MCU可裁切式IO才是主流

並不是使用ST系列的MCU習慣了，而是每次想換總是差了一點功能。
各家CM4F其基本結構差不多，常用週邊也是差不多。
但是ST系列有些特性是比別家的好，自然就用得多。

1.  Pin腳高度相容
    使得在設計上，可以做Cost Down及Function Up方便得多。

2.  豐富週邊
    許多內建週邊，就算不用，pin腳也可用做其他用途。
    內建未用週邊，在未來性上，使工程師安心，也會使工程師開始想如何來利用。

3.  平衡性
    許多公司都有做到可外接SDRAM等功能。但整體配合性以ST較為平衡。
    這可能和週邊豐富性是正相關，在使用及調度上方便許多。
   
但豐富也可能引入其他副效應，就商業行為而言，先吸引使用者才是第一重點。   

HEX轉成BMP檔

也是J-Link取得的HEX資料，轉成影像格式，用來檢查資料。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <windows.h>

#define  SIZE                (0x1000000)
#define  WIDTH                (672)
#define  WIDTH_ALIG            ((-(WIDTH))&0x3)
#define  HEIGHT                (6144)
#define  BMP_OFFSET         0x436
#define  BMP_SIZE           ((WIDTH+WIDTH_ALIG)*HEIGHT+BMP_OFFSET)

unsigned char data[SIZE];
unsigned char image[BMP_SIZE];
FILE *src;
FILE *dest;

unsigned int  *p_color;
unsigned char *p_data;
unsigned char *p_src;
BITMAPFILEHEADER    *p_FileHeader;
BITMAPINFOHEADER    *p_InfoHeader;
// unsigned char d0,d1;

unsigned char B2bin(unsigned char *x)
{
    int t;
    int i;
    unsigned short r;

    r = 0;
    for ( i=0; i<2; i++ )
    {
        if ( *x <= '9' )
        {
            t = (*x-'0');
        }
        else
        {
            t = (*x-'A'+0xA);
        }
        r = (r<<4) + t;
        x++;
    }
    return r;
}

unsigned short W2bin(unsigned char *x)
{
    int t;
    int i;
    unsigned int r;

    r = 0;
    for ( i=0; i<4; i++ )
    {
        if ( *x <= '9' )
        {
            t = (*x-'0');
        }
        else
        {
            t = (*x-'A'+0xA);
        }
        r = (r<<4) + t;
        x++;
    }
    return r;
}

void main(void)
{
    int  i,j,n;
    char temp[80];
    int  byte_count;
    unsigned short address;
    int  record_type;
    int  flag;
    unsigned int img_address;

    p_FileHeader = (BITMAPFILEHEADER*)&image[0];
    p_InfoHeader = (BITMAPINFOHEADER*)&image[0xE];
    p_color    = (unsigned int *)&image[0x36];
    p_data     = &image[BMP_OFFSET];

    p_FileHeader->bfType = 'B' | ('M'<<8);
    p_FileHeader->bfSize = WIDTH*HEIGHT+BMP_OFFSET;
    p_FileHeader->bfOffBits = BMP_OFFSET;

    p_InfoHeader->biSize   = 40;
    p_InfoHeader->biWidth  = WIDTH;
    p_InfoHeader->biHeight = HEIGHT;
    p_InfoHeader->biPlanes = 1;
    p_InfoHeader->biBitCount = 8;
    p_InfoHeader->biCompression = 0;
    p_InfoHeader->biSizeImage = (WIDTH+WIDTH_ALIG)*HEIGHT;
    p_InfoHeader->biXPelsPerMeter = 0;
    p_InfoHeader->biYPelsPerMeter = 0;
    p_InfoHeader->biClrUsed = 0;
    p_InfoHeader->biClrImportant = 0;

    for (i=0; i<0x100; i++)
    {
        p_color[i] = (i<<16) | (i<<8) | i;    // set gray pattern
    }

    src = fopen("memory.hex", "rb");
    fread(data,1,SIZE,src);
    fclose(src);
    p_src = &data[0];
    temp[0] = 0;
    flag = 1;
    while ( flag )
    {
        sscanf(p_src,"%s",temp);
        n = strlen(temp);
        if ( n == 0 )
        {
            break;
        }
//        printf("%s\n",temp);
        if (':' != temp[0]) continue;
        byte_count = B2bin(&temp[1]);
        address    = W2bin(&temp[3]);
        record_type= B2bin(&temp[7]);
        switch ( record_type )
        {
        case 0:  // data record
            for( j=0; j<byte_count; j++ )
            {
                p_data[img_address+address+j] = B2bin(&temp[9+j*2]);
            }
            break;
        case 1:  // end
            flag = 0;
            break;
        case 4:  // relocate
            img_address = ((W2bin(&temp[9]) & 0xfff)<<16);
            break;
        default:
            break;
        }
        // reset var.
        p_src += (n+2);
        temp[0] = 0;
    }

    dest = fopen("CIS.bmp", "wb");
    fwrite(image, 1, BMP_SIZE, dest);
    fclose(dest);
}

