AI8051U单片机，从入门到精通（4）：长缨-II号C351编译器与AI8051U单片机的32BIT模式

杨***

本文将介绍长缨-II编译器的特点和用它对AI8051U单片机32BIT模式进行加速和不加速的综合速度指标测量的结果。本文的测试程序与本系列第一篇文章相同。

（1）AI8051U系列单片机是深圳国芯人工智能有限公司最新推出的单片机系列。AI8051U系列是32位的8051：它在8051指令集的多个32位寄存器上实现了32位的整数和32位的单精度浮点数的加减乘除等运算；AI8051U系列也是优秀的16位单片机：它在80251指令集的多个16位寄存器是实现了完整的整数运算；AI8051U系列更是兼容8位机的最强悍的1位机：它在00:0020H～00:00FFH的地址空间的每个字节都实现了位寻找，相当于可以支持1792个1位的变量和端口，这对于现在的PLC和未来的DCS（分布式控制系统）设备都是一个很大的支持。

（2）AI8051U单片机有两种工作模式：8BIT模式和32BIT模式，其中8BIT模式是指其运行的是8051指令集的机器代码，32BIT模式是指其运行的是80251指令集的机器代码。它不论工作在哪一种模式，都可以实现32位的整数和32位的单精度浮点数的加减乘除等运算，都是标准的32位单片机。

（3）本系列前面的文章介绍了AI8051U单片机对传统8051单片机的跨越式的继承性，意思是即使软硬件都不变，比如用AI8051U单片机代替STC89C单片机，其运行速度也将大大提高。这个运行速度提高有两方面的原因：

一是采用1T指令周期和高主频的AI8051U单片机的运行速度比采用12T指令周期和低主频的89C52RC单片机的大约提高了(12×主频倍数-1)那么多倍。

二是AI8051U单片机具有的MDU32和TFPU运算加速单元对32位整数和单精度浮点数的加速，以AI8051U单片机的8BIT模式为例，经用C51编译器（不加速）和长缨-I号C351编译器（加速）进行单片机运算速度的综合指标结果如下：

1）整数运算综合速度指标:

不加速为54.17us，加速为13.75us。

2）浮点数运算综合速度指标。

不加速为49.08us，加速为13.17us。

3）三角函数运算综合速度指标。

不加速为360.08us，加速为25.58us。

4）反三角函数运算综合速度指标。

不加速为507.9us，加速为48.83us。

5）指数函数运算综合速度指标。

不加速为646.67us，加速为244.50us。

（4）长缨-II号C351编译器是专门为AI8051U单片机研制的C语言编译器。对于AI8051U单片机的两种工作模式，如果在C语言主函数文件里定义了：

见其中第15行的单片机类型模式定义，长缨-II号C351编译器就会根据它产生使用8051指令集的机器代码的HEX烧录文件。

如果在C语言主函数文件里定义了：

见其中第15行的单片机类型模式定义，长缨-II号C351编译器就会根据它产生使用80251指令集的机器代码的HEX烧录文件。

值得说明的是长缨-II号C351编译器产生哪种指令集的机器代码的HEX烧录文件在程序中只取决于第15行的这个宏定义，使用时需要双击“长缨_II_MakeFile.bat”批处理文件进行编译，与使用的Keil的集成环境中设置和其编译结果无关，这就为长缨-II号C351编译器采用其他第三方集成开发环境提供了可能。

（5）使用C251编译器（不加速）和长缨-II号C351编译器（加速）对AI8051U的32BIT模式进行单片机运算速度的综合指标结果如下：

1）整数运算综合速度指标:

不加速为15.538us，加速为7.416us。

2）浮点数运算综合速度指标。

不加速为25.667us，加速为8.75us。

3）三角函数运算综合速度指标。

不加速为199.33us，加速为22.67us。

4）反三角函数运算综合速度指标。

不加速为266.83us，加速为47.33us。

5）指数函数运算综合速度指标。

不加速为360.83us，加速为286.167us。

（6）对比前面AI8051U的8BIT模式与这里32BIT模式的测量结果，可以看到：

1）对于整数运算和浮点数运算速度，加速和不加速都提升了1倍左右，这主要是同样对于XDATA区域的变量存取，80251指令集的存储指令要比8051指令集的存储指令要执行得快。

2）对于三角函数和反三角函数的运算速度，由于加速单元TFPU的主频和工作单元都是独立的，所以对于采用加速单元，8BIT的工作模式与32BIT的工作模式的运算速度是一样的。对于不加速的情况，采用80251的32位寄存器的运算比采用8051的纯8位寄存器的运算要快一倍左右。

3）对于指数类函数运算，主要由单精度浮点数的加减乘除运算实现，对于32BIT模式，长缨-II号的加速效果不明显，甚至还低于8BIT模式的速度，产生的原因是在80251指令集的Source模式下，许多8051指令的执行时间要比纯8051指令集的执行时间要多一个时钟周期。

（7）根据前面的测量结果，用户如果追求运行速度，应该尽量采用32BIT模式。由于现实环境中关于8051的资料非常多，如果速度满足要求，可以采用8BIT模式。

（8）另外由于8BIT模式的二进制代码与8H8K64U等8051指令集单片机的相同，32BIT模式的二进制代码与32G/32F等80251指令集单片机的相同，因此如果用户项目含有OBJ等二进制代码模块，用户必须选择与其相同的AI8051U工作模式。同一个芯片支持两种二进制兼容模式，无疑是对用户过去程序资源的最大保护。

附件：长缨-II号编译器与测试程序

04_长缨-II_C351编译器_STC8051U_32BIT模式测试_240815.rar (754.99 KB, 下载次数: 131)

2024-8-15 08:53 上传

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_奶***

32BIT模式的是不是应该是用C251 和长缨II的 比较呢？也是用的C51编译器么？

so***

长缨现在支持c251了

杨***

_奶*** 发表于 2024-8-15 09:14
32BIT模式的是不是应该是用C251 和长缨II的 比较呢？也是用的C51编译器么？

使用AI8051U的32BIT模式，C251编译器+STC32官方驱动程序 比 长缨-II号还要快（见官方芯片手册），本文是不加STC32官方驱动程序的C251编译器与长缨-II号编译器的比较

哈哈***

学习了

li***

请教杨老师，新型编译器支持汇编程序编译吗？谢谢！

杨***

li*** 发表于 2024-8-24 16:51
请教杨老师，新型编译器支持汇编程序编译吗？谢谢！

支持，使用A351汇编语言。A351支持8051、80251和80351指令集的汇编语言编程，只是语法格式与A51和A251有些细节不同。

shuan***

有学习群吗？论坛交流太慢了

do***

学习了,谢谢！