Перспективы 8-разрядных микроконтроллеров

По мере развития встраиваемых электронных систем постоянно растут требования к производительности и функциональности микроконтроллеров. В сфере микроэлектронных устройств 8-разрядные архитектуры уже давно стали стандартом де-факто, но что ждет их в дальнейшем и как могут запросы рынка отразиться на продуктах, предлагающихся на рынке микроконтроллеров в данный момент? Мы попробуем дать ответы на эти вопросы на примере продукции компании Freescale Semiconductor, мирового лидера в области производства и продаж 8-разрядных микроконтроллеров.

Согласно статистическим данным 8-разрядные микроконтроллеры занимают около 40% рынка микроэлектронных устройств, предназначенных для встраиваемых систем. И несмотря на бурный рост в сфере использования 32-разрядных МК (а это около 12% в год), их объем продаж почти вдвое меньше аналогичных показателей для 8-разрядных МК. Таким образом, в большинстве недорогих массовых применений 8-разрядные архитектуры по-прежнему остаются самыми востребованными, что объясняется спецификой данных приложений важны не столько мегагерцы тактовой частоты, сколько функциональность всего микроконтроллера. В противовес вычислительным машинам, встраиваемая система создается вокруг исполнительных устройств и датчиков, а микроконтроллер, хоть и играет управляющую роль в такой системе, является лишь средством, обеспечивающим функционирование всех входящих в систему компонентов и необходимые интерфейсы для связи с внешним миром. Именно поэтому того запаса по производительности, который есть на сегодня, вполне достаточно, чтобы отвечать растущим запросам рынка.

Производительность и низкое энергопотребление

С одной стороны, это два взаимоисключающих фактора, и разработчики, если им необходим МК с малым потреблением, зачастую руководствуются оценкой потребляемого тока в режиме прикладной программы, а ток потребления в спящем или ждущем режиме упускают из вида. Однако в большом количестве приложений микроконтроллеру необязательно все время находиться в рабочем режиме, поэтому при расчете суммарного потребления МК на первый план выходит наличие у него различных режимов энергосбережения и его потребление в этих режимах.

На рисунке показан пример приложения, в котором каждые 5 с необходимо опрашивать датчик и затем производить определенные действия по обработке полученных данных. На рисунке разным цветом показаны графики энергопотребления для трех случаев:

1)МК все время работает на тактовой частоте 16 кГц (энергопотребление 100 мкА);

2) МК находится в спящем режиме, «просыпаясь» по таймеру периодических прерываний, работающему от кварцевого резонатора с тактовой частотой 32 кГц (потребление 5 мкА);

3) К находится в спящем режиме, «просыпаясь» по таймеру периодических прерываний, работающему от RC-генератора (потребление 1 мкА).

График энергопотребления МК в разных режимах

Потребление в рабочем режиме на максимальной тактовой частоте составляет 5 мА, время нахождения в этом режиме 100 мкс. При подсчете также учитывается потребление при переходе из спящего режима в рабочий режим и обратно. В итоге: для первого случая суммарное потребление составляет 100 мкА, для второго чуть больше 5 мкА, а для последнего случая 1,4 мкА, то есть почти в 70 раз меньше!

Таким образом, получается, что для низкого энергопотребления наиболее важными параметрами являются потребление в спящем (или ждущем) режиме и производительность микроконтроллера при низком напряжении питания чем быстрее он выполняет свою задачу, тем меньше находится в режиме максимального потребления тока.