HEX轉成文字檔

J-Link取得資料，在PC上存成HEX格式。
寫了小程式轉成資料，可以用於Excel上看。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <windows.h>

#define  SIZE                (0x1000000)
#define  MEM_SIZE            (0x10000)

unsigned char data[SIZE];
unsigned char image[MEM_SIZE];
FILE *src;
FILE *dest;

unsigned char *p_data;
unsigned char *p_src;

unsigned char B2bin(unsigned char *x)
{
    int t;
    int i;
    unsigned short r;

    r = 0;
    for ( i=0; i<2; i++ )
    {
        if ( *x <= '9' )
        {
            t = (*x-'0');
        }
        else
        {
            t = (*x-'A'+0xA);
        }
        r = (r<<4) + t;
        x++;
    }
    return r;
}

unsigned short W2bin(unsigned char *x)
{
    int t;
    int i;
    unsigned int r;

    r = 0;
    for ( i=0; i<4; i++ )
    {
        if ( *x <= '9' )
        {
            t = (*x-'0');
        }
        else
        {
            t = (*x-'A'+0xA);
        }
        r = (r<<4) + t;
        x++;
    }
    return r;
}

void main(void)
{
    int  i,j,n;
    char temp[80];
    int  byte_count;
    unsigned short address;
    int  record_type;
    int  flag;
    unsigned int img_address;
    int  first_address_flag = 0;
    unsigned int first_address;
    unsigned short *w_data;

    p_data     = &image[0];
    src = fopen("memory.hex", "rb");
    fread(data,1,SIZE,src);
    fclose(src);
    p_src = &data[0];
    temp[0] = 0;
    flag = 1;
    while ( flag )
    {
        sscanf(p_src,"%s",temp);
        n = strlen(temp);
        if ( n == 0 )
        {
            break;
        }
//        printf("%s\n",temp);
        if (':' != temp[0]) continue;
        byte_count = B2bin(&temp[1]);
        address    = W2bin(&temp[3]);
        record_type= B2bin(&temp[7]);
        switch ( record_type )
        {
        case 0:  // data record
            if(! first_address_flag )
            {
                first_address = img_address + address;
                first_address_flag = 1;
            }
            for( j=0; j<byte_count; j++ )
            {
                p_data[img_address+address+j-first_address] = B2bin(&temp[9+j*2]);
            }
            break;
        case 1:  // end
            flag = 0;
            break;
        case 4:  // relocate
            img_address = ((W2bin(&temp[9]))<<16);
            break;
        default:
            break;
        }
        // reset var.
        p_src += (n+2);
        temp[0] = 0;
    }
    dest = fopen("audio.csv", "w");
    w_data = (unsigned short *) &image[0];
    for( i=0; i<MEM_SIZE/2; i++)
    {
        if(*w_data == 0 ) break;
        fprintf(dest,"%d\n",*w_data);
        w_data++;
    }
//    fwrite(image, 1, MEM_SIZE, dest);
    fclose(dest);
}

Cortex M系列開始進入Tick-Tock時代

Intel的Tick-Tock策略是成就CPU帝國的重要推手。
沒想到Cortex-M也開始進入這樣的時代。

在今年(2013)年Cortex-M4進入火熱競爭的狀況下，在推展上很快進入價格戰。
也就是功能性推展(Tick)戰正在進行中。但Cost Down(Tock)也已經展開。
可是面對硬體價格低，功能卻不斷增加，但應用推展卻是緩慢的狀況下。
各廠商開始意識到，客戶是無法一口氣能夠控制複雜功能MCU。
韌體開始元件化，而硬體設定簡單化成為目前推展上的重點。

整合開發工具的方便性將會拉開Cortex-M系列和其他MCU開發上的差距。
也就是使用Cortex-M系列的工程師在圖型化界面拉一拉，就可以設定好MCU的工作模式。
反觀傳統MCU還在工程師一行行寫程式的狀況下，產能會逐漸拉開。

MCU功能多樣化，韌體元件化，程式資源的豐富性，PC資源連接。等等加速拉開Cortex M和傳統MCU之間的距離。
價格成為最後的底線，只要Cortex-M壓到多低，傳統MCU就只能更低。
而學MCU不是一二年可以成的，若是學傳統MCU只能在NT10元以下的MCU市場寫程式，可想而知薪水也高不起來。

