吴康

    系统设计者都知道，微控制器是所有嵌入式系统的心脏。应该说，许多制造厂商在过去十年来,对微控制器作了的最大改进，突出的是，表现在其执行指令的速度方面。即单周期处理器达到了前所未有的性能目标——每机器周期一个时钟，目前已达为33百万指令每秒(MIPS)。基于这样一个内核，使安全型、网络型、和混合信号8051微控制器家族在功能集成和创新性方面有了新的突破,其中Dallas Semicondulctor公司就是一例.

    那末为什么将创新的微控制器家族建立在传统的8051指令集之上?道理很简单，因为它是世界范围内最为流行的8位微控制器架构之一。这种指令集简单易懂，深受嵌入式系统设计者的喜爱。许多指令可直接访问 I/O引脚，便于迅速操作(位操作)外围设备。种类繁多的片内外围设备具有几乎无限种组合方式。此外，用于8051微控制器家族的开发工具随处可见，这样，可以非常容易地，而且不需要花费很高成本，就可以着手一个应用的开发。

   “安全微控制器”的呈现

    早在15年前，Dallas Semiconductor已推出了DS5000T系列芯片，它是一款独立开发的，基于8051指令集和功能集的新型微控制器。其设计上的新性能和优势是，建立在非易失SRAM技术之上，它是一种领先的低功耗技术而并非那种传统的EPROM. 其存储器分区和电池备份电路被直接集成到微控制器晶片上。这种系统的主要优势在于其速度。大多数非易失存储器的写操作通常很慢，但是非易失SRAM能够在很高的速度下，在单个周期内进行读出和写入。这对于高速、非易失数据采集应用来讲非常理想，这些应用常常要求捕捉实时数据。配合一个外部SRAM和电池，就构成完整的微控制器系统，具有多达64kB的非易失程序和数据存储器。

    快速调试

    由于采用非易失SRAM技术，数据和程序存储器都可重新在系统编程，允许逐字节、运行中编程。而一般情况下, 在一个标准的微控制器系统中，要做到这一点就必须将程序存储器(EPROM)从系统中拿下来，或者进行块擦除，擦除过程中要禁止存储器访问(flash)。而基于非易失SRAM的微控制器的编程非常容易并且迅速，可利用PC或一个专用编程器通过串口对其进行编程。驻留于ROM的自举装载器直接将程序或数据下载到微控制器，实现快速调试或现场升级。

    地址和数据总线加密

    非易失SRAM独具特色的优点为系统固件的安全性提供了新的手段。由于自举装载器完全控制着向非易失SRAM的程序装载，为此,采用一个40位或80位的加密密钥对地址和数据总线进行加密。任何装载到微控制器内的程序或数据在存人SRAM之前都自动进行了加密。这种加密手段可以防止黑客窃取微控制器中的程序或数据。指令运行期间，微控制器取出经过加密的操作码，在一个机器周期内完成解密并执行。由于采用了非易失SRAM，允许全速进行读/写访问，指令解密不会引起任何延迟。

    安全及保密

    安全性在DS5240/50芯片中达到了高度，这是最新一款, 称之谓“安全微控制器”，这种微控制器被用于世界各地的支付系统。该款抗攻击能力极强的微控制器闻世于2002年，结合了4时钟机器周期的内核，以及为其程序存储器提供的加强型3-DES（数据加密标准-- Data enryption standard,见本文5简述)加密逻辑。可以说没有任何一款其它的微控制器可以提供如此高等级的安全性，同时又能全速运行每条指令。另外，还增加了侵人探测输入和片内篡改检测器，一旦检测到有篡改发生便自动擦除存储器。一个内部的微探针屏蔽层可防止对晶片进行篡改。还有，非易失SRAM对于要求高度安全的应用来讲可谓是最佳选择。由于可以高速写入，微控制器能够迅速擦除机密信息和敏感数据，这一点胜出了任何其他类型的存储器。

    高速度低功耗的问世

    嵌入式系统通过增加新的软件特性和外围设备，不断地对其基于8051的应用进行了改进和升级。改变了8051处理器核问世以后就基本停滞不前的现象.虽然这种“性能爬行”将现有的8051性能推向了极限,但不足之处是，对于8051内核的改进却没有跟得上.为此,系统设计者似乎不得不转向其他的处理器，并花费昂贵的代价去重新设计和更新他们的系统。

    性能上的瓶颈在1970年末的8051微控制器内核上已经产生。尽管外部晶振的速度已接近40MHz，而传统的8051仍然要求12个时钟