如今，嵌入式處理器被用于復雜的SoC或不太復雜的ASIC中，用于各種各樣的任務。這種類型的嵌入式處理器通常體積小、功耗低，因為在許多情況下，它們是在功能更強、更耗電的處理元件閑置或進入睡眠狀態以保持功率時運行的。

十多年來，ARM-Cortex M處理器一直非常受歡迎，這是因為它們具有低功耗的特點（即小的硅足跡和高代碼密度），以及擴展的可用軟件和硬件模塊的生態系統。最近，ARM的統治地位受到了RISC-V嵌入式處理器浪潮的挑戰。這些處理器具有類似的優點，并且在許可方面更具成本效益。

盡管這些ARM和RISC-V處理器得到了大量的宣傳，但還有第三種處理器——比它們更歷史悠久，功耗更低——已經被開發者廣泛使用，但卻顯得有些默默無聞。它就是強大的8051，實現了近半個世紀前首次推出的8位CISC ISA......

在本文中，我們將首先快速回顧8051的歷史，然后解釋為什么8051仍然是一些應用的智能處理器選擇。

過去的8051

英特爾在1980年推出了MCS-51單片機。它在一個緊湊的封裝中集成了許多關鍵功能：核心CPU、接口、內存、中斷和定時器。

在20世紀80年代和90年代，第三方供應商繼續提供許多MCS-51兼容的變體。這些產品往往比原始芯片運行得更快或包含更多的功能，它們是各種成功產品的大腦。

如今，你仍然可以購買8051作為分立部件，但大多數設計者將它們作為IP核進行授權和使用。這些核心以軟性高級語言源代碼或FPGA網表格式提供，通常被集成在大型嵌入式系統中。

但為什么設計師們仍然選擇8051進行現代ASIC或SoC設計？

如今的8051

8051相對容易使用，有成熟的可靠性記錄，有蓬勃發展的生態系統支持，價格相當低廉，而且通常免收版稅。

此外，現代8051內核的速度更快，而且有比你想象中更多的好處。(下面的例子中的詳細信息基于CAST提供的8051 IP系列）。

高速性能。架構設計的改進顯著提高了 8051 的性能，同時保留了與原始 MCS51 指令集的兼容性[ 8051 指令集手冊，2011 年 1 月，由 ARM 在 Keil 支持文件區托管]。

最初的 Intel 8051 以每個機器周期 12 個時鐘周期運行，大多數指令在一個到兩個機器周期內執行。典型的最大時鐘頻率為12MHz，這意味著這些老式8051每秒可以執行一百萬條單周期指令，或500000條雙周期指令。

相比之下，今天的8051 IP核以每個機器周期一個時鐘周期的速度運行，在現代技術中時鐘頻率接近或超過1GHz。這意味著8051現在可以每秒執行接近10億條指令。

新的、靈活的8051核是非常強大的。32位處理器更適合許多系統元素——你當然不會把主系統總線、內存連接和其他高速接口限制在只有8位寬的數據路徑上。但在先進的SoC中，有許多命令和控制功能，8位通道是綽綽有余的。

對原始8051的許多內置功能的補充也提高了控制器的能力，一個良好的可配置8051內核可以很輕松地包含你對特定用途的確切需要。參考圖A，了解8051 IP核可用的許多功能和選項的一個示例。

Figure A. Functional blocks available in a fuly-configurable 8051IP Core. (Courtesy of CAST)

顯著的尺寸和功耗優勢。即使是針對嵌入式控制器市場的精簡的32位處理器——如CAST的BA20系列或ARM Cortex-M，當你檢查它們的資源消耗時也不如8051。

考慮一下面積。圖A所示的R8051XC2核心的CPU不到4000個門，而整個微控制器連同其外設大約是12000個門。相比之下，小型的32位內核開始于15,000個門！8051較小的尺寸意味著較小的泄漏功率，這在考慮具有長閑置時間的設備時有著極其重要的意義。

活動時的功耗在很大程度上取決于代碼密度。從存儲代碼的存儲單元（片外或片上閃存，或片上SRAM）獲取指令所需的能量通常比CPU執行該指令所需的能量要多。另外，一般來說，傳輸和存儲較少數量的代碼需要較少的能量。此外，8051是一個CISC（復雜指令集計算機）引擎，在不涉及大量數據處理的應用時，內存到內存的復雜操作與任何RISC競爭對手相比有真正的代碼大小優勢。

非常有競爭力的成本。經過硅驗證的優秀的8051 IP核的授權只需數萬美元，而且沒有任何專利費。沒有任何32位處理器的授權能接近這種低成本或有吸引力的商業模式。此外，8051可以在非常小的FPGA設備中運行，或只占用片上系統ASIC的一小部分，而32位處理器需要更多的硅資源。

簡單的開發。使用8051的最大好處之一是已建立的龐大的生態系統和編程遺產，這使得8051的開發比任何其他MCU都更容易。例如，ARM的Keil、IAR的8051嵌入式工作臺，或開源的SDCC和Eclipse IDE，都是軟件開發人員對編譯器和IDE的一些選擇。補充這些工具的是一些IP供應商提供的完整軟件包和內置調試功能。例如，CAST 8051內核包括一個單線或JTAG調試接口，可與第三方IDE無縫操作。

總的來說，一系列的集成外設選項、獨特的片上調試模塊以及通過數百位先前成功的8051客戶打磨出來的文檔和支持服務，使得這樣的8051封裝成為一個安全的選擇。現如今，8051被用于幾乎所有可能應用的領域的各種產品（見下圖），包括汽車、消費電子、機器人、工業控制、醫療設備以及軍事和航空航天設備。

有充分的證據表明8051一直很受歡迎，只要看看入門的EE大學課程，最近在視頻網站上發布的教程和解釋，以及仍在出版的新書。偶爾也會有些案例研究文章和客戶推薦的新聞稿，如 "SDIC Licenses 8051 Microcontroller IP Cores from CAST"。

8051的未來 —— 結論

8051微控制器不再是人們關注的焦點，但它們仍然被廣泛用于各式各樣的產品中。只要它們能完成手頭的任務，它們就會被繼續使用，因為它們結合了一系列難以被忽視的獨特優勢：體積小、代碼密度高、功耗低、高度可靠和經過驗證的IP核、豐富的生態系統和有競爭力的成本。

基本的32位處理器，如ARM的Cortex-M0或其RISC-V等價物是一種選擇，但值得考慮的是，你的系統是否可能更小、功率更低，并且與當今任何優秀的8051 IP核解決方案配合使用都很好。

編輯：黃飛

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