Tick-Tock的出現，時代轉變。MCU的下一步?
還在觀察！

舊文章搬過來了。

總算搬成功了。文章有搬過來。
另一個隨意窩的也好了。不過那邊的不會主動去更新。
還是留一個連結：
通通都是半路出家

32位元MCU軟體的改變

8位元MCU最大的問題在ADC/DAC超過8位元後，取值及計算效能會下降。因為每筆資料皆需多次ALU計算。

16位元MCU則無此問題。它的問題是遇到32位元MCU。

8位元MCU多半沒有IP付費，應是說沒有利潤去買，不如自己做。

理論上16位元也是如此，但16位元自認為價格應高於8位元，價格不願低。

然後，32位元MCU突然在三年內劇降，直接壓縮了市場，價格直逼8位元。

16位元變成沒有空間。比價格比省電，不如8位元，比效能不如32位元。

再來是32位元不僅是核心快，週邊多到爆。幾乎和PDA接近。

更恐怖的是軟體，不用修改下，以前DOS程式近乎直接移。

這種軟體方便性不是8位元/16位元可以做到的。

和PC程式及資料相通，程式開發快且功能多。

32位元MCU對MCU是一場革命。

是一場軟體工程師對嵌入式系統主導設計的使用習慣變革。

大部分硬體信號可以由MCU內部軟硬體結構出來。

ADC/DAC精密度提高，使得濾波器可以使用軟體來做。

Flash容量一下子到1MB以上，多到可以做磁碟機來用。

一但檔案系統出現，連資料庫都可以放進去。

8/16位元要做，程式有得大改。

且大部分PC上的軟體多以作業系統下做主。

移到8/16位元會是大工程。

而32位元因有RTOS，所以問題小很多。

RTOS也有8/16位元，但因效能及RAM空間不足，安裝後不會有好表現。

MCU市場因使用慣性，不會馬上變化。

不過一但原先16位元可以用的應用，32位元會以優勢周邊攻入。

可能會有巨大資料儲存器，無線通信功能等等。

所以說像是PDA。

也可以說MCU正在PDA化，且價格不變。

MCU工程師也要進化為PDA工程師，不然就會變成傳統工程師，不再有價值。

這波革命是新的，軟體工程師正在工業化，變成勞工。若不升級，難保工程師之名。

開張

因為Yahoo部落格關閉了，另找一個家。

ProtoThreads於VS2010下編譯問題

過了許久才動作。先將ProtoThreads編起來。
在VS2010下竟然編不出來。
錯誤訊息是說將巨集的東西做變數是不行的。
奇怪了，不是只有取用行號。
發出錯誤的是debugger。

查了一下，要將Debug Information Format設定從/ZI改為/Zi
這個應是除錯用外部資料，可能是有干涉。
總算動起來了。

不過使用行號嵌入巨集應是可以做的。只是少人用。
另外一個C/C++先進功能，將Label做為變數值這個功能在VS2010也是不支援。
手上已有二支程式需要使用Label做為變數值的程式了。
分別用於Coroutine及動態編譯。
但二者皆有函式域限定問題。不過VS2010連這個功能都沒有也不用試了。
寫程式這麼久，開始出現程式寫得出來，編譯器編不出來的狀況。

真的不能限定使用單一語言，編不出來是Compiler的問題，不是人的問題。
程式創作也不應被語言限定。只要CPU可以執行，就一定可以寫得出來。

Protothreads結合簡單多工之構想

簡單多工在閱讀上有Task及Function不易分別的問題。這個部分用Protothreads來補強。
因為Protothreads功能限定在單一函式內。
所以Task在程式結構上會分成二部分。
一個是狀態及時間控制，此部分以Protothreads為主要描述。
另外的是資料處理，基本上這部分還是沒有改變。
工作元仍採用動態加入，主要是要限定反應時間。

一度還想用Protothreads為主結構，但發現有限制。
所以仍以簡單多工為主要結構，這樣在簡單多工上產生出來的動作行為仍可以使用。

這樣的程式結構和FPGA上寫法相似，程式分為狀態控制及資料處理。
這種調整，應可以使程式在有作業系統及無作業系統下看起來更為相似。

簡單多工將移轉到Protothreads

簡單多工的效率不錯，但一直有一個問題：可讀性。
並不是不可以讀，而是和PC上寫程式的風格有差異。

Bee很早就知道有Coroutine可以用，但已知的Coroutine只有在FreeRTOS上。
今天找到了Protothreads正是符合需求。

比對簡單多工，只是短時間性延時的實現使用Protothreads做出來，就可以完全取代。
再來就是情境上的使用差異，在實際使用後才能寫出來。

MCU應用面的改變

今年MCU大廠合併一堆是前所未有的局面。ARM可以說近乎統一新MCU市場。

CPU核心是沒得好玩了，所以重心應轉到其他領域才是。

問題是應往那一個方向?

