从Cygnal C8051F看8位单片机发展之路

　　摘要 80C51是一个独特的8位单片机系列。80C51从早期Intel公司的MCS-51到PHILIPS、ATMEL等公司发展的80C51系列MCU，再到Cygnal公司最新推出的C8051F，表明了单片机的典型发展过程。Cygnal的C8051带SoC色彩，集成了嵌入式系统的许多先进技术。这些先进技术对8位MCU的发展会有推进作用。

　　关键词 C8051F CIP-51 交叉开关 JTAG接口 SoC

　　在嵌入式系统低端的单片机领域，从8位单片机诞生至今，已近30年，在百花齐放的单片机家族中，80C51系列一直扮演着一个独特的角色。Cygnal 推出C8051F更令业界人士刮目相看。回顾历史，在Intel公司推出了MCS-51不久便实施了最彻底的技术开放政策；在众多电器商、半导体商的积极参与下，将MCS-51发展成了众多型号系列的80C51 MCU家族。MCS-51经典的体系结构、极好的兼容性和Intel公司的开放政策不仅使众多厂家参与发展，也诱使半导体厂家对MCS-51实行为所欲为的改造。由于MCS-51提供的最佳兼容性，使MCS-51在被"肢解"式改造后，还能以不变的指令系统、基本单元的兼容性保持着8051内核的生命延续，并在未来SoC发展中，担任8位CPU内核的重任。回顾80C51系列从MCS-51、80C51到C8051F的过程，我们可以深刻领会到单片机发展的一些规律性东西。

1 嵌入式应用中的8位机现象

　　与从8位机迅速向16位、32位、64位过渡的通用计算机相比，8位单片机从20世纪70年代初期诞生至今，虽历经从单片微型计算机到微控制器、MCU和SoC的变迁，8位机始终是嵌入式低端应用的主要机型，而且在未来相当长的时间里，仍会保持这个势头。这是因为嵌入式系统和通用计算机系统有完全不同的应用特性，从而走向完全不同的技术发展道路。

　　嵌入式系统嵌入到对象体系中，并在对象环境下运行。与对象领域相关的操作主要是对外界物理参数进行采集、处理，对外界对象实现控制，并与操作者进行人机交互等。而对象领域中的物理参数的采集与处理、外部对象的控制以及人机交互所要求的响应速度有限，而且不会随时间变化。在8位单片机能基本满足其响应速度要求后，数据宽度不成为技术发展的主要矛盾。因此8位单片机会稳定下来，其技术发展方向转为最大限度地满足对象的采集、控制、可靠性和低功耗等品质要求。

　　随着现代通信技术的发展，智能化系统对DSP需求的增长要求单片机相应提高运算速度。当前8位单片机在不扩展数据总线的情况下，提高运行速度仍有潜力可挖。例如，采用RISC结构实现并行流水线作业，CISC结构的C8051F采用CIP-8051结构，使单周期指令速度提高到原8051的12倍。

　　鉴于嵌入式低端应用对象的有限响应要求、嵌入式系统低端应用的巨大市场以及8位机具有的速度潜力，可以预期在未来相当长的时间内，8位机仍然是嵌入式应用中的主流机型。

　　随着半导体技术的发展，8位单片机在CPU结构、CPU外围、功能外围、外围接口和集成开发环境方面都会迅速地发展；因此，可以说8位单片机虽然"古老"，但又会是一个十分活跃而新兴的嵌入式领域。80C51系列从Intel公司的MCS-51发展到Cygnel公司的C8051F的过程充分地说明了这一点。

2 8位单片机中的80C51现象

　　在8位单片机中，80C51系列形成了一道独特的风景线。历史最长，长盛不衰，众星捧月，不断更新，形成了既具有经典性，又不乏生命力的一个单片机系列。当前，Cygnal公司推出的C8051F又将8051兼容单片机推上了8位机的先进行列。总结80C51系列的发展历史，可以看出单片机的3次技术飞跃。

2.1 从MCS-51到MCU的第1次飞跃

　　Intel公司于1980年推出的MCS-51奠定了嵌入式应用的单片微型计算机的经典体系结构，但不久就放弃了进一步发展计划，并实施了8051的技术开放政策。无论从主观因素还是客观因素，都是明智之举。因为在创建一个完善的嵌入式计算机体系结构后，面临的是不断满足嵌入式对象要求的各种控制功能。在8051实现开放后，PHILIPS公司作为全球著名的电器商以其在电子应用系统的优势，着力发展80C51的控制功能及外围单元。将MCS-51的单片微型计算机迅速地推进到80C51的MCU时代，形成了可满足大量嵌入式应用的单片机系列产品。

2.2 引领Flash ROM潮流的第2次飞跃

　　当前，嵌入式系统普遍采用Flash ROM技术。Flash ROM的使用加速了单片机技术的发展。基于Flash ROM的ISP/IAP技术，极大地改变了单片机应用系统的结构模式以及开发和运行条件；而在单片机中最早实现Flash ROM技术的是ATMEL公司的AT89Cxx系列。

2.3 内核化SoC的第3次飞跃

　　MCS-51典型的体系结构以及极好的兼容性，对于MCU不断扩展的外围来说，形成了一个良好的嵌入式处理器内核的结构模式。当前嵌入式系统应用进入SoC模式，从各个角度，以不同方式向SoC进军，形成了嵌入式系统应用热潮。在这个技术潮流中，8051又扮演了嵌入式系统内核的重要角色。在MCU向SoC过渡的数、模混合集成的过程中，ADI公司推出了ADμC8xx系列，而Cygnal公司则实现了向SoC的C8051F过渡；在PLD向SoC发展过程中，Triscend公司在可配置系统芯片CSoC的E5系列中便以8052作为处理器内核。