在嵌入式系統(tǒng)低端的單片機(jī)領(lǐng)域，從8位單片機(jī)誕生至今，已近30年，在百花齊放的單片機(jī)家族中，80C51系列一直扮演著一個(gè)獨(dú)特的角色。Cygnal 推出C8051F更令業(yè)界人士刮目相看。回顧歷史，在Intel公司推出了MCS-51不久便實(shí)施了最徹底的技術(shù)開放政策；在眾多電器商、半導(dǎo)體商的積極參與下，將MCS-51發(fā)展成了眾多型號(hào)系列的80C51 MCU家族。MCS-51經(jīng)典的體系結(jié)構(gòu)、極好的兼容性和Intel公司的開放政策不僅使眾多廠家參與發(fā)展，也誘使半導(dǎo)體廠家對(duì)MCS-51實(shí)行為所欲為的改造。由于MCS-51提供的最佳兼容性，使MCS-51在被"肢解"式改造后，還能以不變的指令系統(tǒng)、基本單元的兼容性保持著8051內(nèi)核的生命延續(xù)，并在未來SoC發(fā)展中，擔(dān)任8位CPU內(nèi)核的重任�；仡�80C51系列從MCS-51、80C51到C8051F的過程，我們可以深刻領(lǐng)會(huì)到單片機(jī)發(fā)展的一些規(guī)律性東西。
　　1 嵌入式應(yīng)用中的8位機(jī)現(xiàn)象

　　與從8位機(jī)迅速向16位、32位、64位過渡的通用計(jì)算機(jī)相比，8位單片機(jī)從20世紀(jì)70年代初期誕生至今，雖歷經(jīng)從單片微型計(jì)算機(jī)到微控制器、MCU和SoC的
變遷，8位機(jī)始終是嵌入式低端應(yīng)用的主要機(jī)型，而且在未來相當(dāng)長的時(shí)間里，仍會(huì)保持這個(gè)勢(shì)頭。這是因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)和通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有完全不同的應(yīng)用特性，從而走向完全不同的技術(shù)發(fā)展道路。

　　嵌入式系統(tǒng)嵌入到對(duì)象體系中，并在對(duì)象環(huán)境下運(yùn)行。與對(duì)象領(lǐng)域相關(guān)的操作主要是對(duì)外界物理參數(shù)進(jìn)行采集、處理，對(duì)外界對(duì)象實(shí)現(xiàn)控制，并與操作者進(jìn)行人機(jī)交互等。而對(duì)象領(lǐng)域中的物理參數(shù)的采集與處理、外部對(duì)象的控制以及人機(jī)交互所要求的響應(yīng)速度有限，而且不會(huì)隨時(shí)間變化。在8位單片機(jī)能基本滿足其響應(yīng)速度要求后，數(shù)據(jù)寬度不成為技術(shù)發(fā)展的主要矛盾。因此8位單片機(jī)會(huì)穩(wěn)定下來，其技術(shù)發(fā)展方向轉(zhuǎn)為最大限度地滿足對(duì)象的采集、控制、可靠性和低功耗等品質(zhì)要求。

　　隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，智能化系統(tǒng)對(duì)DSP需求的增長要求單片機(jī)相應(yīng)提高運(yùn)算速度。當(dāng)前8位單片機(jī)在不擴(kuò)展數(shù)據(jù)總線的情況下，提高運(yùn)行速度仍有潛力可挖。例如，采用RISC結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)并行流水線作業(yè)，CISC結(jié)構(gòu)的C8051F采用CIP-8051結(jié)構(gòu)，使單周期指令速度提高到原8051的12倍。

　　鑒于嵌入式低端應(yīng)用對(duì)象的有限響應(yīng)要求、嵌入式系統(tǒng)低端應(yīng)用的巨大市場(chǎng)以及8位機(jī)具有的速度潛力，可以預(yù)期在未來相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)，8位機(jī)仍然是嵌入式應(yīng)用中的主流機(jī)型。

　　隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，8位單片機(jī)在CPU結(jié)構(gòu)、CPU外圍、功能外圍、外圍接口和集成開發(fā)環(huán)境方面都會(huì)迅速地發(fā)展；因此，可以說8位單片機(jī)雖然"古老"，但又會(huì)是一個(gè)十分活躍而新興的嵌入式領(lǐng)域。80C51系列從Intel公司的MCS-51發(fā)展到Cygnel公司的C8051F的過程充分地說明了這一點(diǎn)。

　　2 8位單片機(jī)中的80C51現(xiàn)象

　　在8位單片機(jī)中，80C51系列形成了一道獨(dú)特的風(fēng)景線。歷史最長，長盛不衰，眾星捧月，不斷更新，形成了既具有經(jīng)典性，又不乏生命力的一個(gè)單片機(jī)系列。當(dāng)前，Cygnal公司推出的C8051F又將8051兼容單片機(jī)推上了8位機(jī)的先進(jìn)行列�？偨Y(jié)80C51系列的發(fā)展歷史，可以看出單片機(jī)的3次技術(shù)飛躍。