Bee提出一點看法，接下來會極端化。

1. 省電：
  保持小型系統，和8位元搶市場。

2. PC化
  要和PC相連接，擴張使用廣度。或是和手機及平板電腦相連接。
  問題是連接後會以何種方式呈現?
  以USB PnP的功能來說，一定要會產生新裝備，但Bee不認為新裝置的PID來得及加入。
  另一個是使用以前熟悉的界面。像是HID或Mass Storage等裝置，如此一來就不用安裝Driver這樣麻煩的事。
  個人覺得檔案系統是一個最容易呈現的界面。

新元素加入，再來就是市場變化。等著看時代改變了。

X86式微，已經回不來了

Bee最近換了手機，終於開始使用智慧手機了。
一看規格：四核心、2GB RAM及16GB儲存空間。
這規格超過七年前Bee的第一台筆電。
而最近Bee也有點想買NB，只是換手機先。
但低價NB，就i3,i5核心，沒有一台可以使用到16GB的記憶體，只能到8GB。
那NB除了硬碟容量大，64位元CPU外已沒有什麼特性了。以手機前進的速度，4GB記憶體很快會出現。
RAM的容量根本不是優勢。
NB規格上前進的速度，遠不及手機。
只有軟體環境差異，但Bee認為這點撐不了太久。
因為6502轉成X86也是一二年內就翻過來。
DOS被Win95取代也是。
NB被手機取代應該也是很快。

以SD卡做為MCU磁碟機

外部串列式儲存單元選用考量：
1.界面速度
2.單位儲存價格
3.和PC做資料交換

使用USB是一個不錯的選擇，但不是每一種MCU有USB界面。
使用UART是最普遍，但串列儲存元件未支援。
使用I2C則是慢了點。
使用SPI是不錯的選擇，但和PC又無法直通。

用了數種儲存單元後終於出現讓Bee滿意的答案=SD卡。
在界面速度上，速度算不錯。可以使用SDIO的高速模式，也可以用SPI界面，和大部分MCU連接。
在容量單位價格上，可說是非常低。
可以直接拿到PC上讀取，讀卡機容易取得。
若是MCU程式空間小到放不下FAT檔案系統，那也可以全碟讀出，再用PC軟體去分析。
不過已有Open Source解決FAT的問題，就是用FatFs，故就算是8051也是可以使用。

MCU有了大型儲存單元，再加上FAT檔案系統，可做的事就好像變多了。
從前沒有空間做大型資料計算處理，也變得可行。有機會在檔案上做儲存及暫存再轉出結果。
MCU可以做的事就如同DOS時代的PC。
其實環境還真的差不多。
DOS時代的記憶體為640KB，磁碟不到1GB。
現在MCU其RAM大約給64KB，SD卡有4GB。但另有程式空間512KB。
只要控制住RAM的使用量，真的就和DOS環境差不多了。

STM32完整C函式庫支援之可能性

IAR未實現函式列表：

作業系統相關
<stdlib>
abort()
exit()
system()

<signal.h>
raise()
signal()

時間
<time.h>
clock()
time()

檔案系統
<stdio.h>
open()
close()
lseek()
read()
write()
rename()
remove()

若是MCU有支援就可以做其他相關函式的動作。
以STM32來說，有RTC安裝時，可以將time()函式補齊。
若是有檔案系統，例如使用FatFs，也可以補齊。
但作業系統相關的是基於命令列模式，MCU可能沒有人機界面的狀況，仍不會支援。

推論：
DOS時代的程式，差不多可以不用修改就可以移植。

如何產生任意大小的磁碟影像

在使用FatFs就是為了MCU和PC之間可以做檔案交換。
也是Bee第一次在MCU上使用到64位元整數變數。
這種變數數值太大想都沒想過。但遇到檔案系統位址索引就非用不可。

FatFs可以在PC上進行模擬，會產生一個Ram Disk。
不過這個Ram Disk沒有和真實世界相通。
是可以載入SD卡影像檔，但抓取費時。

本想用其他Ram Disk的影像檔來用。結果沒想到Windows有內建。
就在控制台->系統管理工具->電腦管理->磁碟管理
可以在硬碟上產生一個新的碟。
設定上要使用固定大小，不然無法對應真實磁碟。
可以格式化，放入檔案。操作完畢後中斷連接。
再來就可以用檔案讀入的方式Copy進Ram中，給FatFs做為Disk影像用。

從CPU公司併購看科技之發展

Bee一向後知後覺：

Intel賣掉ARM核心一年後才知。

MIPS被Imagination Technologies併購半年才知。

這二件事時代不同，看似無關，卻是電腦科技的重要分叉路。

Intel賣掉ARM核心，Bee當時認為是不合理的事，ARM核是發展PDA的核心，Intel擺明要失去PDA市場。過了幾年，結果更慘，PDA和手機完全合體後，ARM處理器已經成為主流CPU之一。

