吳康

    系統(tǒng)設(shè)計(jì)者都知道，微控制器是所有嵌入式系統(tǒng)的心臟。應(yīng)該說(shuō)，許多制造廠商在過(guò)去十年來(lái),對(duì)微控制器作了的最大改進(jìn)，突出的是，表現(xiàn)在其執(zhí)行指令的速度方面。即單周期處理器達(dá)到了前所未有的性能目標(biāo)——每機(jī)器周期一個(gè)時(shí)鐘，目前已達(dá)為33百萬(wàn)指令每秒(MIPS)�；谶@樣一個(gè)內(nèi)核，使安全型、網(wǎng)絡(luò)型、和混合信號(hào)8051微控制器家族在功能集成和創(chuàng)新性方面有了新的突破,其中Dallas Semicondulctor公司就是一例.

    那末為什么將創(chuàng)新的微控制器家族建立在傳統(tǒng)的8051指令集之上?道理很簡(jiǎn)單，因?yàn)樗鞘澜绶秶鷥?nèi)最為流行的8位微控制器架構(gòu)之一。這種指令集簡(jiǎn)單易懂，深受嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的喜愛。許多指令可直接訪問(wèn) I/O引腳，便于迅速操作(位操作)外圍設(shè)備。種類繁多的片內(nèi)外圍設(shè)備具有幾乎無(wú)限種組合方式。此外，用于8051微控制器家族的開發(fā)工具隨處可見，這樣，可以非常容易地，而且不需要花費(fèi)很高成本，就可以著手一個(gè)應(yīng)用的開發(fā)。

   “安全微控制器”的呈現(xiàn)

    早在15年前，Dallas Semiconductor已推出了DS5000T系列芯片，它是一款獨(dú)立開發(fā)的，基于8051指令集和功能集的新型微控制器。其設(shè)計(jì)上的新性能和優(yōu)勢(shì)是，建立在非易失SRAM技術(shù)之上，它是一種領(lǐng)先的低功耗技術(shù)而并非那種傳統(tǒng)的EPROM. 其存儲(chǔ)器分區(qū)和電池備份電路被直接集成到微控制器晶片上。這種系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì)在于其速度。大多數(shù)非易失存儲(chǔ)器的寫操作通常很慢，但是非易失SRAM能夠在很高的速度下，在單個(gè)周期內(nèi)進(jìn)行讀出和寫入。這對(duì)于高速、非易失數(shù)據(jù)采集應(yīng)用來(lái)講非常理想，這些應(yīng)用常常要求捕捉實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。配合一個(gè)外部SRAM和電池，就構(gòu)成完整的微控制器系統(tǒng)，具有多達(dá)64kB的非易失程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。

    快速調(diào)試

    由于采用非易失SRAM技術(shù)，數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)器都可重新在系統(tǒng)編程，允許逐字節(jié)、運(yùn)行中編程。而一般情況下, 在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的微控制器系統(tǒng)中，要做到這一點(diǎn)就必須將程序存儲(chǔ)器(EPROM)從系統(tǒng)中拿下來(lái)，或者進(jìn)行塊擦除，擦除過(guò)程中要禁止存儲(chǔ)器訪問(wèn)(flash)。而基于非易失SRAM的微控制器的編程非常容易并且迅速，可利用PC或一個(gè)專用編程器通過(guò)串口對(duì)其進(jìn)行編程。駐留于ROM的自舉裝載器直接將程序或數(shù)據(jù)下載到微控制器，實(shí)現(xiàn)快速調(diào)試或現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)。

    地址和數(shù)據(jù)總線加密

    非易失SRAM獨(dú)具特色的優(yōu)點(diǎn)為系統(tǒng)固件的安全性提供了新的手段。由于自舉裝載器完全控制著向非易失SRAM的程序裝載，為此,采用一個(gè)40位或80位的加密密鑰對(duì)地址和數(shù)據(jù)總線進(jìn)行加密。任何裝載到微控制器內(nèi)的程序或數(shù)據(jù)在存人SRAM之前都自動(dòng)進(jìn)行了加密。這種加密手段可以防止黑客竊取微控制器中的程序或數(shù)據(jù)。指令運(yùn)行期間，微控制器取出經(jīng)過(guò)加密的操作碼，在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)完成解密并執(zhí)行。由于采用了非易失SRAM，允許全速進(jìn)行讀/寫訪問(wèn)，指令解密不會(huì)引起任何延遲。

    安全及保密

    安全性在DS5240/50芯片中達(dá)到了高度，這是最新一款, 稱之謂“安全微控制器”，這種微控制器被用于世界各地的支付系統(tǒng)。該款抗攻擊能力極強(qiáng)的微控制器聞世于2002年，結(jié)合了4時(shí)鐘機(jī)器周期的內(nèi)核，以及為其程序存儲(chǔ)器提供的加強(qiáng)型3-DES（數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)-- Data enryption standard,見本文5簡(jiǎn)述)加密邏輯�？梢哉f(shuō)沒(méi)有任何一款其它的微控制器可以提供如此高等級(jí)的安全性，同時(shí)又能全速運(yùn)行每條指令。另外，還增加了侵人探測(cè)輸入和片內(nèi)篡改檢測(cè)器，一旦檢測(cè)到有篡改發(fā)生便自動(dòng)擦除存儲(chǔ)器。一個(gè)內(nèi)部的微探針屏蔽層可防止對(duì)晶片進(jìn)行篡改。還有，非易失SRAM對(duì)于要求高度安全的應(yīng)用來(lái)講可謂是最佳選擇。由于可以高速寫入，微控制器能夠迅速擦除機(jī)密信息和敏感數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)勝出了任何其他類型的存儲(chǔ)器。

    高速度低功耗的問(wèn)世

    嵌入式系統(tǒng)通過(guò)增加新的軟件特性和外圍設(shè)備，不斷地對(duì)其基于8051的應(yīng)用進(jìn)行了改進(jìn)和升級(jí)。改變了8051處理器核問(wèn)世以后就基本停滯不前的現(xiàn)象.雖然這種“性能爬行”將現(xiàn)有的8051性能推向了極限,但不足之處是，對(duì)于8051內(nèi)核的改進(jìn)卻沒(méi)有跟得上.為此,系統(tǒng)設(shè)計(jì)者似乎不得不轉(zhuǎn)向其他的處理器，并花費(fèi)昂貴的代價(jià)去重新設(shè)計(jì)和更新他們的系統(tǒng)。

    性能上的瓶頸在1970年末的8051微控制器內(nèi)核上已經(jīng)產(chǎn)生。盡管外部晶振的速度已接近40MHz，而傳統(tǒng)的8051仍然要求12個(gè)時(shí)鐘