一、嵌入式无线需要32位微控制器
集成电路,特别是SoC(片上系统)技术的发展,使需要低功耗、低成本的嵌入式应用市场发生了天翻地覆的变化。以ARM微控制器为代表的一批新型、高性能、低功耗、低价格微处理器的诞生和快速成长,使嵌入式产品的开发和应用开始广泛地进入到了32位的新时代。
采用ARM32位结构的微控制器同目前市场上的8位微控制器比较,在价格上的差异越来越小,但是在性能上却有很大的提高。这些32位的微控制器在单芯片中,除了集成有大量的输出、输入接口、串口、以太网接口、A/D转换器等外,还集成了256KB~2MB闪存、20KB~100KB静态存储器(SRAM),从而构成了一个高速、高性能的32位片上系统。这将为嵌入式系统的设计和应用提供更多的灵活性和更多的选择性,进而大大推动嵌入式设计应用向更深的层次发展。
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在以ARM为核心的32位微控制器快速成长的同时,无线通信和无线网络技术近年来也有了迅速的发展。蓝牙无线网络技术经过多年的努力,特别是在无线语音、PC外设等方面有了很大发展;WiFi(IEEE802.11高速无线网络标准)/GSM网络/ZigBee(IEEE802.15.4无线网络标准)同样开始取得长足的进展并得到广泛的应用。
由于以ARM为核心的32位微控制器将其大量的资源集成在芯片内部,包括I/O、存储器、通信接口等,使系统电路板需要的空间大大简化,而且一些对高频通信可能产生的干扰的噪声大大减少,加上可以用电池供电和具有低功耗模式等新的特点,因此越来越多的无线网络和其他短距离无线通信系统开始采用以ARM为核心的32位微控制器来进行设计。
将高性能、低功耗的ARM微控制器同目前新兴的ISM波段短距离无线通信技术和各种新兴的无线网络技术相结合,将是未来嵌入式设计的一个“热点”,也是一个“难点”。对广大电子工程师和单片机工程师而言,这将是一个具有很大挑战性,探索性的工作。
二、32位嵌入式设计“热点”——无线通信和无线网络
无线通信和无线网络技术近年来获得了迅猛的进展,各种新的无线标准如雨后春笋般涌现,通信可靠性越来越高,而功耗越来越低。
无线通信和无线网络的发展,对无线通信和无线网络系统使用的微控制器提出了全新的要求。主要有以下几点:
1.更快的处理速度
无线网络的速度越来越快,不仅要在瞬间处理大量的数据包装,还要处理图像、进行语音压缩等。这些都要求具有更快速的实时处理能力。同时,还要可以更容易地得到实时操作系统(RTOS)、图形处理软件技术的支持。
2.更强的网络拓扑路由处理
像ZigBee无线网络系统,需要能处理更多无线节点和进行更快、更复杂的网状网络路由计算,而且要求实时完成,而采用8位微处理器的无线网络系统在节点处理数量、路由计算速度方面都远远不能满足要求。
3.更加安全算法
无线通信的网络安全算法,也需要大量的实时计算能力,来实现各种复杂的网络加密计算。
4.需要更大的程序存储器空间和数据存储器空间,以及更多的通信接口
采用以ARM为核心的32位微控制器,作为无线网络的基带处理器,可以满足大多数高速无线通信和无线网络系统的基本要求。
对于无线网络路由器、无线网关、无线抄表集中器、工业控制设备、WiFi热点、大型高速网络覆盖接入器设计等,以ARM为核心的32位微控制器可以提供更大的网络节点容量、更快的路由算法、更复杂的加密算法等,从而使系统更加可靠和高效。
对于无线数字家庭显示单元、无线控制设备、高级无线手持终端、无线测试设备、无线网络监控仪器、汽车电子等无线产品开发,采用以ARM为核心的32位微控制器可以驱动高分辨率的图形显示功能,使无线通信和无线网络产品具有更好的直观性和更良好的监视界面。再加上实时操作系统(RTOS)和图形界面(GUI)的支持,可以大大缩短无线应用产品的开发时间,更快上市,争取商机。
三、嵌入式无线设计的“难点”——“三大难关”
1.ARM技术是第1关
对于很多电子工程师和单片机工程师而言,最新的以ARM为核心的32位微控制器是挡在面前的第1座大山。ARM微控制器的芯片虽然小,但是结构非常复杂,仅是英文原厂数据手册就有几百页;从汇编语言到C语言,加上RTOS、GUI编程,哪一样都不简单;各种新名词、新技术,