在最終應(yīng)用量產(chǎn)時(shí)進(jìn)行在線調(diào)試。該調(diào)試邏輯支持對(duì)內(nèi)存和寄存器進(jìn)行檢查和修改、設(shè)置斷點(diǎn)、單步調(diào)試以及運(yùn)行和停止命令。調(diào)試時(shí)，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(duì)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(gè)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(duì)啟動(dòng)器中特定目標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)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(jí)增值工具。可以說，Simplicity Studio為開發(fā)者提供了從設(shè)計(jì)概念到設(shè)計(jì)實(shí)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(jì)。
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(chǎng)中，32位和8位MCU并存、并重的格局，將是未來相當(dāng)長一段時(shí)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(huì)為我們帶來持續(xù)的價(jià)值。EFM8 BB5系列8位MCU——這只飛入嵌入式市場(chǎng)的新來的“小蜜蜂”，一定會(huì)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！
