用8位單片機(jī)能通過軟件實(shí)現(xiàn)外設(shè)功能嗎？

您聽說過每秒鐘運(yùn)行速度1億次的8位單片機(jī)(MCU)嗎？您可能為提高您的系統(tǒng)速度而不得不改用16位的單片機(jī)或用DSP。當(dāng)您在設(shè)計(jì)您的系統(tǒng)時(shí)您可能需要多個串口，幾路A/D和D/A，或一個紅外數(shù)據(jù)收發(fā)器，最好還能有一個I2C/SPI串行外圍接口，但您可能很難找到一個合適的單片機(jī)滿足您的要求。如果采用SX系列超高速單片機(jī)，這些外部電路可以根據(jù)您的系統(tǒng)要求隨時(shí)添加進(jìn)您的單片機(jī)，而不會額外增加您的成本。

SX系列超高速單片機(jī)是美國SCENIX公司推出的，它的結(jié)構(gòu)和指令與普通的單片機(jī)類似，但它利用其高速性能打造了一個單片機(jī)系統(tǒng)的全新概念“虛擬外設(shè)”。它把許多單片機(jī)會用到的功能通過模塊化的軟件來實(shí)現(xiàn)。由于這種軟件模塊相對獨(dú)立，結(jié)構(gòu)明晰，入口和出口參數(shù)已經(jīng)定義好了，開發(fā)者無須知道模塊是如何實(shí)現(xiàn)的，只需把需要的模塊加到應(yīng)用程序中去即可。

SCENIX公司為什么會想到這個主意呢？在8位嵌入式單片機(jī)領(lǐng)域中，單片機(jī)處理器的結(jié)構(gòu)與20年前仍差不多，但是更加小巧，芯片上也集成了更多的外設(shè)功能和各種存儲器，尺寸也更小。但是，如果將各種應(yīng)用所需的功能都放在單片機(jī)內(nèi)部便會使芯片面積增大，制造成本太高。通常，設(shè)計(jì)人員只能通過修改現(xiàn)有設(shè)計(jì)和重造掩膜，增加所需外設(shè)功能的硅片，才能增加單片機(jī)的功能，以滿足不同領(lǐng)域應(yīng)用的需要。而且，單片機(jī)的供應(yīng)商為滿足特定應(yīng)用對不同性能的需要，必須制造同一器件的不同變體。例如，用于電視機(jī)遙控的單片機(jī)采用8位核心，外圍硅片實(shí)現(xiàn)片內(nèi)ROM和RAM、大量可編程I/O口、時(shí)鐘產(chǎn)生電路和用于紅外（IR）接口的通用異步收發(fā)器（UART）。相同的處理器核心增加了I2C接口就可用于錄像機(jī)和攝像機(jī)。其它應(yīng)用可能需要增加通信功能等等。

也有人嘗試用處理器的部分能力來實(shí)現(xiàn)軟件外設(shè)功能，但是，8位單片機(jī)的吞吐量通常限制了軟件外設(shè)的使用。盡管有時(shí)在單片機(jī)中也加入一兩種軟件外設(shè)功能，但這些功能必須是簡單的、吞吐量較低的而且對時(shí)間不敏感的，而復(fù)雜外設(shè)和高吞吐量外設(shè)功能仍需以硬件實(shí)現(xiàn)。例如，8位單片機(jī)的平均吞吐量接近4MIPS（每秒百萬指令），用軟件實(shí)現(xiàn)100kHz后臺定時(shí)器約需要1.0MIPS吞吐量，19.2kbps的UART約需要1.5MIPS，(((模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）約需5MIPS。這些功能占用單片機(jī)資源太多，往往只能通過硬件來實(shí)現(xiàn)。一些簡單的功能，如I2C/SPI/MICROWIRE串行接口則可以通過軟件來實(shí)現(xiàn)，許多工程師經(jīng)常用軟件實(shí)現(xiàn)低速UART作為硬件UART的補(bǔ)充，滿足雙UART的需要。但是如果需要高速或多軟件UART，普通單片機(jī)就顯得有點(diǎn)力不從心了，更別說A/D轉(zhuǎn)換器、電機(jī)控制器和雙音多頻（DTMF）檢測等其它功能了。對于那些實(shí)時(shí)性比較強(qiáng)或需要中斷來實(shí)現(xiàn)的外圍電路，普通的單片機(jī)由于速度和其中斷響應(yīng)的不可預(yù)見性而應(yīng)用受到限制。