如何使用微控制器存储架构集成高性能32位内核

微控制器（MCU）领域如今仍由 8 位和 16 位器件控制，但随着更高性能的 32 位处理器开始在 MCU 市场创造巨大收益，在系统设计方面，芯片架构师面临着 PC 设计人员早在十年前便遇到的挑战。尽管新内核在速度和性能方面都在不断提高，一些关键支持技术却没有跟上发展的步伐，从而导致了严重的性能瓶颈。

很多 MCU 完全依赖于两种类型的内部存储器件。适量的 SRAM 可提供数据存储所需的空间，而 NOR 闪存可提供指令及固定数据的空间。

在新 32 位内核的尺寸和运行速度方面，嵌入式 SRAM 技术正在保持同步。成熟的 SRAM 技术在 100MHz 的运行范围更易于实现。对 MCU 所需的典型 RAM 容量来说，这个速度级别也更具成本效益。

但是标准的 NOR 闪存却落在了基本 32 位内核时钟速度之后，几乎相差一个数量级。当前的嵌入式 NOR 闪存技术的存取时间基本为 50ns （20 MHz）。这在闪存器件和内核间转移数据的能力方面造成了真正的瓶颈，因为很多时钟周期可能浪费在等待闪存找回特定指令上。

标准MCU 执行模型——XIP （eXecute In Place）更加剧了处理器内核速度和闪存存取时间之间的性能差距。

大容量存储中的应用容错及 SRAM较高的成本是选择直接从闪存执行的两个主要原因。存储在闪存内的程序基本不会被系统内的随机错误破坏，如电源轨故障。利用闪存直接执行还无需为MCU器件提供足够的 SRAM，来将应用从一个 ROM 或闪存器件复制至目标 RAM 执行空间。

消除差距

理想的情况是，改进闪存技术，以匹配32位内核的性能。虽然当前的技术有一定的局限，仍有一些有效的方法，可帮助架构师解决性能瓶颈问题。

简单的指令预取缓冲器和指令高速缓存系统在32位MCU设计中的采用，将大大提高MCU的性能。下面将介绍系统架构师如何利用这些技术将16位的MCU架构升级至32位内核CPU。