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8位、16位、32位MCU，性能大比拼@资料下载
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2021-04-21
安立路
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几十年前，8位单片机(MCU)席卷业界，但现在8位MCU有让位32位架构的趋势，有行业分析师指出，32位和8位单片机还在在不断成长。不过，最早使用MCU的人对BASIC以及Microchip PIC还念念不忘，不过以最新Arduino Uno来说，这就是一个从8位到32位架构转变的典型案例。即使你现在的应用程序只需要一个8位架构，但因为所谓的“智能”设备需求增长过些日子8位就不够用了，值得庆幸的是，现在有大量开源开发工具可以让那些渴望“冒险”的激进工程师使用。
图1：寄存器大小是的区别系统架构的关键指标，同时也影响系统性能。
科普---8, 16, 32性能大比拼
当我们说一个单片机是8位或32位的时候到底是指什么意思呢？其实这些数指的是处理器寄存器的大小或宽度。一个8位单片机寄存器，一个处理器的基本内存单元是8位宽。在被算术逻辑单元(ALU)操作之前寄存器从RAM内存取出数据进行存储。因此，较大的寄存器意味着是我们可以操作大量的数据以减少时钟周期。一般来说，更大的寄存器给我们带来更好的计算性能，这就是为什么笔记本电脑和智能手机的中央处理单元(CPU)使用64位的架构。
那从8位转换位32位究竟有什么优势呢?如何来权衡?要很好地理解技术和您的应用程序以确保您做出正确的设计决策。
1.更多的内存：32位架构意味着你直接访问4Gb的内存空间而不需要采取特殊的技术，如内存分页。
2.处理能力：新架构主要受益于更快的时钟和每个时钟周期增加的计算能力。平均来说，这意味通过32位架构可以处理更多的吞吐量以实现90到100 MIPS；而8位单片机最大只能达到大约25到30 MIPS。
3.能耗效率：32位架构往往利用新的电路结构和制造工艺，因此，他们必须在较低工作电压下来减少晶体管漏电流。如此换来的是能耗效率处理能力的提高。这就意味着，如果你想设计一个东西一枚硬币电池就能运行几个月，那么一个32位架构芯片可能不是最好的选择。相反，8位系统因采用较大的工艺尺寸而且要在5 V电压下工作，因此适合噪声环境下的应用。
4.成本：32位平台与8位相比通常贵在功能相似的地方（如内存数量和外围组件)。尽管一个成本差别不是那么大了，但它确实是存在，当产品量大了其差距就很明显了。
5.封装大小：8位单片机可以应用在一些很小的封装；有些仅有6针。但微小的封装使得外部设备没有很多I / O可以进行处理。
6.开发易用性：在这里需要您了解自己的应用程序。制造商首先倾向于将新的和更高级的功能添加到他们的32位架构。先进的机载设备，先进的I / O功能，并在32位系统上增加内存，这样可以很方便如果应用程序需要他们，尽管他们为代价来编码简单。更高级的功能可以导致不同的时钟速度，需要调整更多的配置寄存器来设置等等。相反，8位系统相对而言往往是简单和容易的代码。如果您的应用程序不需要高级特性，实际上可以坚持使用一个8位架构。8位和32位架构往往利用C语言编译器，尽管许多开发人员更喜欢在8位平台上使用汇编语言。
32位开源平台
过去十年，随着流行开源硬件(OSHW)的增增长，许多平台开发人员选择了8位架构，原因是基于成本以及DIP封装(许多流行的8位单片机都使用这个)变的更加用户友好。(很多32位架构是non-DIP包如表贴封装(SMD)，这意味着要应用于机器。在PCB上手工焊接是非常难的，当然更不适合面包板比如PDIP。球栅阵列(BGA)封装的确是不适合焊接。唉，这些小封装使老式原型手工焊更难。
不过，今天的重心是将OSHW只是一个教育平台逐渐变成为一个原型平台甚至消费级产品平台。因此，基于32位系统的计算和低功耗性能越来越变成理想的“创客神器”，希望从原型到生产一次搞定。此外，基于32位的芯片系统(SoC)平台变得更便宜，集成更实用的功能(如蓝牙低能量，WiFi和NFC)和变得更容易使用，制造商无疑将继续生产这些低成本开源开发板。其目的就是简单地了解工作和能够微调每个配置寄存器设置以使性能最大化，大多数厂商都愿意做这个事情。
32位硬件平台获得越来越多的认可，许多制造商都提供这类产品包括BeagleBone、德州仪器、意法半导体、Cypress、Arduino等。为了更加简单的获取这些新平台，Mouser 开发了一个开源硬件，在这里你可以根据需求选择适合自己的器件平台。
这里列举一小部分例子：
l 需要安卓驱动系统的性能?查看UDOO Neo。
l 需要一个SD卡插槽保存数据?去用一个 Intel Edison或Galileo。
l 需要64位管脚的数字I/O？去找下BeagleBone Green。
l 需要获取更多的I/O？试试STM32 Nucleo。
l 想要培训更高级开发给STEM学生？这些学生习惯使用 Arduino ecosystem，那么Arduino 101板也许适合你。
此外还有更多选择
未来和今天
毫无疑问，原来越多人会选择32位嵌入式平台的。正因为如此，他们也要求更高的计算机架构。虽然他们可能永远不会完全侵占8位MCU市场，但未来确实是属于32位平台。不可避免的是，随着成本下降和更能处理复杂性需求，“连接所有”将由32位平台来实现而不是8位平台。
(mbbeetchina)
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