随手拈来：32位处理器致力8位应用
要点
价格较低的 32 位处理器正开始面向 8 位和 16 位体系结构。
32 位处理器的待机功耗要比8 位和 16 位体系结构大得多。
混合的8 位与 32 位的实现方法使得渐进的转移成为可能。
廉价的 32 位处理器可能会开辟新的应用空间，而不是替换 8 位和 16 位处理器。
一种新型的低成本 32 位器件正侵占原来 8 位和16 位处理器独占的市场份额。根据 Isuppli公司 2004 年微控制器市场预测，8 位器件占总销量的40%以上。然而，既有的8 位和16 位处理器向32位处理器转移的假想是：这些体系结构的成本会随着制造尺寸的不断减小而趋于相同。尽管32 位内核需要更多的门电路，因而会占用更多的芯片面积（一般要比 8 位内核所需的芯片面积大3倍以上），但处理器内核本身占用的器件芯片面积却比较少。并且，随着制造工艺加工尺寸的缩小，与片上内存和外设相比，处理器内核占用芯片面积的百分比继续在减小（图 1）。
事实上， 0.18mm和0.18mm以下制造工艺，能使半导体制造商生产出与高端8位处理器成本相当的 32 位微控制器。Atmel公司 和 Philips公司 现在供应的基于 ARM7 的微控制器，包括专有体系结构扩展与直接满足高端8位系统应用开发者需求的各种特性在内，其售价只有3美元。但这一举动并不标志着 8 位微控制器开始寿终正寝。事实上，几乎没有8位和16位应用系统将会转移到较大体系结构的。
新的8 位微控制器在功能和性能上继续在提高——达到 100 MIPS，而32位处理器在性能和成本方面则不断下降（见附文《压榨 16 位结构》）。廉价32 位微控制器的可能性不会改变处理器体系结构的评估过程，但确实会增加设计团队可用的实现方法的数量。这些廉价 32 位处理器的可用性可能标志着一个新兴应用领域——灰色领域的开始。在这一灰色领域内，选择较小的还是较大的处理器体系结构不再是事先准备好的。
选择合适的微控制器是影响设计项目成功的一个重大决策。目标就是所选的微控制器体系结构能最大程度满足设计规范，并使总的系统成本降到最低，其中包括使用该处理器进行现在和未来设计时的设计要求和资源需求。虽然价格和性能是主要考虑因素，但其它因素，例如体系结构是否内含最适宜的存储器与外设组合，是否适用于低功耗应用等，也会对设计团队造成影响。设计师还要确定：处理器及其相应的开发工具是否会降低不能按时完成设计或面市的风险；器件系列在价格、功能与性能诸方面能否按比例升降，从而，使设计团队更快地对市场变化作出响应。
为什么要转移？
具有8 位内核的微控制器能成功地支持各种需要电动机控制功能、简单传感器和开关的应用系统。这些微控制器也应用于低端消费类产品中，并能替代机械测量仪器。现在仍有20多家 8 位处理器厂商在始终如一地、定期地推出新的器件和系列，而且对大多数应用系统来说，8 位体系结构是绰绰有余的。虽然如此，有几种推动力仍在驱使32位体系结构向下打入高端 8 位和 16 位处理器市场。
提高计算性能和加大存储容量是驱使8 位设计向更宽体系结构转移的主要推动力。人们需要更高效的电动机控制器来满足能源标准，这一要求正在提升一些电动机控制系统的计算性能要求。加密技术使用的增长也正在提高计算性能要求。支持上网并需要网络栈的智能设备正在提高内存的要求。为保持灵活性，有些应用系统正在用 8 位或 16 位处理器来实现各种功能，如音频解码、图像处理以及作为软件而不是外部硬件的软调制解调器。支持多功能的应用系统可能需要采用 RTOS 来管理复杂的功能，这会提高对系统内存的要求。
8 位体系结构的数据宽度会限制这些器件完成实时计算的数量。一只 8 位处理器必须以更快的速度运行才能处理各种更宽的数据，而 16 位和 32 位处理器采用一种寄存器和总线结构来更自然地处理起这些较宽的数据。有些 32 位处理器可以进行 SIMD（单指令多数据）算术运算，可同时处理多个 8 位数据。8 位处理器要支持这些应用系统不断加大的计算负载，外部硬件扩展就必须承担更重的工作。
地址寄存器的存储容量会限制8 位或16位体系结构的可寻址存储空间。当对存储容量的需求超过64k字节时，使用8位或16位处理器就不太合理了。有些8位体系结构支持64k字节以上甚至达到1M字节的可寻址内存，但超出64k字节的地址空间会增加复杂性，因为它需要处理另外一层指针或对寄存器进行分页。 8位处理器的网络栈可通过特许获得使用，但必定会失去对某些功能的支持，才能适应有限的存储器安装空间。有些小尺寸的 RTOS也同样要在特性与硬件复杂性之间作出折衷以支持小的存储器安装空间。
成本不是唯一因素
虽然存在着应用系统要负担日益增加的计算负荷和可寻址存储需求这样的发展趋向，但 与廉价的32位处理器相比，8 位处理器仍然具有某些优点。8位器件之所以采用包括 0.5mm工艺在内的较老式的制造技术，乃是因为它们能实现较低的价格，而且还因为采用小得多的加工尺寸会带来不利的影响。一方面，尺寸比较大，漏电流就较小。另一方面，大多数8位器件包含的模拟外设也不会因加工尺寸的减小而缩小。
德州仪器公司微控制器营销总监 Mark Buccini 指出：“用 0.18mm和0.18mm以下制造技术制造的各种器件，其漏电流会限制它们在低功耗系统中的应用。”事实上，将 8 位处理器和 32 位处理器等待机状态功耗值（已公布的统计数据）作一个对比，就可以看出 8 位处理器要比32位处理器低两个数量级。对要求处理器基本上保持待机运行状态的系统来说，这一差别是很重要的，而且会随着 32 位处理器采用更小尺寸的制造工艺而变得更加明显。
8 位体系结构规定用较少位数进行运行，所以其代码密度高于 16 位和 32 位体系结构。为提高代码密度，有些 32 位体系结构采用 16 位体系结构模式作为折衷方法；这些 16 位指令集只支持最常用的指令。为了使用这些 16 位指令，处理器可能需要一个运行模式切换开关，这就会增加软件代码的复杂性，并带来开关所引起的时间延迟。ARM Thumb2 指令集与原来的 Thumb 指令集相比改进了执行性能。对8位和32位两种处理器上由编译器产生的代码的代码密度进行比较并不是一目了然的，因为代码密度测量编译器效率的精度常常要比处理器可用指令集更高。
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