低成本嵌入式多媒体微控制器的设计与实现

本文针对低成本嵌入式应用设计实现了一个介于微控制器(MCU)与数字信号处理器
(DSP)之间的多媒体功能强化的微控制器架构(ME-MCU)，它通过在8 位微控制器核心中加入32 位多媒体扩展指令集的方式，有效的提升8 位微控制器的多媒体信号处理能力，并且保留了微控制器低成本的特性。
关键字：微控制器；PIC16C；多媒体
近几年来，由于SOC 的迅速发展，大量的嵌入式电子产品出现在我们的生活当中，微处
理器的开发转移至嵌入式应用，硬件设计者关注的不再只是CPU 的执行性能，而是轻薄短小的电路面积以及低耗电的设计，尤其在许多低成本的电子产品当中，芯片成本往往是决定产品成败的关键因素。
在这些低成本嵌入式产品的应用领域当中，多媒体应用一直扮演着极为重要的角色。然
而如果以现在的通用微处理器来处理这些相关多媒体的运算，其效率并不是最佳的，如目前常见的32 位微处理器，以32 位长的寄存器一次处理一组8 位或16 位的多媒体数据，硬件资源的使用率大幅降低，且并行度也明显不足。为了提高通用微处理器的多媒体处理能力，目前常见的方法是在系统中搭配使用DSP 来处理大量的多媒体数据，或者是采用所谓的多媒体处理器。本文提出了一个在具有低成本特性的单芯片微控制器架构上新增多媒体扩展指令集，使其成为一个多媒体功能强化的微控制器架构。
在微处理器的选择过程中，主要在目前两种比较流行的微控制器/微处理器中选择，它
们是PIC16C 8 位微控制器以及 ARM7TDMI 32 位微处理器。由于本文所设计的嵌入式产品中所要强调的低成本特性，实行多媒体扩展架构是提升性能的一个适宜选择，但目前多数的多媒体扩展架构并不是针对嵌入式应用来作为主要的设计考虑，以ARM 嵌入式微处理器来说，虽然它已提出其扩展架构，但仍然有许多可以改进的空间。由于强调低成本，因此如果能将这些多媒体扩展架构融入比 ARM 更为轻薄短小的单芯片微控制器中，将是低成本嵌入式产品一个很合适的解决方案。因此在设计中以 PIC16C 微控制器为主要参考架构，提出一个具多媒体功能的微控制器核心。