至於MIPS被併，則可以見得，GPU的重要性已經和CPU不相上下。

 

那就電腦科技來說，路又是如何走的。

CPU一開始因需求計算力，在達到有效需求的運算力之前，其他功能皆不是重點。Intel在計算力的推展符合需求，造就了帝國企業。

當CPU發展到64位元時，就出現了應用需求減緩，正代表已達到基本需求運算力。再來就會有其他問題出現，此時PDA興起，代表能量效率的需求，ARM因此發展成霸主。就目前來看，x86指令解碼電路至少是ARM的三倍，長期下去x86絶非對手。

GPU公司併購CPU公司，代表CPU已無新公司生存空間，也代表GPU已開始和CPU平起平坐。

GPU是如何和CPU能平起平坐，一般人應是無法理解。其實在生物上已經發現相同的問題，解法也是一樣，同時使用。

生物解決自然界問題，和科技是相同的。應是說工程問題相同，只是解決材料不同。在生物從單一感測細胞進展到多重感測細胞，最終發展出視覺細胞，就開始遇到計算問題。邏輯運算和影像運算無法使用同一種單元來做，應說是同是腦細胞，但二者所需的連結結構不同，無法同時存在。於是大腦就分成二個腦，一個做為邏輯運算而另一個做為影像運算。發展了上億年，二個大腦還是沒有因為是那一個重要，而有特別去發展。有的是同時變大。

電腦科技已經開始走入邏輯運算和影像運算並行發展的年代，但因影像運算較為後起，所以市場空間尚未佔足，還有可以成長的空間。而CPU核心設計的市場則是過了高原期，接下來的發展會比以前慢得多。不信的人，您可以看看，若是您買了一台新PC(或NB)您說得出CPU多了什麼功能嗎?就是因為連CPU公司也說不出來，才會多了一堆型號(就這裏多一點，那裏少一點)，完全沒有創新的內容。就算有創新，也不是客戶關心的內容。

FatFs使用修改

FatFs可以動作：讀取檔案、寫出檔案皆有執行。

但寫出檔案的日期有問題，因為沒有RTC故無時間資料。

時間資料可以給一個固定值，但固定值由人來填寫不太有利。

利用C語言中的__TIME__及__DATE__來做為時間常數。

__TIME__的格式為”hh:mm:ss”

是固定的ASCII碼，所以轉成數值無問題。

__DATE__的格式為”Mmm dd yy”

dd yy也是ASCII也無問題。

Mmm為三個英文字，要轉成1~12變得很麻煩。

三個英文字要分成12個月，只要判定後二字就可以分。

只好寫一個switch case去做12個月字母去分類。

最後將__TIME__及__DATE__用const字串去存。

設定有最佳化的Compiler設定後，可以看到反組譯的結果為：

   \                     get_fattime:

   \   00000000   0x....             LDR.N    R0,??DataTable7_4  ;; 0x42938746

   \   00000002   0x4770             BX       LR               ;; return

結果只有二個指令，只回傳定值。

寫了近90行程式，只會編成二個指令，就是4個Byte。

測試寫入檔案的時間是對的，會是編譯的時間。

程式碼：

#define DC(t,a,b)   (((a)<<8)+(b))
unsigned char const Date[] = __DATE__;
unsigned char const Time[] = __TIME__;

DWORD get_fattime (void)
{
    BYTE rtcYear , rtcMon , rtcMday, rtcHour, rtcMin, rtcSec;
    DWORD time;

#ifdef USE_FS_RTC
    RTC_TimeTypeDef   RTC_TimeStructure;
    RTC_DateTypeDef   RTC_DateStructure;
    /* Get info from RTC here */
    RTC_GetTime(RTC_Format_BIN, &RTC_TimeStructure);

    rtcSec    =  RTC_TimeStructure.RTC_Seconds;
    rtcMin    =  RTC_TimeStructure.RTC_Minutes;
    rtcHour   =  RTC_TimeStructure.RTC_Hours;