　　2.1 從MCS-51到MCU的第1次飛躍

　　Intel公司于1980年推出的MCS-51奠定了嵌入式應(yīng)用的單片微型計(jì)算機(jī)的經(jīng)典體系結(jié)構(gòu)，但不久就放棄了進(jìn)一步發(fā)展計(jì)劃，并實(shí)施了8051的技術(shù)開放政策。無論從主觀因素還是客觀因素，都是明智之舉。因?yàn)樵趧?chuàng)建一個(gè)完善的嵌入式計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)后，面臨的是不斷滿足嵌入式對(duì)象要求的各種控制功能。在8051實(shí)現(xiàn)開放后，PHILIPS公司作為全球著名的電器商以其在電子應(yīng)用系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，著力發(fā)展80C51的控制功能及外圍單元。將MCS-51的單片微型計(jì)算機(jī)迅速地推進(jìn)到80C51的MCU時(shí)代，形成了可滿足大量嵌入式應(yīng)用的單片機(jī)系列產(chǎn)品。

　　2.2 引領(lǐng)Flash ROM潮流的第2次飛躍

　　當(dāng)前，嵌入式系統(tǒng)普遍采用Flash ROM技術(shù)。Flash ROM的使用加速了單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展。基于Flash ROM的ISP/IAP技術(shù)，極大地改變了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式以及開發(fā)和運(yùn)行條件；而在單片機(jī)中最早實(shí)現(xiàn)Flash ROM技術(shù)的是ATMEL公司的AT89Cxx系列。

　　2.3 內(nèi)核化SoC的第3次飛躍

　　MCS-51典型的體系結(jié)構(gòu)以及極好的兼容性，對(duì)于MCU不斷擴(kuò)展的外圍來說，形成了一個(gè)良好的嵌入式處理器內(nèi)核的結(jié)構(gòu)模式。當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)入SoC模式，從各個(gè)角度，以不同方式向SoC進(jìn)軍，形成了嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用熱潮。在這個(gè)技術(shù)潮流中，8051又扮演了嵌入式系統(tǒng)內(nèi)核的重要角色。在MCU向SoC過渡的數(shù)、�；旌霞�成的過程中，ADI公司推出了ADμC8xx系列，而Cygnal公司則實(shí)現(xiàn)了向SoC的C8051F過渡；在PLD向SoC發(fā)展過程中，Triscend公司在可配置系統(tǒng)芯片CSoC的E5系列中便以8052作為處理器內(nèi)核。
　　3 Cygnal C8051F對(duì)80C51的技術(shù)突破

　　我們習(xí)慣于將各廠家生產(chǎn)的與51兼容的形形色色的單片機(jī)系列稱之為80C51系列。它們都采用CMOS工藝，并與MCS-51兼容。

　　與MCS-51相比較，80C51已有很大發(fā)展。然而，當(dāng)前Cygnal公司發(fā)展的C8051F系列，在許多方面已超出當(dāng)前8位單片機(jī)水平，有許多新的技術(shù)概念需要學(xué)習(xí)與更新。

　　3.1 采用CIP-51內(nèi)核大力提升CISC結(jié)構(gòu)運(yùn)行速度

　　迄今為止，MCS-51已成為8位機(jī)中運(yùn)行最慢的系列。為了提升速度，DALLAS公司和PHILIPS公司采用傳統(tǒng)的改變總線速度的辦法，將機(jī)器周期從12個(gè)縮短到4個(gè)和6個(gè)，速度提升有限。

　　Cygnal公司在提升8051速度上采取了新的途徑，即設(shè)法在保持CISC結(jié)構(gòu)及指令系統(tǒng)不變的情況下，對(duì)指令運(yùn)行實(shí)行流水作業(yè)，推出了CIP-
51的CPU模式。在這種模式中，廢除了機(jī)器周期的概念，指令以時(shí)鐘周期為運(yùn)行單位。平均每個(gè)時(shí)鐘可以執(zhí)行完1條單周期指令，從而大大提高了指令運(yùn)行速度。即與8051相比，在相同時(shí)鐘下單周期指令運(yùn)行速度為原來的12倍；整個(gè)指令集平均運(yùn)行速度為原來8051的9.5倍，使8051兼容機(jī)系列進(jìn)入了8位高速單片機(jī)行列。

　　3.2 I/O從固定方式到交叉開關(guān)配置

　　迄今為止，I/O端口大都是固定為某個(gè)特殊功能的輸入/輸出口，可以是單功能或多功能，I/O端口可編程選擇為單向/雙向以及上拉、開漏等。固定方式的I/O端口，既占用引腳多，配置又不夠靈活。為此，Scenix公司在推出的8位SX單片機(jī)系列中，采取虛擬外設(shè)的方法將I/O的固定方式轉(zhuǎn)變?yōu)檐浖�設(shè)定方式。而在Cygnal公司的C8051F中，則采用開關(guān)網(wǎng)絡(luò)以硬件方式實(shí)現(xiàn)I/O端口的靈活配置，如圖1所示。在這種通過交叉開關(guān)配置的I/O端口系統(tǒng)中，單片機(jī)外部為通用I/O口，如P0口、P1口和P2口。內(nèi)有輸入/輸出的電路單元通過相應(yīng)的配置寄存器控制的交叉開關(guān)配置到所選擇的端口上。