介绍

超高速微控制器(UHSM)是5V, 1时钟8051集成闪存和SRAM。这些uhsm插入到现有的8051应用程序中，并且几乎不需要付出任何努力，就能立即提高速度。在大多数情况下，uhsm与原始8051 100%兼容，因此通常不需要更改硬件或代码。目前有三种uhsm可用:DS89C430, DS89C440和DS89C450，分别具有16K, 32K或64K的闪存。本文描述了将原始8051应用程序移植到UHSM可能需要的简单步骤。介绍了使用超高频调制解调器的好处。

体系结构

如上所述，UHSM是一个单时钟周期8051，指令兼容原来的8051依赖于一个12时钟周期架构。在相同的时钟频率下，将每条指令的时钟数量减少到一个，可以使性能比原始8051提高12倍。可选的是，这还提供了在较低时钟频率下运行的能力，并在降低整体系统功耗的同时产生相同的性能。

为了获得更高的性能和降噪，UHSM还集成了一个时钟乘法器，允许外部晶体倍增两倍或四倍。例如，UHSM可以在现有的7.372MHz 8051设计中使用，并在内部运行时钟四倍的29.49 MHz。29.49MHz的板载时钟率不仅提高了性能，而且通过在微控制器内部保持这种高频隔离，外部噪声也保持在最低限度。这大大降低了电磁干扰。

uhsm包含几个额外的功能，使它们成为新设计的绝佳选择:

• 具有自动递增/递减和切换选择的双数据指针

• 应用内可编程Flash

• 用于MOVX的1K字节SRAM

• 电源管理模式:空闲模式、停止模式、除以1024模式

• 两个串口

• 看门狗定时器

• 断电复位和断电预警中断

兼容性

代码

UHSM与8051指令兼容，在大多数情况下不需要更改代码。然而，基于代码的计时循环必须根据单周期指令计时进行重写和重新计算。为了进一步利用uhsm的性能增强，还需要对代码进行一些小的更改。一个例子是在计时器上使用除以4选项来允许更高的波特率。另一个例子是使用数据指针auto inc/dec选项来加速复制、清除和比较操作。

片上闪存消除了对外部代码存储器的需求，内置SRAM使应用程序消除了对外部数据SRAM的需求。

定时器/串行端口

UHSM可以在外部晶体上以除以12模式(原始8051)运行每个定时器，或从乘时钟(1,2或4)中以除以4模式运行。这允许现有的8051定时器和串行代码不加修改地运行，并提供更高波特率的选项，如果需要新的设计。CKCON寄存器位，TxM，管理12/4时钟选择。

硬件

因为UHSM是5V设计，所以它只会在5V系统中下降而不会改变。外部内存访问被默认设置为3个机器周期(12个系统时钟)，但是可以通过CKCON寄存器通过使用拉伸周期来修改，以允许使用较慢的数据内存。

表演

很难找到一个任何两个人都能认同的合理的性能基准。在任何情况下，内存拷贝的速度、CRC生成和中断延迟可能是大多数设计人员感兴趣的，下面将对它们进行分析。作为奖励，SHA-1安全散列的性能被作为高级C基准纳入其中。SHA-1是内存和代码密集型的，与现代嵌入式应用程序非常相关。

本节中的竞争性性能数字将被标记为“12时钟”、“6时钟”或“1时钟”，指的是每个数字背后的8051架构。飞利浦P89C51RD2和Atmel AT89C51RD2用于12和6时钟性能数字，因为它们可以在12或6时钟模式下运行，并且是5V闪存微控制器。对于1时钟数字，使用DS89C440。请注意，6时钟微控制器的速度正好是12时钟微控制器的两倍。在UHSM的情况下，即使每台机器的时钟周期已经减少到一个，但并不是所有的操作码都可以在一个周期内执行(例如DIV AB需要10个周期)。

Memcopy

表1给出一个使用两个数据指针的标准8051复制循环的时钟分解。UHSM比12时钟8051快9倍，比6时钟8051快4.5倍。

表1。显示超高频同步时钟周期优势的Memcopy例程

表2显示了使用UHSM的自动增量和自动切换特性的优化memcopy实现的结果。具有优化memcopy例程的UHSM比12时钟8051快18倍，比6时钟8051快9倍。

表2。优化Memcopy例行时钟周期。

CRC16

CRC的使用在许多嵌入式应用程序中是重要的，用于验证数据完整性。中附录1表5中的CRC16示例DS19xx iButton标准手册1是一个优化的实现。当在12时钟8051上运行时，UHSM的速度超过12倍;与6时钟8051相比，它快了6倍多。

中断延迟

中断延迟可以用两种方式来描述:直到中断被服务的时间延迟，以及完全服务中断向量的时间。

因为中断矢量只能发生在指令之间，所以最长的操作码加上调用时间就是最坏情况下的延迟。在本文评估的8051上，DIV AB是最长的指令，因此最坏情况下的“延迟到向量”将是DIV AB加上隐式的矢量LCALL。8051内核插入LCALL指令来强制执行转换为中断向量例程。在这个例子中，UHSM比12时钟8051快5.5倍，比6时钟8051快2.7倍。看到表3．

我们将使用一个简单的中断服务例程来比较UHSM与原始8051的“返回之前的延迟”。执行时间是指从第一个中断向量指令到RETI完成之间所花费的时间。在这个例子中，UHSM比12时钟8051快7.2倍，比6时钟8051快3.6倍。看到表4．

表3。中断向量的最坏情况延迟

表4:中断服务例程示例

C示例:SHA-1安全哈希

安全功能的使用在嵌入式系统中非常普遍，散列SHA-1就是目前广泛使用的安全功能。安全哈希算法很容易在C中编码。对于本例，使用Keil C编译器版本7.5构建跨每个被比较的微控制器的实现。对于所有平台，选择了编译器选项来使用双数据指针、内部内存、8级优化和速度优化。所有微型机在11.0592MHz下运行。UHSM比12时钟8051快11倍，比6时钟8051快5.5倍。表5列出了一个块SHA-1运行的结果。

表5所示。显示UHSM优势的SHA1结果

结论

使用像DS89C4X0系列这样的超高频调制解调器，设计人员可以替换现有的8051设计，更新旧设计，或者创建原始8051无法实现的新设计。UHSM允许软件和硬件的灵活性，因为它不需要更改工具、源代码或硬件环境。可以根据需要使用高级功能，即使不使用这些功能，也可以实现速度的巨大提升。对于基于8051微控制器的系统来说，UHSM是最简单的升级途径，对于需要标准8051无法提供的处理能力的新应用，应该考虑使用UHSM。

1 DS19xx iButton标准手册。