    RTC_GetDate(RTC_Format_BIN, &RTC_DateStructure);

    rtcYear =  RTC_DateStructure.RTC_Year;
    rtcMon =  RTC_DateStructure.RTC_Month;
    rtcMday =  RTC_DateStructure.RTC_Date;
#else
    rtcSec    =  ((Time[6]-'0')*10+(Time[7]-'0'));
    rtcMin    =  ((Time[3]-'0')*10+(Time[4]-'0'));
    rtcHour   =  ((Time[0]-'0')*10+(Time[1]-'0'));
    rtcYear   =  ((Date[9]-'0')*10+(Date[10]-'0')+20);

    rtcMday   =  (Date[4]==' ')? (Date[5]-'0'): ((Date[4]-'0')*10+(Date[5]-'0'));
    switch ((Date[1]<<8)+Date[2])
    {
    case DC('J','a','n') :
        rtcMon = 1;
        break;
    case DC('F','e','b') :
        rtcMon = 2;
        break;
    case DC('M','a','r') :
        rtcMon = 3;
        break;
    case DC('A','p','r') :
        rtcMon = 4;
        break;
    case DC('M','a','y') :
        rtcMon = 5;
        break;
    case DC('J','u','n') :
        rtcMon = 6;
        break;
    case DC('J','u','l') :
        rtcMon = 7;
        break;
    case DC('A','u','g') :
        rtcMon = 8;
        break;
    case DC('S','e','p') :
        rtcMon = 9;
        break;
    case DC('O','c','t') :
        rtcMon = 10;
        break;
    case DC('N','o','v') :
        rtcMon = 11;
        break;
    case DC('D','e','c') :
        rtcMon = 12;
        break;
    default :
        rtcMon = 1;
        break;
    }
#endif
    /* Pack date and time into a DWORD variable */
    time =      (((DWORD)rtcYear) << 25)
             | ((DWORD)rtcMon << 21)
             | ((DWORD)rtcMday << 16)
             | (WORD)(rtcHour << 11)
             | (WORD)(rtcMin << 5)
             | (WORD)(rtcSec >> 1);
    return time;
}

CPU市場鐵律：量變引發質變

之前看了對於ARM及X86之爭的評論。有一句話我非常認同：量變引發質變。
意思是當某種型式CPU在市場上佔有數量優勢時，就會形成絶對性優勢。
這和CPU本身品質無關，只因硬體相容性可以讓軟體好好發展。
而要佔有數量，價格不用說一定要夠低，另一種是開放性，非獨家生產。
PC市場因壟斷較看不出來，但MCU卻是很明顯。
8051是8位元MCU的霸主，因為大家都可以做硬體。
16位元來不及有霸主就直接進入32位元MCU時代。
而32位元MCU的霸主正在形成。
硬體統一完畢，再來會變成軟體開始統一。
結果也會有類似的現象，會有統一的軟體架構出現。
又走"量變引發質變"這條路，軟體架構的品質不是重點，而是使用量。

不管軟硬體，使用者習慣才是主導，而市場往使用者多的方向走。

Cortex M4推展不如預期

雖然各廠商將推展主力移往CM4，但在推展上並不是如此順利。
主因是，要浮點運算做什麼?
往8位元MCU轉來的工程師，對於能在32位元上開發程式已是很開心，要玩的一堆，還沒有意識到浮點運算要如何用，那又何必多花錢。
而從PC轉來的工程師對於CM4的執行效能根本看不上眼，去玩Cortex-A8還比較實在，因為Cortex-A8也不貴。
這樣的局面造成CM4不上不下的樣子。
還有各廠商自行發展的32位元處理器，其實Bee也不太看好。

現在市場已經轉成由軟體來主導，要換MCU談何容易。連軟體工具都要換新，那來那個時間。
至少CM3還可以降為CM0或升級為CM4，光是這樣就可以吃很久，那還有機會看別的MCU。
萬一有什麼大的應用，轉到Cortex-A8也是不差的選擇。

MCU現在只是一個骨架系統，再來需求會轉往拼裝系統的速度。
再來就要看工程師如何快速拼裝系統，拼裝快硬體價格低才是重點。

簡單多工於Cortex-M3上最佳化

原程式：

void main(void)

{

    InitSystem();

    INIT_DEVICE();

    while (1)

    {

        switch (Task_State[FuncID])

        {

        case TASK_RUNNING :

            TaskFunc[FuncID]();

            break;

        case TASK_SKIP :

            if ( Task_Delay_Count[FuncID] )

            {

                Task_Delay_Count[FuncID]--;

                if (! Task_Delay_Count[FuncID]) WakeUp(FuncID);

            }

            break;

        default:

            break;

        }

        if ( ++FuncID >= TASK_NUM ) FuncID = 0;

    }

}

 

新程式：

void main(void)

{

    InitSystem();

    INIT_DEVICE();

    while (1)

    {

        register unsigned int   temp_id;

        register unsigned int   temp_delay;

 

        temp_id = FuncID;

        switch (Task_State[temp_id])

        {

        case TASK_RUNNING :

            TaskFunc[temp_id]();

            break;

        case TASK_SKIP :

            temp_delay = Task_Delay_Count[temp_id];

            if ( temp_delay )

            {

                temp_delay--;

                Task_Delay_Count[temp_id] = temp_delay;

                if (! temp_delay) WakeUp(temp_id);

            }

            break;

        default:

            break;

