高整合USB微控制器簡化嵌入式系統連結設計

USB連結是許多嵌入式應用的重要規格;高度整合的USB微控制器解決方案，不僅能以最簡易的方式為嵌入式系統建立USB連結，還能提供高效能的CPU功能;其所附帶的整合式類比周邊更有助于降低元件數量和材料清單成本，進一步滿足市場需求。

高整合度USB微控制器可以高成本效益，完成嵌入式連結功能設計。

加入更多功能/周邊降低整體成本

USB在工業和消費應用中迅速獲得采用，同時也為嵌入式解決方案的設計人員帶來挑戰，因為設計人員須把USB連結融入產品中，且還要維持或者降低整體成本。早期版本的USB微控制器是為增設USB介面所開發，但它沒有能力支援其他的功能或周邊設備。當USB剛推出時，這些元件在推動USB介面的全面普及上扮演重要的角色，即使到今天，這些橋接元件也可當作有效解決方案。只要透過輔助晶片，即可迅速增添全速型USB，而不必重新設計整個系統。不過，對于一些成本敏感的應用，這種做法或許不盡理想。

為克服成本上的難題，新一代的USB微控制器加入更多的功能與周邊裝置。不過，具備不同周邊功能的USB微控制器雖然在市場上大幅成長，但還是不及高度整合的解決方案。高整合度的USB解決方案不僅能加入適當組合的周邊裝置，還能確保這些功能強大到足以支援重要的應用需求。雖然應用需求深受終端產品的特性與功能所影響，但大部分的應用主要須涵蓋三個共通的層面。

首先是中央處理器(CPU)的效能以及把USB并入周邊裝置的影響;第二須考量的層面是，在類比功能或周邊裝置上扮演真實世界訊號連結的要角;最后，由于各種應用對成本幾乎都很敏感，因此可消除外部元件需求以降低成本的USB建置便十分理想。

CPU主要的功能為執行用戶碼，所以它能不能及時執行指令并處理資料便至關重要。一般符合成本效益的USB控制器都會采用先進先出(FIFO)的方式來管理進出的封包，而CPU可將資料存取于緩沖器內，并同時執行其他的作業。

CPU/USB功能交互作用難題迎刃解

在橋接應用的例子中，假設需求是要把序列式的通用異步收發器(UART)橋接到USB的系統上。最簡單的方法，CPU應該要能從UART介面擷取資料，并存入USB FIFO中，反之亦然。不過，要是同樣此應用須執行其他簡單的功能，像是反轉字節排序，或者執行復雜的功能，如套用軟體過濾程式，該怎么辦?一開始的簡單作業突然變成極為復雜的運算，而這須要經過特別的處理才能妥善管理，于是對CPU所造成的負擔便愈來愈大。

一般的協定橋接都是把一個周邊裝置的資料傳往另一個，并且幾近即時，所以CPU須具備必要的效能來讀寫及運作資料，延遲時間也要縮短到能讓人接受。芯科實驗室(Silicon Labs)推出一系列的微控制器，為低價USB解決方案中較佳的范例，該系列微控制器具備強化的高速CPU，能夠在一或二個系統時脈周期就能執行七成的指令。這種效能不僅足以滿足協定橋接應用的需求，還能支援其他大部分的高速USB應用。另一個優點是，高速CPU能在較短的時間內執行較多的工作，所以能降低整體的耗電量，并使系統在低功耗模式中維持較長時間運作(圖1)。

圖1 高效能微控制器可使系統在低功耗模式下延長作業時間