        }

        if ( ++temp_id >= TASK_NUM ) temp_id = 0;

        FuncID = temp_id;

    }

}

因核心程式執行未檢討有無可以改善空間，因此段程式決定各工作間的掃描率，若是可以改善將增加工作效率。

分析原本的程式，發現有多一些記憶體存取動作。

於是將記憶體動作簡化，中間使用暫存器的方式應可以加速。

先將FuncID這個變數用暫存器變數取出，編出來的程式少了一個指令。

又將Task_Delay_Count[]也用暫存器變數，有少一點組合語言指令。

主要廻圈原需要16個指令，現在只剩下12個指令，少了四個指令。

原16個指令需要23個Clock執行時間，現在12個指令只要19個Clock執行時間。

用示波器實測，Skip 1000次需時5.02ms，原先為6.80ms，確實加速執行時間。

 

不過Cortex M3用暫存器變數直接使用int會比short及char來得有效率。中間會少了正負號擴張指令，所以速度會更快。

 

Cortex-M4開啟新MCU戰場

CM3因為ST已是獨大，所以各廠商就將重心移往CM4。

直到最近TI推展CM4時，才發現價格已經壓到US$3以下。

有浮點運算器的MCU是這樣的價格，等於ADC/DAC不用什麼錢。

其他可以用於浮點運算的應用可以普及。

這樣的轉變，離上次Bee認為32位元MCU變革，只過了剛好一年。

32位元浮點運算，已不是8位元MCU可以做的事。

再下來會大量使用的演算法如：

矩陣運算、傅利葉轉換等等，都會變成非常容易達成。

這樣子MCU程式和PC程式之間差異就更小了。

看來只剩作業系統相容度的問題了。

另一個是使用浮點運算時，可能有效能不足需稍長的時間。

使用作業系統將長時間運算程式做為低優先權的運算，這樣的應用會增多。

RTOS因CM4的出現將會推展的更快。

STM32系列開始支援SDRAM

ST網站改版，出現了新的型號STM32F429/439，支援TFT及SDRAM。

顯然是要做影像處理的。

再不出Bee都開始考慮轉廠商了。

不過只有網頁型號，沒有多少資料。

這樣Bee就再等數月再看看了。

從PC看MCU發展

PC也是從8位元一路走到64位元。從使用狀況可以推得MCU使用變革。

 

最早的PC是從8位元的6502開始，當時資源少，組合語言當道。

 

再來進入8086的16位元PC，C語言開始使用。DOS是最早的作業系統，基本上是單工的時代。資料用電腦處理開始流行。

 

到了80386，多工作業系統開始使用。PC進入多元發展，主因是32位元已具有處理絶大部分資料的能力。

 

再來64位元時代開始，一開始還不知要如何用，因為作業系統不支援，應用程式無法發展。可是一但開始支援，大型資料程式就開始發展。

 

 

對應於MCU：

 

8位元MCU是基本型，以目前來看，價格可能是生存唯一的方法。在這個前題下，只能算是可程式化的智慧型裝置。

 

16位元MCU就是可以處理資料的基本型，有一段時間大約是DSP的領域。基本應用也是單工來得多。

 

32位元MCU成熟型。同PC一樣，多工的需求來了，也就是RTOS引入各家爭鳴的時代。如同Windows 3.1對OS2的時代一樣。在這個時代要不要使用多工作業系統也引發工程師之間的爭議。但時代的需求是擋不住的。

目前就是處在32位元MCU大量出現的時代。

 

64位元MCU，應是大量資料處理才會有應用。就觀察何時會開始。

 

 

但MCU和PC介面不同，只能由資料的使用量來推估使用領域的變化。

MCU程式設計技巧:示波器的使用

有使用到ADC功能時，示波器是不可缺少的儀器。

但Bee確實看過許多MCU工程師不會用，原因是由軟體轉來的工程師。

不幸的是，信號處理不是單純的軟體。一定要能看到信號才能寫合適的程式。

所以MCU工程師，示波器還是學會如何操作會好些。

 

除了一般看信號外，好一點的數位示波器可以儲存波型資料由EXCEL來抓取使用。

Bee在一個案例中，就是用數位示波器上所抓取來的資料在EXCEL中就設計出用來取出所要的信號的方法。連程式都還沒有寫就先找出方法，是可以強化程式適應力。

 

ADC程式設計有一項難處，就是RAM少，不可能將數秒的資料皆存下來，反應快的系統連要使用通信傳輸出來都會是困難。

所以使用數位示波器這一類的外部記錄器將變得很重要。

只要MCU提供一個啟動信號讓數位示波器開始啟動抓取資料，然後儲存下來做分析用，就算是沒有多少RAM的MCU也不用特別去做儲存。再以數位示波器的資料去設計出對應方法就行了。

MCU程式設計技巧:LA的使用

LA:邏輯分析儀

現在低價位USB LA已經很便宜了。

只要是寫MCU通信，都應會使用LA。

雖然Bee也看過有軟體人寫通信記錄器，但LA除了解通信格式外，另一個是有時間記錄。

有了時間記錄，才知道反應時間是否合理。

 

這個技巧並不是新的，在專業LA就有出現。

但因時代不同，已是人人可以容易取得的工具。

有了新的觀察工具，程式開發就方便多了。

MCU程式設計技巧:中斷及FIFO的使用

能否有效使用中斷，將是MCU程式是否進入專業領域的關鍵。並不是會使用就可以了，而是能否了解工作的時效性並做工作切割。

這也是Bee將中斷及FIFO放在一起的原因。

 

在一個具有回授性系統上做PID控制。

因為回授控制具有時間敏感度，故不允許時間上的失誤。

其做法是將命令生成做成FIFO，只要FIFO有空間，就填入新的命令。而中斷則只要負責PID回授的計算方程式，以確保用最短時間內做出反應。

 

類似的工作也出現在通信上面。

應用層程式總是希望通信可以將整個句子一次輸出。但MCU的世界並不是這樣，通信每出一個字都是要花時間的。可以的做法也是使用FIFO，將整個句子用FIFO存起來，再利用中斷接續中間的工作。

 

能有效的將工作切割、控制好中斷的時效性，那MCU程式設計就開始進入專業等級。

MCU程式設計技巧：Delay的使用

在有作業系統的系統上，Delay不是問題，只要呼叫對的函式就對了。

程式也很好寫，樣子大概就是以下程式：

 

void Task(void)

{

        for(;;)

        {

                delay(1);

                // do something

        }

}

只要控制delay的參數，就可以控制執行頻率。

 

 

但在無作業系統的MCU上，這可是嚴重的問題。Bee也以如何處理這個問題來看工程師的MCU程式設計的專業程度。

在許多入門書可以看到delay是這樣寫的：

void delay(unsigned int n)

{

        while(n--);

}

若是這樣用，就是MCU新鮮人。

因為做為產品，不會只有一項功能，老闆隨時都會加功能，一但功能修改，就會調不完。

有一個變形方法解決在不同MCU上執行的效率差，就是利用Watch Dog計時器去取代delay()中的參數。利用檢查參數值做為時間計數。

另一個問題是：一但在執行delay()其他工作就停擺。

這樣做出來的產品，往往有一個問題，只會做單工，不會處理多重工作。產品特性很挑時序，只能在對的時間送入對的信號，使產品不具適應性。

 

 

專業一點的作法，會使用一個Timer做為計時器去改變變數的值，做為計時的檢知。

int delay=DELAY_TIME;

void main(void)

{

        while(1)

        {

                if(delay == 0)

                {

                        // do something

                        delay=DELAY_TIME;

                }

        }

}

 

void Timer_Interrupt(void)

{

        if(delay) delay--;

}

這樣做的效果不錯，只是程式有點不太好寫。但可以使不同工作之間較不相互干擾。不過每次加入新的計時器，又要去改寫中斷程式。

這樣做其產品對於多重工作具有近似的反應時間，唯一的問題是工程師要負擔中斷及其他資源管理，也就是無法多人一起開發程式。另外閱讀性稍差，交接需要多花時間去追蹤變數功能。

MCU程式設計技巧:除錯器之使用

JTAG的使用

這是基本技巧，但看到有人不用就寫了MCU數年，還真是驚訝。

雖然在具回授性系統上並不是很好用，但在程式邏輯除錯還是很好用。

不用的結果，就是找不到人可以教。

Bee待過二家公司，都是使用無JTAG及ICE的系統，人員訓練皆難以進行。

主因是程式技術也是由除錯來的，沒有好的觀察器，又如何知高階程式是如何運作。

另外一個問題是，程式發展久了，往往有些特異，就是程式如何運作連設計者也不知，是硬試出來的，更不用說下一個交接者要如何看懂了。

這種特異程式多了，系統往往有怪毛病，造成產品評價不好，也無人可解。

 

Simulator的使用

這是好的工具才會有的。但因為可用的地方不多，大部分人玩了一下大概不會再玩。

其實會使用還是可以好好使用。

Bee就用在Boot Loader的開發上。

Simulator是無法模擬在現實電路板上的狀況。

但可以自由載入記憶體資料為其特性，也就是可以裝載大量資料，然後看它如何運作。

故Bee就用在Boot Loader載入應用程式的二進制資料，看它的通信寫入是否正常。

因為Boot Loader也不會開太多裝置，所以只用Simulator就寫玩大半。

而且用Simulator也可以將自己的機器碼抓下來，正好做測試用資料。